용접의 종류 - 4. 기타용접(전자빔/레이저빔/초음파용접/마찰용접)

 

<용접의 종류 네 번째 - 전자빔/레이저빔/초음파용접/마찰용접>

 

1. 전자빔 용접

1960년에 개발된 전자빔 용접(EBW : electron-beam welding)에서는 고속으로 집속된 전자빔에 의해서 열이 발생됩니다. 즉

전자들이 고속으로 용접부에 충돌하면서 전자들의 운동에너지가 열에너지로 변환이 됩니다. 전자빔용접은 얇은 호일에서부

터 두꺼운 판에 이르기까지 대부분의 모든 금속에서 가능하며, 전자빔건의 용량은 100kW까지 가능합니다. 에너지를 집속시

킬 수 있기 때문에 모재의 구멍을 뚫을 수 도 있습니다.

일반적으로 보호가스, 용제, 용가재 등을 사용할 필요가 없습니다. EBW 공정은 용접부 옆면이 거의 평행할 정도로 깊고 좁게

형성되며 열영향부도 적은 고품질의 용접성을 얻을 수 있는 용접법입니다.

맞대기 혹은 겹침용접을 이용하여 최대 150mm 두께까지 어떤 종류의 금속도 용접이 가능하며, 용접부의 변형이나 수축이 적

어 용접품질이 향상됩니다. 항공기, 미사일, 핵시설 및 전자부품, 자동차 산업의 기어 혹은 샤프트 등이 많이 사용되고 있습니

다. 전자빔 용접은 X선이 발생되므로 모니터링 장치가 필요하며 주기적으로 유지보수과정이 요구됩니다.

 

2. 레이저빔 용접

레이저빔 용접은 고출력의 레이저빔을 열원으로 이용하여 용접하는 방법으로, 매우 적은 영역에 빔을 접속시키기 때문에 높

은 에너지 밀도를 갖게 되며, 그 결과 깊이 대비 폭의 비가 큽니다. 레이저빔은 직진성이 있고, 빔 형태로 바꿀 수 있으며, 초

점에 집속을 시킬 수 있어서 직경이 0.2mm의 스폿 크기가 가능합니다. 따라서 이 공정은 깊이 대 폭의 비가 4~10인 깊고 좁

은 접합부위를 용접하는데에 적합합니다.

레이저빔 용접은 대부분의 현장에서 널리 사용되고 있습니다. 얇은 재료의 스폿용접의 경우 레이저빔을 펄스형태로 사용할

수 있으며, 출력은 100kW까지 가능합니다. 두꺼운 단면의 깊은 용접부에서는 연속형태의 수 kW급 레이저 시스템이 사용되고

있습니다.

레이저빔의 장점은 레이저빔은 공기를 통과하기 때문에 진공상태를 요구하지 않으며, 광학적으로 형태를 바꾸거나 조작하거

나 초점을 맞출 수 있어서 자동화가 용이하며, 빔에서 X선이 방출되지 않습니다. 그리고 용접부 품질이 우수하고, 변형이 적

고 불완전 용융, 스패터, 기공이 발생하는 경향이 낮습니다.

 

3. 초음파용접

초음파용접에서 두 용접부재의 접촉면은 수직력과 진동하는 전단력을 받습니다. 전단응력은 초음파가공에 사용하고 있는 것

과 같은 트랜스듀서의 끝단에 의해서 가해집니다. 진동주파소는 일반적으로 10~75kHz의 범위에서 사용되며, 더 높은 혹은

낮은 주파수를 이용할 경우도 있습니다. 효율적인 작업을 위해서는 트랜스듀서와 선단을 적절히 조합하는 것이 중요합니다.

전단응력은 두 피용접물 사이에서 소성변형을 일으키며 산화피막과 오염물질을 제거시킴으로서 양호한 접합과 강한 고상접

합을 형성합니다. 접합부에서 발생하는 온도는 보통 피용접물 재료의 녹는점의 절대 크기로 1/3 ghrdms 1/2 정도입니다. 다

시 말해서 용융점까지 올라가지 않습니다. 그러나 어떤 경우에는 온도가 충분히 올라가서 접합부가 금속학적으로 변화되어

접합 강도에 영향을 미치기도 합니다.

초음파 용접공정은 다양하고 신뢰성이 높아서 금속, 비금속, 혹은 이중금속판과 같이 이중금속의 접합에도 사용이 가능합니

다. 플라스틱 접합, 호일 패키징, 자동차 및 전자산업, 평판의 겹칩용접, 호일, 얇은 와이어 등을 접합하는데도 사용이 됩니다.

용접팀 대신 한 쪽이 평판, 호일, 폴리머로 짜여진 재료인 구조물의 시임용접을 하기 위해서 회전판이 사용되기도 합니다.

 

4. 마찰용접

마찰용접은 용접에 필요한 에너지가 용접하고자 하는 두 모재의 접촉면에서 발생됩니다. 두 모재 모두 축 방향으로 힘을 받으

면서 접촉되어 있는 상태에서, 한 모재는 고정되어있고, 하나는 속도를 유지하면서 회전합니다. 접촉이 과도하게 이루어지면

용접부가 파괴되지 않도록 회전 모재를 즉시 멈추고, 산화물이나 오염물들은 접촉면에서 고온의 금속이 반경방향 밖으로 밀

려나오게 됩니다.  마찰용접에는 관성마찰용접과 선형마찰용접이 있습니다.

1) 관성마찰용접

    마찰열을 위해서 필요한 에너지가 플라이휠에 의해 공급이 됩니다. 먼저 플라이휠의 속도가 느려지고 축방

    향 힘이 증가되는데, 여기서 플라이휠이 멈추면 용접이 완성됩니다. 양호한 용접품질을 위해 순서마다 시간조정을 하는

    것이 중요합니다.

2) 선형마찰용접

   두 소재의 경계면이 회전운동 대신 성형왕복운동에 의해서 접합되는 공법입니다. 따라서 소재의 단면이 원형이나 튜브형일

   필요가 없습니다. 따라서 금속이나 플라스틱 등을 용접할 때 원형뿐만 아니라 사각형의 형상도 가능합니다.

* 마찰교반 용접에서는 제 3의 물체가 접하면, 사이에 삽입하여 피용접물들 사이에서 문지르면서 용접하는 공법입니다.