알루미늄 합금에 대한 전자빔 와이어 증착은 어떻게 이루어지나요?

전자빔 와이어 증착법은 알루미늄 합금 3D 프린팅 공법으로 사용됩니다. 알루미늄 합금은 경량성과 높은 강도를 갖추고 있을 뿐만 아니라, 우수한 연성, 전기 및 열 전도성, 내식성을 겸비하고 있습니다. 이러한 물리적, 화학적, 기계적 특성 덕분에 항공우주, 자동차 제조, 철도 운송, 무기, 저장 탱크, 가전제품, 건설 및 건축 자재 분야에 폭넓게 활용되고 있습니다. 1960년대부터 알루미늄 합금은 대량 생산되는 철도 및 자동차 제조 분야에서 광범위하게 사용되어 왔습니다.

알루미늄 합금은 여러 가지 기준으로 분류할 수 있다. 기본적인 가공 방법에 따라 주조 합금과 가공 합금으로 나뉜다. 용도에 따라 순알루미늄, 내식성 알루미늄, 듀랄루민, 슈퍼 듀랄루민, 특수용도 알루미늄 등이 있다. 열처리 반응에 따라 열처리 가능 합금과 열처리 불가능 합금으로 구분된다. 주요 합금 원소에 따라 8가지 계열로 나뉩니다. 8가지 알루미늄 합금 계열에 대해서는 별도의 참고 자료에서 다루고 있습니다.

재료 특성 및 용접성

전자빔 증착은 재료를 와이어 형태로 증착하기 때문에, 그 공정 특성은 용접, 특히 용가재 와이어 용접과 유사합니다. 따라서 증착 전에 용접성을 평가해야 합니다. 알루미늄 합금은 대체로 용접이 가능하지만, 몇 가지 특성으로 인해 용접 및 와이어 증착이 불안정해질 수 있습니다.

강한 산화 작용

알루미늄은 공기 중의 산소와 용접 과정에서 산소와 쉽게 반응하여 Al을 형성합니다.₂O₃ 막. 알루미나의 녹는점은 높고, 화학적·물리적으로 안정적이며, 제거하기 어렵고, 수분을 강하게 흡수합니다. 이 표면막은 모재의 용융을 어렵게 하여 슬래그 함유, 용접 불량, 용입 불완전 등을 유발할 수 있습니다. 흡수된 수분은 용접부에 침투하여 기공을 일으킬 수 있습니다.

용접 전에 기계적 연마 또는 화학적 방법을 통해 표면을 철저히 세척하여 Al을 제거해야 합니다.₂O₃. 용접 부위 또한 효과적인 보호가 필요합니다. TIG 용접은 일반적으로 교류 전류를 사용하므로, 음극 세정을 통해 산화막을 제거합니다.

열물리적 거동

알루미늄 합금은 강철보다 열전도율과 비열용량이 더 높습니다. 열이 기판으로 빠르게 전달되고 용접 부위에서 빠르게 빠져나가기 때문에 예열이 필요할 수 있습니다. 또한 선팽창 계수가 높아 열균열과 변형이 발생하기 쉽습니다. 와이어의 성분을 조절하여 열균열을 억제할 수 있으며, 예열을 통해 변형을 제어하는 데 도움이 될 수 있습니다.

공극률

액체 알루미늄은 고체 알루미늄보다 훨씬 더 많은 수소를 용해시킬 수 있으며, 액체 상태와 고체 상태 간의 수소 용해도는 17.5배나 차이가 난다. 알루미늄의 낮은 융점과 높은 열전도율로 인해 용접 풀이 빠르게 응고되어 수소가 빠져나갈 시간이 충분하지 않게 되며, 이로 인해 수소 기공이 발생하기 쉽다. Al₂O₃ 필름은 세척 후 거의 즉시 수분을 흡수하며, 이 흡착된 수분이 주요 수소 공급원이 됩니다. 따라서 수소 공급원을 엄격하게 관리해야 합니다.

용접 비드 형성

비드 형성이 어려운 데에는 두 가지 이유가 있다. 알루미늄은 용융되기 전까지 뚜렷한 색상 변화가 없어 성형 조건을 판단하기 어렵고, 고온 강도가 낮아 용융 금속을 제대로 지탱하지 못해 관통 위험이 커진다.

접합부 특성의 변화

1. 용접 온도에서 Mn, Mg, Zn이 증발 및 소실됨에 따라 강화 상을 형성하는 데 이용 가능한 원소의 양이 줄어들고, 용접부의 기계적 특성이 저하된다.
2. 열영향부에서의 재결정은 변형 경화되거나 용체 노화 처리된 합금의 강도를 저하시킵니다.
3. 알루미늄은 면심 입방 격자를 가지며 동소체가 없기 때문에, 열 사이클을 거치더라도 결정립을 미세화할 수 있는 상변태가 일어나지 않으며, 따라서 용접부의 결정립은 비교적 거친 상태를 유지한다.

전자빔 용접은 진공 상태에서 이루어지므로, 용접 중 알루미늄과 공기의 접촉이 발생하지 않습니다. 알루미늄(Al)을 제거하기 위한 철저한 용접 전 세척₂O₃ 이는 여전히 필수적이며, 증착 전에 알루미늄 와이어를 세척하는 것이 특히 중요합니다. 와이어의 성분을 적절히 선택하면 열균열 및 관련 결함을 예방할 수도 있습니다. 합금 2219 용접 와이어는 전자빔 와이어 증착에 널리 사용됩니다.