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재료

물리적 성질

스테인리스강을 용접하기 위해서는 합금에 따라 다른 용접 성질을 가지고 있기 때문에 재료금속에 대해서 잘 알고 있어야 합니다. 금속의 기계적 성질을 용접 후에도 유지하는 것이 중요합니다. 스테인리스강은 철에 크롬이 12% 이상 함유되어 있는 강으로써, 순도가 높고 0.025% 미만의 황과 인을 함유하고 있습니다. 스테인리스강 합금원소로는 크롬, 니켈, 몰리브단, 티타늄, 니오븀, 바나듐, 코발트가 주로 사용됩니다. 모재 표면에 산소로 인해 형성되는 얇은 크롬 산화피막은 표면을 화학반응으로 보호하여 내식성을 가지도록 합니다. 합금원소에 따라 스테인리스강의 기계적 및 화학적인 성질을 개선할 수 있습니다. 니켈같은 경우는 산에 견디는 성질을 개선하며, 티타늄 또는 니오븀은 높은 온도에서 금속 조직을 안정화시킵니다. 망간, 몰리브단, 구리는 산에 견디는 성질뿐만 아니라 금속에 국부적으로 작은 부분에만 집중되어 점형태로 부식이 일어나는 부식에 대해 견디는 성질을 개선시킵니다.

합금원소 조직에 따라 오스테아니트계, 페라이트계, 오스테나이트-페라이트계, 마르텐사이트계로 분리됩니다. 오스테나이트계 스테인리스강 크롬니켈강 (CrNi강)으로도 불리며 니켈이 8% 넘게 함유되어 있습니다. 내식성, 내산화성과 같은 기계적 성질을 가지고 있으며, 작업하기 쉽습니다. 주로 화학산업, 식품산업과 같이 거친 환경에서 사용됩니다. 페라이트계 스테인리스강 페라이트계에는 크롬 함유량 11-13% 또는 17%로 2가지 종류가 있습니다. 11-13% 크롬이 함유된 페라이트계 스테인리스강은 낮은 크롬 함유량으로 부식에 반응하지 않아 오래 사용할 수 있고 안전성이 요구되는 곳에 많이 사용되는 반면에 외관은 덜 중요시됩니다. 주로 컨테이너, 화물차, 자동차산업에 주로 적용됩니다. 오스테아니트-페라이트계 스테인리스강 (Duplex) 페라이트와 오스테아이트계 조직으로 인해 듀플렉스 스테인리스강으로도 불립니다. 부식하지 않은 크롬 니켈강의 높은 강도와 부식하지 않은 크롬강의 높은 연성과 성형성과 같은 성질이 결합되어 화학, 석유화학산업, 조선소에서 주로 적용됩니다. 마르텐사이트계 스테인리스강 크롬 12-18%, 탄소가 0.1%넘게 함유되어 있으며, 가열과 급속 냉각으로 경화되며, 탄소 함유량이 증가함에 따라 높은 강도를 가지고 있습니다. 주로 면도날, 칼, 가위 제조에 사용되나 다른 스테인리스강에 비해 내식성이 낮습니다.

사전작업

스테인리스강은 거의 모든 용접 프로세스로 용접이 가능합니다. 잘 못된 용가재 사용으로 인해 용접부가 모재와 다른 강도를 가질 수 있기 때문에 용가재 선택이 중요합니다. 자칫 잘못하면 용접부가 파열될 뿐만 아니라 부식될 수도 있습니다. 따라서 용접 전 스테인리스강 유형과 용가재를 알맞게 사용해야 합니다.

  • 용접을 하기 전 모재에 있는 물, 페인트, 수분, 먼지 등 불순물을 제거합니다.
  • 용접 비드에 접합결함이 발생하지 않도록 녹슨 부분을 제거합니다.
  • 기름은 용접에 영향을 미치므로 용접 전 기름을 제거합니다.
  • 스테인레스강 조직과 두께에 따라 층간온도와 예열 온도를 대략 150ºC로 관리합니다.
  • 균열의 위험이 있거나 용접부의 잔류 응력을 제거하고 기계적 성질을 향상시키기 위해 경우에 따라 후열을 합니다.

용접 시스템 필수 요소

와이어 공급 상태는 전류와 밀접한 관계가 있습니다. 와이어 공급이 원활하면 전류가 안정적으로 공급되어 아크가 안정적이게 점화합니다. 이러한 원활한 와이어 송급을 위해서 PushPull 시스템을 적용합니다. PushPull 시스템에는 와이어를 밀고 당기기위해 드라이브가 장착된 용접 토치 드라이브와 와이어를 밀어주는 와이어피더기를 사용합니다.

PushPull 시스템을 갖춘 상태에서 입열을 최소화해야하거나 스패터를 최소화해야하는 용접 조건에 따라 알맞은 용접 프로세스 (예를 들어 CMT)를 사용할 수 있습니다

스테인리스강은 열전도도가 높아 열이 분산되는 알루미늄과 달리 열전도도가 낮아 열을 집중시킬 수 있어 키홀 용접을 할 수 있습니다. 키홀 용접이란 106W/㎠의 높은 에너지밀도로 인해 일반 반달모양의 용융지가 아닌 모재의 두께방향으로 좁고 깊은 키홀이 형성되어 열이 전도되어 용접되는 것을 일컫습니다.

새로운 TIG 용접 프로세스 ArcTIG는 스테인리스강 모재 두께 최소 3mm에서 최대 8mm까지 면치 작업과 백킹 없이 한번에 용접이 가능하며, 텅스텐봉 냉각으로 깊은 용입과 집중된 아크를 형성할 수 있어 루트 및 키홀 용접에 유용합니다. 집중된 아크로 인해 일반 TIG 프로세스보다 빠른 용접 속도로 용접이 가능합니다.

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