일반기계 용접 - 3. 수송기계 분야의 용접
1. 알루미늄 MIG용접
• MIG용접을 이용하여 전철이나 철도차량 등을 가장 많이 조립
• 박판: AC전원에 의한 TIG용접도 쓰지만, 역시 생산성이 높고 용입도 깊은 DCEP 극성의 MIG 용접을 많이 활용
• 박판에 대한 저전류 영역의 MIG용접: 펄스MIG용접에 의한 1펄스 1드롭의 스프레이이행 용접
• 중후판에 대한 중대전류 영역의 MIG용접: 프로젝션형 스프레이이행으로 용접하여 스패터를 줄이면서 안정된 아크로 용접
• 대전류 MIG용접: 아르곤에 헬륨을 혼합하여 기공을 줄이면서 용접하는 기술이 중요
• 탄산가스를 사용하지 않고 주로 아르곤이나 헬륨가스를 사용하는 이유는: 알루미늄은 상온에서도 산화가 잘되어 평소에는 늘 산화막(알루미나)에 싸여 있어, 용접할 때 고온이 되면 더욱 산화가 격렬하게 일어나서 심하게 산화되므로 산소가 포함된 탄산가스를 사용하면 곤란함. 탄산가스는 플라즈마를 형성하여 아크로 전환될 때 CO와 O로 해리되어 산화분위기가 강력하게 형성되므로 알루미늄의 산화가 심하게 촉진되어 용접이 곤란하게 됨.
2. 알루미늄 TIG용접
• 알루미늄 합금이라도 두께가 얇고 작은 브라켓 종류나 아주 얇은 박판의 경우: AC TIG용접을 주로 적용
• AC TIG용접: 아크전류가 1/50~1/200초만에 1회정도의 주파수로 반대로 흐르기 때문에 아크가 소멸된 후 다시 발생하는 것을 계속하므로 자칫 아크가 불안정하게 되어 아크가 끊기게 되는 수가 자주 있음.
• 최근에는 이런 문제를 극복하기 위하여 인버터AC TIG용접기가 개발되어 많이 활용
• 인버터AC TIG 용접기: 아크 안정성도 좋게 되지만, 클리닝효과와 용입의 비율을 최적으로 유지할 수 있는 기능이 있어서 더욱 효율적인 용접 품질 관리가 가능
3. 마찰교반용접(FSW)
• 접합할 모재를 고정시킨 후 비소모식 툴을 이음부에 삽입시킨 후 회전하여 마찰열을 발생시켜 접합
• 모재 용융점의 약 80% 이하의 온도에서 접합이 이루어지는 고상접합법으로 용융으로 인한 변형, 결합 등의 문제점이 없음
• FSW용 툴: 모재와의 마찰에도 소모되지 않을 만큼 매우 경한 재질이어야 하며 현재는 경량합금인 Al 및 Mg 합금의 접합에 주로 활용
4. FSW의장점
(1) 용융상태의 용접이 아닌 고상용접으로 용접에 따른 변형이 적음
(2) 경량합금(Al, Mg, Ti 합금)등으로 제조된 주조제품, 금속기지 복합재료 등 기존용접기술의 적용이 거의 불가능 했던 재료의 접합이 가능하여 이종재료의 용접에도 적합
(3) 기존용융용접과 달리 별도의 열원발생장치, 용접봉, 용가재, 분위기가스등을 사용할 필요가 없으며 용접부위의 전처리도 불필요
(4) 용융용접에 비해 변형이 적기 때문에 용접부의 기계적 강도 우수
(5) 용융용접에서 발생하기 쉬운 기공, 균열 등의 결함이 발생하기 어려움
(6) 접합중 유해가스나 유해광선이 발생하지 않아 작업환경이 친환경적임
(7) 작업자의 숙련도나 기량에 크게 의존하지 않고, 표준화와 자동화가 가능
5. FSW의단점
(1) 고강도재료에는 적용이 어려움
(2) 구속용 클램프가 필요
(3) 용접부 끝부분에 툴자국이 생김
(4) 용접 덧살형성 불가
(5) 3차원 용접부 설계등이 어려움
(6) 필릿부 적용이 어려움
6. 가변극성 플라즈마 아크용접
• 경량구조가 요구되는 우주항공분야에서는 알루미늄 합금을 이용한 구조가 많이 사용
• 필연적으로 알루미늄 합금의 신뢰성 높은 용접기술이 필요하게 됨.
• 이러한 요구에 의하여 선진국 우주항공분야에는 가변극성 플라즈마 아크용접(VPPA welding,Variable Polarity Plasma arc welding)이 개발되어 적용
•플라즈마 아크용접: 기본적으로는 AC전원을 써서 클리닝 효과와 용입이라고 하는 두 마리의 토끼를 모두 잡고 있지만, TIG용접이 아니고 플라즈마아크용접을 쓰기 때문에 에너지 밀도가 높아서 용입은 깊고 비드폭은 좁게 형성
7. 가변극성 플라즈마 아크용접의 장점
(1) 키홀 용접방식으로 15mm이상인 알루미늄판을 한 번에 용접가능
(2) 고밀도의 열원을 사용하므로 용접부에 미치는 입열량 또한 TIG용접 보다 작음
(3) 가변극성 중에 포함된 DCEP성분으로 자체 청정효과가 있어서 용접결함률 또한 현저하게 감소함