알루미늄 용접: MIG 대 TIG 대 마찰 교반 용접

알루미늄 합금은 매우 광범위하게 사용되기 때문에, 현재 그 용접 공정에는 펄스 가스 금속 아크 용접, 교류 가스 텅스텐 아크 용접(TIG), 마찰 교반 용접 등이 포함된다.

알루미늄 합금은 일반적으로 고온 및 저온 가공성과 용접성이 우수하며, 기존의 용융 공정을 통해 접합할 수 있습니다. 일반적인 용접 방법으로는 가스 차폐 아크 용접, 아르곤 아크 용접, 플라즈마 아크 용접, 저항 용접, 전자빔 용접 등이 있습니다. 특히 열출력이 높고 에너지가 집중되며 효과적인 차폐가 가능한 공정이 적합합니다.

현재 철도 운송 장비는 주로 자동화된 가스 차폐 용접 공정을 통해 제작되고 있습니다. 레이저-아크 하이브리드 용접과 같은 첨단 공법은 여전히 공정 개발 단계에 있으며, 제한된 범위에서 적용 시험이 진행되고 있습니다.

MIG 용접

장비

MIG 시스템은 주로 전원 장치, 제어기, 와이어 공급기, 용접 건, 케이블 어셈블리 및 접지선으로 구성됩니다.

특징

MIG 용접은 높은 생산성을 제공하며, 특히 고전류 MIG 용접은 두꺼운 판재에 적합합니다. 용접 후 변형이 다소 크게 발생하며, 용접 품질은 부분적으로 장비 성능에 좌우됩니다. 용접부의 기공을 제어하는 것이 가장 중요한 고려 사항입니다. 수소는 여러 경로를 통해 유입될 수 있습니다.

금속 전사 모드

세 가지 전이 모드는 단락, 스프레이, 투사 스프레이입니다. 단락 모드는 ‘펑’ 하는 소리가 나며 침투 깊이가 얕은 짧은 아크를 사용합니다. 주로 저전류와 0.8 또는 1.0 mm 와이어를 사용하여 두께 1–2 mm의 벽면에 있는 필렛 접합부나 맞대기 접합부에 사용됩니다. 스프레이 전이는 휘파람 소리가 나는 더 긴 아크를 가지며, 좁고 깊은 손가락 모양의 침투를 생성합니다. 이로 인해 측면의 불완전한 용융, 기공 및 균열이 발생할 수 있습니다. 프로젝티드 스프레이 전이는 아크 길이가 약간 더 길고 약한 ‘펑’ 소리가 납니다. 이 방식은 대야 모양의 침투 프로파일을 형성하며, 얕은 단락 전이 침투나 손가락 모양의 스프레이 침투보다 더 우수한 기계적 특성을 나타냅니다.

알루미늄 MIG 용접의 경우 일반적으로 분사 전이 방식을 권장합니다.

품질에 영향을 미치는 요인

아르곤은 일반적으로 사용되는 차폐 가스이며, Ar-He 혼합 가스를 사용하면 효율을 높이고 기공률을 낮출 수 있습니다. 와이어 공급 속도, 토치 각도, 이동 속도 및 노즐 높이는 적절히 조절해야 합니다. 금속 스프링 라이너 대신 PTFE 또는 나일론 라이너를 사용해야 하며, 톱니 모양의 구동 롤은 사용하지 마십시오.

참고: 1.L = 첫 번째 패스; 2.L = 두 번째 패스; 용접봉은 모재와 일치함; 차폐 가스는 Ar; G = 뒷면 패스.

그루브 디자인

용접부 형상은 재료 두께와 구조 설계에 따라 결정됩니다. 알루미늄의 경우 용접 뿌리 부분에 결함이 쉽게 발생하므로, 강철보다 홈 각도를 더 크게 설정해야 하며, 개구부를 넓게 하면 용접 뿌리 부위의 상태가 개선됩니다.

수평 위치에서는 총구를 수직 방향에서 5°~20° 각도로 이동 방향을 향하게 하고, 와이어는 열이 더 강하게 방출되는 쪽으로 기울여야 합니다.

