알루미늄 합금 용접성, 알루미늄 용접, 알루미늄 용접법

 

<기출>

16-1-8 알루미늄과 그 합금의 용접성에 대해 설명하시오

 

1. 개요

 

1) 알루미늄의 정의

주기율표 13족에 3주기에 속하는 금속 원소로 원소기호는 Al, 원자량은 26.981g/mol, 녹는점은 660.32℃,  끓는점 2519℃, 밀도는 2.7g/cm3이다. 은백색의 가볍고 무른 금속으로 지구의 지각을 이루는 주 구성 원소 중 하나이다. 가볍고 내구성이 큰 특성을 이용해 원자재 및 재료로 많이 사용된다.

알루미늄

(1) 알루미늄 합금의 종류

① 실루민 (silumin, Al-Si계) 

주조용 알루미늄 합금 일종, 사형, 금형, 다이캐스팅 등 모든 주물에 이용되 
소량의 나트륨을 첨가하여 초기 결정을 미세화 (알루미늄 개량처리)
소량의 마그네슘, 망간 첨가하여 개량한 r-실루민 형성 
선박, 철도, 차량부품, 자동차 피스톤, 다이케스팅 주물 등에 사용됨 

 

② Y합금 (yalloy, Al-Cu-Ni-Mg) 

내열 알루미늄 합금의 일종. 초두랄루민에 니켈을 첨가하여 내열성을 개선하고 열처리에 의해 강도를 증대 
주물 및 단조품으로 사용. 내열성이 요구되는 엔진 부품 등에 이용됨

 

③ 로엑스 합금 (Lo-Ex alloy, Al-Si-Ni-Cu-Mg)

열팽창계수가 적고, 비중이 작고, 내마모서이 양호하고, 고온 강도가 커서 피스톤용으로 널리 사용되며 시효 경화성을 가짐 

 

④ 하이드로날륨(hydronalium, Al-Mg)

알루미늄에 10% 마그네슘 첨가, 내식성, 강도, 연신율을 좋게 함 
비중이 작고 절삭성이 양호함 

 

주조용 알루미늄 합금, 다이캐스팅 알루미늄 합금, 중력주조, AC4C, A356, ADC12

 

알루미늄 합금 구분, 알루미늄 합금 열처리 종류 구분, 열처리 기호

 

시효경화, 석출경화, 시효(aging)의 종류

 

2) 알루미늄과 그 합금의 용접

알루미늄 합금 용접은 불활성가스아크용접을 이용하면 비교적 용이하게 용접되나, 열영향부의 연화, 용접 균열, 기공 발생 등 각종 결함이 발생할 수 있으므로 용접 조건 선택에 신중해야함 

모재 열영향부의 넓이는 용접 방법, 재질, 판두께, 이음 형상 및 용접 조건에 따라 달라짐 
(저항용접이나 아크용저버은 열영향부가 좁고, 가스용접은 열영향부가 넓고 재질도 약화되는 경향이 있음)

알루미늄 합금 용접부 조직, HRD

(1) 알루미늄 합금 용접성 불량 이유 (대체적으로 불량함)

• 비열과 열전도도가 대단히 커서 단시간 내에 용융온도까지 이르기 어려움 (빨리 식는다)
• 용융점이 660도로 낮은 편이고, 색채에 따라 가열온도 판정이 곤란하여 과용융이 되기 쉬움 
• 산화 알루미늄 (Al2O3, 알루미나)의 용융온도(2050도)가 알루미늄 용융온도보다 매우 높고 표면에 형성되어있어 용접성이 안좋음
• 알루미나(산화 알루미늄) 비중보다 알루미늄의 비중이 가벼워 용융시 알루미늄이 표면으로 떠오르기가 어려움 (내부에 잔존) 
• 용접 후 변형이 크며, 균열이 생기기 쉬움 (강에 비해 응고 수축 1.5배) 
• 용융 응고시 수소 가스를 흡수하여 기공이 발생하기 쉬움 

 

3) 알루미늄 용접법

불활성가스아크용접, 피복아크용접, 가스용접, 점용접법 등이 있음 

(1) 불활성 가스 텅스텐 아크 용접법(TIG용접)

• 용제 사용 및 슬래그 제거가 불필요해짐
• 역극성 사용시 청저작용이 있으나 텅스텐 전극의 과열로 인한 결함이 발생할 수 있으므로 (텅스텐 입자의 용접부 혼입)교류를 사용하면 청정작용도 되고 용접도 양호함 

(2) 피복 아크 용접법

• 직류 역극성
• 용접봉 : 순 알루미늄, Al-si, Al-Mn 
• 알루미늄 합금 심선에 피복된 다량의 용제가 가스분위기를 만들어 보호하며 알루미늄 산화물인 슬래그 제거 
• 피복제 수분은 기공의 원인이 되기 때문에 200 ~500도로 건조하여 사용

(3) 가스 용접법

• 약간의 아세틸렌 과잉 불꽃
• 200~400도 예열 
• 용융점이 낮아 용접을 빠르게 진행해야함 
• 얇은 판의 용접시 스킵법 등을 활용하여 변형을 방지 

(4) 점 용접법 

• 모재 표면의 산화 피막 제거 필요 
• 재가압 방식으로 기공 발생을 방지할 수 있음 

TIG용접이란..?

 

불활성가스아크용접 (금속, MIG, GMAW 텅스텐, TIG, GTAW), 불활성가스아크용접 이론

 

전기저항용접(Electric Resistance Welding)

 

플라즈마 아크용접(PAW), 열적핀치효과 (Thermal pinch effect), 플라즈마 제트용접

 

실드금속아크용접 (SMAW; Shielded Metal Arc Welding), 피복아크용접, 탄소아크용접