용접의 원리 용접의 분류 용접의 응용 용접의 특징 용접의 종류에 따른 특성

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1 용접의 원리 용접의 분류 용접의 응용 용접의 특징 용접의 종류에 따른 특성
용접의 종류(Process)와 특징 용접의 원리 용접의 분류 용접의 응용 용접의 특징 용접의 종류에 따른 특성

2 1. 용 접 의 원 리 금속의 표면은 실제로 항상 얇은 산화막으로서 둘러 쌓여져 있어, 금속의 원자끼리의 인력에 의한 결합으로의 접근을 방해한다. 또한 금속의 표면은 평활 하게 보이나 초현미경적으로 확대해 보면 요철 이어서 그대로는 넓은 면적의 금속이 원자간의 인력으로 결합이 어렵게 된다. 그러므로 용접의 목적을 달성하기 위해서는 첫째로 산화막을 제거하고 산화되는 것을 방지해야 하며, 둘째로는 표면의 원자들이 서로 접근하도록 해야한다. 보통 용접법에는 금속의 접합부를 가열하여, 소혹성은 용융상태로 만들어 이를 가스 또는 슬래그 로서 보호하여 앞에 말한 용접이 되기 위한 조건을 만족시키기 위한 수단인 것이다.

3 2. 용접의 분류

4 1). 융접 융접은 용접이라고도 하며, 접합 하고자 하는 두 금속부재 즉 모재(base metal)의 접합부를 국부적으로 가열 용융시켜 이에 제3의 금속 즉 용가재를 녹여 첨가시켜 융합된다. 이때 용융금속 자체의 표면에는 산화피막이 덮여져 있어 접합을 방해하므로, 이 불순물을 용제(flux)의 도움으로 슬래그로 만들어 제거한다. 용접할 때 모재와 용가재가 융합 응고 된 부분을 용착금속이라 하고, 이로 만들어진 것을 비드(bead)라고 하며, 표면에 생긴 물결모양을 리플이라 부른다.

5 2). 압접 압접이란 가압용접이라고도 부르며 접합부를 적당한 온도로 가열 혹은 냉각 상태로 하여, 이에 기계적 압력을 가하여 접합하는 방법을 말한다.

6 3). 납땜 납땜이란 접합할 모재보다 융점이 매우 낮은 비철금속, 비철합금 또는 철금속을 용가재로서 사용하는데, 다시 말하면 땜납의 응고시에 나타나는 분자간의 흡인력을 이용하여 접합이란 목적을 달성하는 것을 말한다.

7 3. 용접의 응용 용접은 현대 공업의 발전에 대단히 중요한 역할을 함은 물론, 기계 제품의 생산과 수리의 수단중의 하나가 되고, 대공장이나 소공장에서 쓰지 않는 곳이 없을 정도로 기계 가공 공장에서는 매우 효울적이고 신뢰도가 있고, 경제적 기계 가공법인 것은 두말할 나위가 없다.

8 가. 재료면에서의 응용 용접은 철재의 접합뿐만 아니라 비철금속과 플라스틱 재료의 접합에 까지도 응용되고 있다.
철 강 재 료: 순철, 탄소강, 주강, 주철, 합금강, 특수강, 등 비철금속재료: Al과 그합금, Mg과 그합금, Cu와 그합금, Ti과 그합금, 니텔과 그합금, 아연, 주석과 그 합금동 플라스틱재료: 폴리염화 비닐, 폴리에티렌, 폴리아미드, 폴리프로필렌

9 나. 제품에서의 응용 용접에 의해 만들어지는 제품은 수없이 많으나 그 중 중요한 것을 열거하면 다음과 같다.
①구조물 : 건축물, 교량, 철탑, 고가도 등 ②차량 류 : 자동차, 선박, 항공기, 철도차량, 전동차 등 ③기계장치 류 : 주방기구, 전기다리미, 전기 및 전자제품 등 ④가정용품 류 : 주방기구, 전기다리미, 전기 및 전자제품 등 ⑤기타 : 로케트, 원자로, 미사일, 인공위성 등