두께가 8 mm를 초과하는 재료는 여러 번의 용접 패스를 거쳐야 합니다. 알루미늄 용접 결함의 상당수가 용접 뿌리 부분에서 발생하기 때문에 뿌리 패스는 매우 중요합니다. 용착된 금속이 뿌리를 덮어 결함을 가두지 않도록, 다리 크기를 작게 하여 빠르게 용접하십시오.

TIG 용접

장비

TIG 용접 시스템은 주로 용접 전원, 제어기, 토치로 구성됩니다.

특징

TIG 용접은 얇은 판재에 적합하며, 변형이 적고 기공이 적으며, 까다로운 제품에 높은 품질을 제공합니다. 뒷면 가스 차폐를 적용한 AC TIG 용접을 사용하십시오. 음의 반주기에서는 산화막을 제거하고, 양의 반주기에서는 텅스텐의 과열을 줄여줍니다. 일반적인 기공 발생 원인은 저순도 아르곤, 오염된 와이어 또는 홈, 불충분한 차폐, 부적절한 파라미터, 과도한 전극 돌출, 그리고 아크가 너무 길거나 불안정한 경우 등입니다.

시술 기법

오른손잡이 용접공이 주로 사용하는 기술은 포핸드 용접법입니다. 오른손으로 토치를 잡고, 왼손으로 와이어를 잡은 뒤, 토치를 오른쪽으로 20° 기울이고, 와이어를 피스(workpiece)와 15° 각도를 이루며 용융 풀 쪽으로 공급합니다.

먼저 아크를 이용해 용융 풀을 형성하십시오. 아크 아래쪽에서 앞뒤로 반복적으로 움직이며 와이어를 용융 풀 안으로 공급하십시오. 와이어를 아크 아래로 너무 깊게 넣지 마십시오. 그렇지 않으면 용융 풀의 온도가 떨어집니다. 와이어 끝부분을 용융 풀의 선단부에 녹여 넣고, 와이어가 차폐 가스층 안에 머물도록 하십시오.

마찰 교반 용접

장비

이 공정은 형상 가공된 핀, 홀더 및 원통형 숄더로 구성된 회전 공구를 사용하여 수행됩니다.

원리 및 특징

회전하는 공구는 마찰열을 이음매로 전달하여, 공구가 이음선을 따라 이동함에 따라 재료를 가소화된 열가소성 상태로 만듭니다. 시작 단계에서, 형상 가공된 핀이 빠르게 회전하며 이음매로 들어갑니다. 핀과 금속 사이의 마찰로 인해 열가소성 층이 형성되는 한편, 숄더 접촉을 통해 추가적인 열이 공급됩니다. 가소화된 금속은 공구 앞쪽에서 뒤쪽으로 지속적으로 이동하며 공동을 채웁니다. 용접 영역은 압축, 마찰 가열, 소성 변형, 열 전달, 확산 및 재결정 과정을 거칩니다.

장점은 다음과 같습니다:

1. 고체 상태 접합.
2. 왜곡이 거의 없거나 전혀 없습니다.
3. 고강도 알루미늄, 주물, 복합재료 등 가공이 어려운 소재를 접합할 수 있는 능력.
4. 차폐 가스가 없습니다.
5. 뛰어난 기계적 특성, 특히 피로 성능.
6. 유해한 연기, 적외선, 자외선이 발생하지 않습니다.
7. 높은 이동 속도.
8. 기공이나 균열과 같은 융착 용접 결함이 없습니다.
9. 일반적으로 이음부 주변에 용접 전 준비 작업이 필요하지 않습니다.
10. 절단면에는 기둥상 결정이 없으며, 소성 유동으로 인해 결정이 미세화된다.

제한 사항으로는 다음이 있습니다:

1. 용접 보강은 허용되지 않으며, 공작물의 양 끝단은 맞대기 이음새를 이루어야 하고, 모서리 용접은 할 수 없습니다.
2. 현재 3차원 곡면은 용접할 수 없습니다.
3. 돌출된 공구 부위로 인해 이음매 끝부분에 출구 구멍이 생길 수 있습니다.
4. 지지대는 마찰력을 견뎌내야 합니다.
5. 관절의 불일치와 틈새는 엄격한 관리가 필요합니다.
6. 현재 생산 용도는 경금속으로 제한되어 있습니다.