알루미늄 용접 기술
적절성
알루미늄은 낮은 용융점(657°C), 높은 열팽창 계수, 그리고 상당한 열전도성을 가지고 있습니다. 이는 저탄소강보다 3배나 높습니다. 뜨거운 알루미늄은 매우 깨지기 쉽지만, 알루미늄 용접에서 가장 큰 어려움은 쉽게 산화된다는 것입니다. 알루미늄 산화물(Al2O3)은 견고하고 융점이 높아서 용융점이 2050°C이며(이것은 알루미늄의 끓는점보다 높습니다), 화학적 중립성 때문에 플럭스의 효과를 잘 받지 않습니다.
용접
알루미늄은 가스 및 아크 용접, 그리고 전기접촉 용접기에서 압력으로 용접합니다. 가장 일반적인 것은 아세틸렌 산소 혼합 가스를 사용하는 가스 용접입니다. 금속의 가장자리들은 사전적으로 철저히 청소해야 합니다: 샌드블라스트 기계, 철제 브러시, 또는 벤젠이나 소다수 용액으로 세척하여야 합니다. 소다수 용액 후에는 부식을 방지하기 위해 흐르는 물로 철저히 세척합니다. 알루미늄 주조물 수리 시에는 미리 300°C로 예열할 것을 권장합니다.
플럭스
두꺼운 알루미늄 주조물을 용접할 때, 특수 플럭스를 사용하지 않을 수도 있습니다. 그러나 이 경우 알루미늄 산화물을 지속적으로 제거해야 하며, 용접봉 끝을 용접 풀에 담가 산화되는 것을 방지합니다. 일반적으로 특수 플럭스는 낮은 온도에서도 알루미늄 산화물을 분해하여 용접을 용이하게 합니다. 좋은 플럭스가 개발되기 전에는 알루미늄 용접은 거의 시행되지 않았습니다. 특수 플럭스, 특히 리튬의 할로겐화합물은 알루미늄 산화물을 효과적으로 분해합니다. 가장 자주 사용되는 플럭스는 리튬 염화물이나 불화 리튬입니다.
현재도 더 나은 플럭스를 찾기 위해 노력하고 있습니다. 신규 플럭스의 품질을 테스트하기 위해, 산화층과 흐린 표면을 가진 알루미늄 판에 가스 토치를 사용해 작은 풀을 만듭니다. 좋은 플럭스를 넣으면 표면이 거의 즉시 깨끗해지고 광택이 나는 은빛이 됩니다. 좋은 플럭스는 녹지 않은 뜨거운 금속 주위도 청소합니다.
일부 사용되는 플럭스의 구성
| 플럭스 성분 | 나트륨 성분 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 염화물 | 나트륨 NaCl | 30 | 45 | 28 | 35 | 33 | 30 | 19 |
| 염화물 | 칼륨 KCl | 45 | 30 | 50 | 48 | 45 | 45 | 29 |
| 염화물 | 리튬 LiCl | 15 | 10 | 14 | 9 | 15 | 15 | - |
| 염화물 | 바륨 BaCl2 | - | - | - | - | - | - | 48 |
| 불화물 | 나트륨 NaF | - | - | 8 | 8 | - | 10 | - |
| 불화물 | 칼륨 KF | 7 | 15 | - | - | 7 | - | - |
| 불화물 | 칼슘 CaF2 | - | - | - | - | - | - | 4 |
| NaHSO4 | NaHSO4 | 3 | - | - | - | - | - | - |
플럭스의 제조 및 저장
플럭스와 코팅제는 화학적으로 순수한 물질로 만들어집니다. 플럭스는 예를 들어, 도자기 몸체와 볼을 사용하는 분쇄기에서 원료를 동시에 분쇄하거나, 원료를 미리 용융한 후 철저히 갈아서 제조될 수 있습니다. 플럭스를 용융하면 더 나은 결과와 낮은 습도를 제공합니다. 알루미늄 플럭스는 대기의 습기에 의해 성질이 변하기 때문에, 밀폐된 병에 보관하며 한 작업 교대 당 필요한 양만큼만 꺼내 사용합니다.
버트 컨택트 용접
알루미늄의 연속 용융 방식으로 전동 장비를 사용하여 수행됩니다. 15,000 A의 전류가 1 cm2의 용접 단면에 가해질 때, 용융 깊이는 5-12 mm, 침몰 깊이는 용접 이음 단면에 따라 1.5-5 mm입니다. 연속 용융 시간은 30~70 주기이며, 침몰 시간은 2~5 주기입니다. 침몰이 시작되면 전류가 차단됩니다.
스팟 용접
알루미늄의 높은 전기전도성과 용접 시 빠른 용융(0.002-0.005 초)으로 인해 스팟 용접이 어렵습니다. 따라서 압력과 전극이 금속과의 접촉에서 손실되지 않도록 전극 이동이 빠르게 이루어져야 합니다. 축적된 전력을 사용해서도 스팟 용접이 가능합니다. 보통 축전기 스팟 용접이 사용되며, 고경도와 전기전도성을 가진 구리 합금 전극이 사용됩니다. 용접 시 구리 전극이 알루미늄에 붙어, 전극 표면을 손상시키지 않도록 얇은 금속 층을 제거하여 청소하고 전극을 흐르는 물로 냉각시켜야 합니다. 이온 교차기를 사용하여 알루미늄의 솔드 용접도 가능합니다.
알루미늄 합금
기술에서는 알루미늄의 낮은 비중(2.7-2.8)을 유지하면서, 순수한 알루미늄보다 강도가 높은 합금이 널리 사용됩니다. 알루미늄 합금은 열강화 비가능형과 열강화 가능형으로 나뉩니다. 첫 번째 그룹의 예는 1.3% 망간이 첨가된 AMc 합금으로, 가공 상태에 따라 13에서 20 kg/㎟의 인장 강도를 가집니다. 이러한 합금은 열처리에 민감하지 않아 용접이 비교적 쉬우며, 용접 이음의 강도가 어닐링된 상태에서의 기본 금속에 근접합니다.
두랄루미늄
열강화 가능형 합금에 속합니다. 다양한 등급이 있으며 인장 강도는 38에서 46 kg/㎟입니다. 두랄루미늄 용접은 여전히 어렵습니다. 두랄루미늄은 알루미늄과 구리 및 마그네슘의 합금으로, 상변이가 형성됩니다. 이들의 알루미늄 내 용해도는 온도에 따라 달라집니다. 알루미늄이 임계 온도 이상으로 가열되면, 상변이가 완전히 용해되고 빠르게 냉각되면 금속 내에 그대로 있게 됩니다. 즉, 합금이 강화됩니다. 이후 숙성 과정에서, 상변이가 분해되어 미세한 입자로 방출되어 두랄루미늄이 높은 강도와 경도를 가지게 됩니다. 용접 시 지역적 과열로 인해 역과정이 발생하여 기계적 강도를 잃습니다. 이 강도 감소는 후속 열처리로 제거되지 않습니다.
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