[용접] 고주파 용접 (High Frequency Welding), 제관

<용접 분류>

• 납땜 및 테르밋 용접
• 가스용접
• 전기저항용접
• 아크용접
• 특수용접
  • 전자빔용접
  • 레이저빔용접
  • 일렉트로 슬래그 용접
  • 플라즈마 용접
  • 저온용접(공진용접)
  • 플라스틱용접
    • 열풍용접
    • 열기구용접
    • 마찰용접
    • 고주파용접
  • 폭발용접
  • 확산용접
  • 마찰용접 (플라이휠형, 컨벤셔널형)
  • 초음파용접
  • 냉간압접
  • 고주파용접 (High Frequency Welding) ★

 

1. 개요

 

1) 고주파용접 정의

 높은 주파수 (약 450kHz) 의 전류를 용접 대상물에 흘려서, 이때 발생되는 열로 용접을 실시하는 공정.
(일반용접에 사용되는 저주파는 용접을 위해 높은 전류가 필요하지만, 높은 주파수에서는 전류가 표면에만 집중되는 표피효과 덕분에 낮은 전류로도 용접이 가능함) 
용접조건에 따라 별도의 업세팅력을 가하기도 함
국내에서는 주로 벤딩 등의 성형 과정에 고주파가 많이 이용됨

 

2) 구분

• 고주파저항용접 (HFRW; High Frequency Resistance Welding)
  : 직접 용접 대상물에 전류를 흐르게 하여 용접열을 얻음
• 고주파유도용접 (HFIW; High Frequence Induction Welding)
  : 직접 전류를 흘리지 않고 인덕션 코일에 의해 모재에 유도된 전류의 열을 이용하여 용접을 실시 

 

2. 고주파 용접 분류 

 

1) 고주파저항용접 (HFRW; High Frequency Resistance Welding)

• 용접부위를 가압하면서 고주파 전류를 직접 흐르게 하여 그 저항발열 (줄열)에 의해 용접함 

고주파 저항 용접

2) 고주파유도용접 (HFIW; High Frequence Induction Welding)

• 용접부위를 감은 유도코일에 고주파 전류를 흐르게 하고 발생하는 유도전류를 이용하여 접합

고주파 유도 용접

 

3. 고주파 용접 특징

 

1) 장점

• 매우 좁은 열영향부(HAZ)를 형성
• 용접부 성능 개선을 위한 열처리가 거의 필요 없음
• 에너지 효율이 좋아서, 낮은 전력 소모로 빠른 용접을 실시
• 0.13mm 이하의 얇은 두께 ~ 25mm의 두꺼운 두께까지 용접이 가능
• 강종 제한이 거의 없음
• 용접 시간이 짧고, 국부적인 가열을 하여 용접부의 산화나 변형의 위험이 적음

2) 단점

• 열 집중이 심하고 자동으로 선형 (Line Operation)의 용접 실시 → 용접 조인트의 명확한 정의가 필요함
• 높은 고주파 사용 → 주변 기기에 영향을 줄 수 있음 
• 작업자 안전 관리 유의 필요
• HFIW의 경우 유도 코일을 장착할 수 있는 튜브나 파이프의 형상이어야함 (용접물 형상의 제약)

 

4. 고주파 용접 고찰 (핵심 원리)

 

1) 표피효과 (Skin effect)

•  전류가 용접재의 표면에 집중 
• 주파수가 커질수록 강하게 발생하고 침투깊이가 낮아짐 (에너지 집중이 좋고 좁은 열영향부 형성)

표피효과

2) 근접효과 (Proximity effect)

• 도체가 근접해서 배치되어 있을때, 도체에 흐르는 전류의 크기나 방향, 주파수에 따라 전류의 밀도가 변하는 현상
• 인접한 두 금속의 표면을 따라 고주파가 흐르게 된다 (표면에만 흐르게 된다 // 유도코일 - 모재) 
• 전류가 흐르는 경로가 반대일 경우 인접한 부위로 전류가 집중 
• 주파수가 커질수록 강하게 발생 (에너지 집중이 좋고 좁은 열영향부 형성)

반대방향의 전류와 맴돌이전류

 

3) 멤돌이 전류 (Eddy current)

• 유도코일에 전류가 가해지면 암페어 오른나사 법칙에 의해 도체 내에 자기장 형성
• 자기장은 페러데이 법칙에 의해 원형 전류가 형성이 되고 이를 맴돌이 전류라 한다 (발열) 

4) 줄의 법칙 

• 도체에 전류가 흐를때 발생하는 열에너지가 도체의 저항의 제곱과 전류에 비례하는 법칙
• P 는 IR^2에 비례함 

 

 

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