10 4. 용접의 특징 가. 용접의 장점 용접은 앞에서 말한 바와 같이 최근에 갑자기 발전한 기술이므로, 과거에 쓰이던 결합법이나 제작법에 대신하여 그 쓰임이 훨씬 많아졌다. 그러므로, 일반적인 용접의 장점으로는 ①자재의 절약 ②작업의 공수가 감소되고, ③제품의 성능과 수명이 향상된다는 점을 들 수 있다. 나. 용접의 단점 용접은 단시간에 고온이 수반되므로 복잡한 금속의 야금학적 결합법이라서 자칫 잘못 사용하면 많은 단점을 일으키는데 ①재질의 변화 ②잔류응력의 발생 ③균열 및 기타 용접결함의 발생 등을 들 수 있다. 그래서 현재까지 미해결의 문제가 많은데, 용접의 응용에 있어서는 설계, 시공 및 재료 등에 대한 충분한 지식이 있어야 하겠습니다.

11 5. 용접의 종류에 따른 특성 가. 아아크 용접 (Arc welding) 나. 가스 용접(Gas welding)
다. 특수 용접

12 가. 아아크 용접 (Arc welding) (1) 피복 arc 용접 (shield arc welding)
- 가장 많이 사용하는 방법. 전기 용접법이라고 한다 - 피복제를 다른 용접봉과 모재상에 발생하는 전기 arc의 열을 이용하여 모재의 일부와 용접봉을 녹여서 용접하는 용극식 용접법 (consumable electrode method) - arc 란 ? 음극과 양극의 두 전극을 일정한 간격으로 벌려놓고 여기에 전기를 통하면 두 전극사이에 활 모양의 불꽃방전이 발생 → 이것을 arc 라고함.

13 (2) 탄산 gas arc 용접법 불활성 gas대신CO2 gas 사용
산호나 질화 현상이 없고 수소 함유량도 다른 용접법에 비해 대단히 적다. 저렴한 CO2 gas를 사용하여 가는 wire로 고속용접 할 수 있다. flux를 사용하지 않으므로 용접부에 slag 섞임이 없고 용접후 처리도 간단하다. 전자세 용접이 가능하며, 조작이 간단함

14 (3)서브머지드 아크 용접(Submerged arc welding)
서브머지드 아크용접은 잠호용접이라고함 아크나 용융지가 용제에 의해서 시일드(shield)되여 대기에서 격리된 상태에서 용접이 이루어지므로, 대기 중의 유해 원소(산소, 질소, 수분 등)의 침입이 없고, 심선에 대전류를 통할 수 있으므로 아크열에 의한 열에너지의 손실이 대단히 적으며, 용입이 큰 높은 능률로 용접을 할 수 있다.

15 (4) 불활성 가스 금속 아아크 용접법(GMAW)
용가재인 전극 와이어를 연속적으로 보내어 아아크를 발생시키는 방법으로서, 용극 또는 소모식 불활성 가스 아아크 용접법이라고도 한다. 에어코우매틱(air-Comatic)용접법, 시그마(sigma)용접법, 필러 아아크(filler-arc)용접법, 아르고노오트(argonaut)용접법 등이 있다. 불활성 가스 금속 아아크 용접법에는 반자동식 및 전자동식의 두 종류가 있다.

16 불활성 가스 금속 아아크 용접법의 장 . 단점 장점:
불활성 가스 금속 아아크 용접법의 장 . 단점 장점: 불활성 가스 중에서 용접하므로 일반의 아크 용접과 같이 플럭스를 필요로 하지 않고, 용접후 슬랙 또는 잔류 용제를 제거하기 위한 기계적 또는 화학적 처리가 불필요하므로, 작업이 간단하다. 단점: GMAW에 사용된 장비는 SMAW(서브 머지드 아크 용접법)의 것보다 약간 더 복잡하고, 가격이 더 비싸다. 용접봉 자체는 가늘지만, 용접총 노즐은 비교적 커서 용접부에 접근(reach)하기가 곤란한 위치에서는 작업하기가 비교적 어렵다.

