티타늄 및 티타늄 합금의 전처리 및 용접 방법

티타늄 및 티타늄 합금을 용접하려면, 먼저 접합부 주변의 산화물, 기름, 수분 및 기타 오염 물질을 제거한 다음, 산화될 정도로 충분히 뜨거워진 모든 금속 부위를 보호해야 합니다. 여기서는 가스 텅스텐 아크 용접과 가스 금속 아크 용접 방법을 다루며, 접합부 및 피가공물의 두께에 따라 적절한 차폐 방식을 선택합니다.

용접을 위한 티타늄 및 티타늄 합금 전처리

티타늄 또는 티타늄 합금을 용접하기 전에, 이음부 및 그 주변을 꼼꼼히 세척하여 기름, 먼지, 녹, 산화피막을 제거해야 하며, 표면은 건조한 상태를 유지해야 합니다.

1. 산화 피막을 제거하십시오. 산화물 스케일은 스테인리스강 와이어 브러시나 줄을 사용하거나, 스팀 블라스팅 또는 샷 블라스팅을 통해, 혹은 실리콘 카바이드 휠로 연마하여 제거할 수 있습니다. 표면에 산화물과 기름기가 남아 있지 않도록 하기 위해서는 스케일 제거 직후 산 세척을 실시해야 합니다.
2. 표면의 기름기를 제거하십시오. 스케일이 있는 경우, 탈지 전에 이를 제거해야 하며, 스케일이 없는 경우에는 탈지만으로도 충분합니다. 기름으로 오염된 표면에는 적합한 용제를 사용할 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 세정 용액 중 하나는 부피 기준으로 3%의 불화수소와 35%의 질산을 함유하고 있습니다. 가공물을 실온에서 약 10분간 담근 후, 잔류 용액을 제거하기 위해 헹구고 건조시킵니다. 응력 부식에 취약한 가공물은 산세척 후 수돗물 대신 염화물이 포함되지 않은 물로 헹궈야 합니다. 고무 장갑은 가공물에 가소제를 남길 수 있으며, 이로 인해 용접 기공이 발생할 수 있습니다. 갓 절단된 판재의 가장자리도 이 산세척 공정이 필요합니다. 절단 과정에서 발생한 금속 파편과 미세 균열이 용접 시 기공을 유발할 수 있기 때문입니다.

세척한 부품은 즉시 용접해야 합니다. 보관이 필요한 경우, 부품을 건조제(제습제)가 들어 있는 용기나 습도가 조절되는 공간에 보관하십시오. 그렇지 않은 경우, 용접 전에 다시 가볍게 산세척 처리를 실시하십시오.

용접 방법 선택

티타늄은 400°C 이상의 용접 부위에서 쉽게 산화됩니다. 따라서 이 온도 이상의 모든 부위는 용접 시 불활성 가스 보호가 필요합니다. 산소-아세틸렌 용접, 보호가스 아크 용접, 수중 아크 용접 및 일렉트로슬래그 용접은 티타늄 및 티타늄 합금에 적합하지 않습니다.

가스 텅스텐 아크 용접 (TIG)

가스 텅스텐 아크 용접(GTAW 또는 TIG)은 수동 방식이나 자동 방식으로 수행될 수 있습니다. 용접 환경에 따라 개방형 용접과 밀폐형 용접으로 나눌 수 있습니다.

1. 개방 용접. 기존 방식에서는 대구경 토치 노즐, 후방 차폐판 및 백킹 가스 장치를 사용합니다. 후방 차폐판과 백킹 가스 장치는 400°C 이상의 용접 금속을 아르곤 또는 아르곤-질소 혼합 가스로 보호하여 산화되지 않도록 합니다.
2. 실내 용접. 400°C 이상에서는 복잡한 용접 조립체를 효과적으로 차폐하기 어려울 수 있으므로, 이러한 조립체는 강성 또는 유연한 챔버 내부에서 용접될 수 있습니다.
   1. 경질 챔버. 용접 전에 챔버 내 압력을 1.3~13 Pa까지 배기한 다음, 아르곤 또는 아르곤-헬륨 혼합 가스로 채웁니다. 토치는 후방 차폐 장치가 없는 비교적 간단한 형태를 사용할 수 있으며, 용접 중 추가적인 차폐 가스 유입은 필요하지 않습니다.
   2. 유연한 챔버. 공기는 용접 전에 챔버 내의 공기를 완전히 제거하거나, 챔버를 반복적으로 접었다 펴는 방식으로 아르곤 가스를 주입하여 제거할 수 있다. 유연한 챔버에서는 차폐 가스의 순도가 낮기 때문에 여전히 기존의 토치를 사용하며, 용접이 진행되는 동안 내내 가스 차폐를 유지해야 한다.

가스 금속 아크 용접 (MIG)

가스 금속 아크 용접(GMAW 또는 MIG)은 일반적으로 중간 두께 및 두꺼운 제품에 사용됩니다. 단락 전이는 얇은 벽의 피가공물에 적합하며, 스프레이 전이는 중간 두께 및 두꺼운 부재에 적합합니다.

GTAW에 비해 GMAW는 열입력이 더 높습니다. 더 많은 용접선이 증착되기 때문에 일반적으로 더 큰 홈 각도가 필요합니다. 두께가 15~25 mm인 공작물에는 보통 90° 단일 V자형 홈이나 1~2 mm 간격의 I자형 홈을 사용하며, 양쪽에 각각 한 번씩 용접을 실시합니다. GMAW는 용접 층 수를 줄이고, 기공을 감소시키며, 생산 비용을 절감할 수 있습니다. 여전히 토치 후방 차폐가 필요합니다. 400°C 이상의 용접 부위가 GTAW보다 길기 때문에, 후방 차폐 장치도 더 길어야 하며 수냉식이어야 합니다. 주요 단점은 용접 스패터가 더 많이 발생한다는 점입니다.