알루미늄 용접부에 기공이 생기는 이유는 무엇인가요?

다공성은 알루미늄 및 알루미늄 합금 용접부에서 가장 흔히 발생하는 결함 중 하나입니다. 이 결함에 관여하는 주요 가스는 수소입니다. 수소는 대기 중의 수분, 차폐 가스, 산화막, 용가선 또는 피가공물 표면에서 아크로 유입될 수 있으며, 용접 풀이 응고되면서 그 안에 갇히게 됩니다.

수소가 갇히게 되는 이유

알루미늄 내 수소의 용해도는 액체 알루미늄에서는 약 0.69 mL/100 g인 반면, 고체 알루미늄에서는 0.036 mL/100 g으로 떨어지며, 이는 약 20배 감소한 수치이다.

순수 알루미늄은 Al-Mg 합금보다 수소 다공성에 더 민감한데, 이는 순수 알루미늄의 임계 수소 분압 p_H2, 더 낮습니다. 따라서 순수 알루미늄에서 기공을 형성하는 가스 함량은 Al-Mg 용접부에서는 기공 형성 임계치 미만으로 유지될 수 있습니다.

수소는 어디에서 오는가

• 대기 및 차폐 가스: 수증기는 아크 내에서 해리되어 수소를 공급할 수 있다.
• 산화막: 알루미늄 산화물은 수분을 쉽게 흡착합니다. Al-Mg 합금 표면에 부착된 느슨한 산화물은 훨씬 더 많은 수분을 보유할 수 있습니다.
• 와이어 및 공작물 오염: 기름, 먼지, 부식 생성물은 모두 이용 가능한 수소의 양을 증가시킵니다.

MIG 용접과 TIG 용접은 아크 및 용융방울 전이 조건이 다르기 때문에 수소 흡수 방식도 다릅니다. TIG 뿌리 용접 시, 뿌리 부위의 잔류 산화물은 집중된 기공을 유발할 수 있습니다. 기공의 분포와 산화물의 색상 변화를 통해 이러한 원인을 파악할 수 있습니다. 표면 바로 아래에 생긴 기공은 나중에 기포 형태로 나타날 수 있습니다.

거품이 빠져나올 수 없는 이유

알루미늄 용접 금속은 탄소강 용접 금속보다 약 4~7배 더 빠르게 냉각됩니다. 알루미늄은 밀도가 낮아 기포가 떠오르기 쉽지만, 급속한 응고로 인해 기포가 빠져나갈 수 있는 시간이 단축됩니다. 따라서 늦게 형성된 수소 기포는 용접부에 갇히게 됩니다.

알루미늄 용접부의 기공을 방지하는 방법

1. 가공물, 용접봉 및 차폐 장치를 건조한 상태로 유지하십시오. 이 자료에서는 수분 함량이 0.08% 미만인 아르곤 가스를 사용할 것을 권장합니다.
2. 용접 직전에 산화물, 기름 및 기타 이물질을 제거하십시오. 1.8 mm 두께의 LF3 강판을 수동 TIG 용접할 경우, 해당 자료에서는 폭 20 mm 범위를 긁어내고 역 V자형 루트 가공을 적용할 것을 권장합니다.
3. 가스가 빠져나갈 수 있도록 매개변수를 설정하십시오. TIG 용접의 경우 일반적으로 전류를 높이고, 이송 속도를 높이며, 총 열입력을 낮추는 것이 유리합니다. MIG 용접의 경우 용융 풀의 수명을 연장하기 위해 이송 속도를 낮추고 열입력을 높여야 할 수도 있습니다.
4. 필요한 경우, 특히 두껍거나 열전도율이 높은 공작물에 대해서는 적절한 예열을 실시하십시오.

효과적인 공극률 제어는 일련의 과정으로 이루어집니다. 즉, 건조한 소모품, 깨끗한 표면, 안정적인 차폐, 그리고 수소가 용융 풀에서 빠져나갈 시간을 확보해 주는 열 사이클이 필요합니다.