17 (5) 원자수소 용접법 (Atomic hydrogen welding)
수소기류 중에서 2개의 W전극사이에 arc 발생 → arcduf에 의해 분자상태의 수소(H2)는원자상태 수소(H)로 해리 → 원자 상태의 H가 용접면에서 냉각 → 분자 상태로 재결합함 이때 고열 방출 → 이 열을 이용 용접. 이때 발생되는 열 → 4,000'C

18 (6) 스터드 용접법 (Stud welding)
· 지름이 약 10㎜ 정도의 Volt. 활봉 핀등 → 직접 강판이나 형강에 용접하는 방법 용접 능력이 매우 작다 → arc열에 의한 순간적 국부가열 용접후 냉각 속도가 빠름 → 경화성이 큰 모재인 경우 균열의 우려 적당히 예열 후 작업

19 나. 가스 용접(Gas welding) ① 원리
gas가 연소할 때 발생하는 고온 (수소, 아세틸렌 같은 gas는 산소에 의하여 약3.000'c 의 열 발생) 의 열을 이용하여 두 용접 모재를 용융시켜 접합 ② 종류 · 연소 gas 의 종류에 따라 - 산소 ― 아세틸렌 가스 용접 - 공기 ― 아세틸렌 가스 용접 - 산소 ― 수소 가스 용접 - 기타가스용접 (산소 ― 석탄gas. 산소 ― 프로판 등) ** 통상 gas 용접 = 산소 ― 아세틸렌 가스 용접

20 가스 용접(Gas welding)의 특징 - 응용범위가 넓다 - 가열 조절이 비교적 자유롭다 - 운반이 편리하다
- 설비비가 싸다 - arc 용접에 비해서 유해광선 발생이 적다. - arc 용접에 비해서 불꽃의 온도가 낮다 (약 1/2) - 열효율이 낮다 - 열 집중성이 불량 → 효율적인 용접이 어렵다 - 폭발의 위험성이 있다. - 금속의 탄화 · 산화 가능성 높다. - arc 용접에 비해 가열범위가 넓다 → 용접응력이 크고 가열시간이 장시간 소요 - arc 용접에 비해 신뢰성이 낮다

21 다. 특수 용접 (1) electro slag welding (2) electro gas welding
(3) 전자 beam 용접 (4) 초음파 용접 (5) 플라즈마 아크 용접법 (6) Laser beam welding (7) Thermit Welding

22 (1) electro slag welding
· 전기 용융법의 일종 · wire 와 용융 slag 사이에 흐르는 전류의 저항열(joule heat)이용 · 용융 slag와 용융금속이 용접부에서 흘러나오지 않도록 용접 진행과 더불어 수냉된 동판을 미끌어 올리면서 wire를 연속적으로 공급하여 slag안에 흐르는 전류의 저항 발열로서 와이어와 모재의 맞대기부를 용융시키는 연속 주로 방식에 의한 단층 상진용접법 · 저항열 → 처음부터 발생하는 것이 아니고 용접이 시작될 때 입상 용제속에서 arc가 순간적으로 발생하지만 용제가 용융하면 arc는 소멸. 와이어는 주로 용융 slag의 저항열로 용해

23 (2) electro gas welding · 융접의 일종 → 저항열이 아닌 탄산gas 중에서 arc 열이용
· 용접방법은 electro slag welding 과 동일 - 적용 및 특징 10∼35㎜ 의 중·후판 용접 → 압력 용기의 구형탱크, 원유탱크, 저수탱크, 시멘트탱크 등 electro slag 용접에 비해 → 용접 홈 간격이 좁다 (판두께 관계없이 12∼16㎜), 용접 속도도 빠르고 작업성 양호

24 (3) 전자 beam 용접 · 진공중에서 고속의 전자 beam을 형성시켜 그 전자류가 가지고 있는 에너지를 용접열원으로 이용하는 방법 · 이상의 고진공에서 음극 필라멘트를 가열하여 방출된 전자를 양극 전압으로 가속하는것과 함께 전자 coil에 의해 집적한 후 용접물에 충돌시켜 이 충돌에 의한 전자운동에너지를 열에너지로 변화시켜 용접하는 방법 고진공중에서 10∼30 KV으로 가속된 고속의 전자선을 용접부(이음부)에 충돌시켜 그 발열에 의해 용접하는 법 energy입력이 작고 용입 면적이 깊고 좁다 → 변형 또는열영향이 적다.

25 (4) 초음파 용접 · 두 모재를 가압한 후 초음파 진동에너지를 접촉면에 국부적으로 작용시킴으로서 모재를 접합하는 고상 용접법
초음파 용접의 적용과 특징 종래 용접법으로 곤란한 금속, plastic 용접, 이종 금속의 접합 STS, Al, Zn, Ti, Mo 등 접합 판두께 0.01 ∼ 2 ㎜(금속) 1 ∼ 5 ㎜ (plastic) 주로얇은판에 사용 압점과 비교하면 표면처리 간단

26 (5) 플라즈마 아크 용접법 plasma ; 기체를 수천도의 높은 온도로 가열하면 그속의 가스 원자가 원자핵과 전자로 유리되어 (+) (-) 이온상태로 됨 발생원리 · arc plasma의 외주부를 gas로 강제냉각하면 arc plasma 의 열손실이 매우 증가하므로 전류를 일정하게 하면 아크 전압은 상승한다. 동시에 arc plasma는 열손실이 최소한이 되도록 그 단면을 수축시킨다.그 결과 arc 단면은 수축되고 전류밀도는 증가하며arc 전압은 높아지므로 대단히 높은 온도의 arc plasma를 얻는다 arc 열로 gas를 가열 → 플라즈마 상으로 torch 의 nozzle에서 분출 → 고온의 불꽃발생 → 고속의 plazma zet를 이용한 용접법 plasma zet → 비금속 물질의 절단 or 용사에 이용

27 (6) Laser beam welding 새로운 열원 → laser광과 태양광 등 → 광에너지를 용접에 이용
laser 용접 → 보통 ruby laser 사용 주파수에 의해서 원적외선 laser, 적외선 laser, 자외선 laser, 혹은 laser 재료에 따라 기체 laser, 액체 laser, 고체 laser.분류 특징; 에너지의 밀도가 높다 → 고융접 금속의 용접 용접 입열이 매우 작다. 열영향 범위가 좁다

28 (7) Thermit Welding ·용접 열원을 외부로부터 가하는 것이 아니라 thermit reaction 에 의해 생성된 열을 이용 → 금속 용접

29 Thermit Welding의 종류와 용도
접합 부재간에 적당한 틈새(용접용 공동; thermit 공동)를 만듦 → 주위를 주형으로 둘러쌓고 → 주형 밑부분에 있는 예열구를 통해 모재 예열(강의 경우 800∼900'C) → 도가니 속에서 thermit 반응에 의해서 생성된 용융금속, slag 순으로 주입 → 응고시까지 방치 → 적당온도까지 냉각후 주형 해체 → 탕구, 압탕 제거 가압 thermit 용접법 일종의 압접 모재의 양단면을 맏잼 → 주위에 thermit 반응에 의해서 생긴 slag, 용융금속 주입 하여 가열 → 강한 압력으로 접합 용도 rail의 접합, 차축, 선박의 서튼 프레임(stern - frame)등 → 비교적 큰 단면을 가진 주조 및 단조풍의 맞대기 용접과 보수용접