용접의 종류 - 6. 기타용접 (플래쉬용접/스터드용접/퍼커션용접/폭발용접/확산접합용접)

<용접의 종류 여섯 번째>
- 플래쉬용접/스터드용접/퍼커션용접/폭발용접/확산접합용접 -

 

1. 플래시 용접

플래시버트 용접이라고도 불리는 플래시 용접은 두 소재의 끝 부분이 접촉하기 시작하여, 접촉부분에 아크가 발생하게 되면

서 매우 빠르게 열이 발생합니다. 적당한 온도가 되면 접촉면은 유연하게 되고, 곧바로 축방향의 힘이 정해진 속도로 가해지

고, 접합부는 소성변형을 일으킵니다. 이러한 과정을 업셋팅이라고하며, 업셋용접이라고 부릅니다. 아크가 존재하기 때문에

아크용접으로 분류되기도 하며, 불순물이나 오염물질들이 용접 중에 밖으로 나와, 소재의 많은 양이 타서 사라지게 됩니다.

접합부가 양호하고, 품질을 좋게 하기위해서는 후가공이 필요하며, 플래시 용접에 사용되는 장치는 보통 자동화가 되어있으

며 부피가 큽니다. 사용되는 전력은 10~1500kVA의 범위를 가지며, 플래쉬 용접은 동종이나 이종금속의 판 끝 단을 용접하는

데 사용됩니다. 평판의 경우 0.2~25mm두께, 봉일 경우 직경 1~75mm를 사용할 수 있습니다.

 

2. 스터드 용접

스터드 아크용접이라고도 불리는 스터드 용접은 플래시 용접과 유사합니다. 나사산이 있는 금속봉, 갈고리, 핸들에 사용되는

볼트는 납작한 평판에 접합되는 것중 하나의 전극의 역할을 합니다. 알루미늄의 경우 일반적으로 DCEP를, 철의 경우에는

DCEN을 사용합니다. 발생된 열을 집중시키고 산화를 방지하며, 용융금속을 용접부 내에 가두어두기 위하여 소모성 페롤이

라 부르는 세라믹 링이 접합부 주위에 설치되게 합니다. 스터드 용접 장치는 아크 발생 시간과 가압력을 제어하기위해 자동화

를 할 수 있고, 운반이 가능한 스터드 용접장비가 가능합니다. 대표적인 스터드 용접의 이용분야로는 차체, 전기판넬, 조선 등

이며 건물건설등에도 널리 사용되고 있습니다.

콘덴서 방전 스터드 용접에서는 교류 아크가 콘덴서로부터 생성됩니다. 용접시간이 1~6ms의 매우 짧은 시간에 이루어지기

때문에 페룰이나 용제가 필요하지 않습니다. 이 공정과 스터드 용접 사이에 어떤 공법을 취하느냐는 용접물의 재료종류와 모

재의 두께, 단면적의 크기, 보트 직경, 용접점의 형태에 따라 정해집니다.

 

3. 퍼커션 용접

저항용접은 일반적으로 전원이 필요하기 때문에 전기변압기를 사용하며, 용접을 위해 전기에너지가 콘덴서안에 충전이 되어

있어야 합니다.  퍼켜션 용접은 전력을 1~10ms 동안 방출하여 용접부에 국부적인 열을 발생시켜 접합하는 용접기술입니다.

이 공법은 전기조립품이나 전선 등에서와 같이 용접하고자 하는 영역 이외에는 열이 가해지면 안되는 곳에 필요한 용접입니

다.

 

4. 폭발용접

접합하고자 하는 모재 위에 폭발물 층을 깔고 이 층이 폭발하면서 생성되는 압력에 의해서 용접하는 용접법입니다. 이때 생긴

접촉압력은 극히 높아서 다른 하나의 소재에 내리치는 운동에너지에 의해서 접촉면이 물결모양을 하게 됩니다. 이 충격으로

두 표면이 기계적으로 맞물려 접합하게 되고, 소성변형에 의해서 냉간압접이 이루어집니다.

이러한 과정을 통해 폭발용접으로 생긴 용접부의 접합강도는 매우 높아집니다. 폭약은 유연한 플라스틱 평판, 선 과립형태 혹

은 액체형태로 되어 있으며, 플라이어판에 주조 혹은 합착하여 사용합니다. 폭발속도는 보통 2,400~3,600m/s 정도이며, 폭

약의 종류, 폭약층의 두께 및 밀도에 따라 달라집니다.

이 공법에서 용접이 이루어지기 위한 최소 폭발속도가 존재하며, 표준 상업용 발파캡을 사용하여 폭발을 시킵니다. 이 공법은

특히 편판에 이종금속을 입힐 때 사용하며, 폭발용접은 근본적으로 위험하므로, 잘 훈련되고 경험이 풍부한 사람에 의해서 안

전하게 다루어져야 합니다.

 

5. 확산접합

확산접합 혹은 확산용접은 주로 원자의 확산에 의해서 접합이 이루어지며, 경계면에서 소성변형에 의해 부수적으로 접합이

이루어집니다. 용접하고자 하는 소재 사이에서 충분한 확산이 이루어지기 위해서는 대략 0.5Tm의 온도가 요구됩니다. (Tm

은 용융점의 절대온도 값)

확산용접에서 경계면은 근본적으로 모재와 동일한 물리적, 기계적 특성을 가지고 있습니다. 강도는 가압력, 온도, 접합시간,

접합면의 청결도에 따라 달라집니다. 경계면에 생성되기도 하지만 적당한 금속합금으로 먼저 표면에 전기도금을 함으로써 이

를 미리 방지할 수 있습니다. 확산 접합에서 추, 프레스, 상이한 가스압력, 용접하고자 하는 소재의 열팽창에 의해서 모재에

가압됩니다. 소재는 보통 가열로 혹은 전기저행에 의해 가열되며, 복잡한 구조물을 접합하고자 할 때는 고압의 오토클레이브

가 사용됩니다. 비록 확산용접은 1970년대에 최신 용접기술로서 개발되었지만, 확산접합의 원리는 수 세기 전 이미 금세공업

자들이 금박음으로 불리는 제품을 만들기 위해 구리 위에 금을 접합하는 데 사용해왔습니다.

 

6. 확산접합 초소성성형

확산접합과 초소성성형을 조합하여 판재금속 구조물이 제작될 수 있습니다. 판재 위에서 선별적으로 확산접합을 한 후 접합

이 되지 않은 영역은 공기와 유체압력에 의해서 금형 내에서 팽창됩니다. 이 구조물은 얇고 무게에 대한 강성이 높아 항공기

나 우주산업에 적용되고 있습니다.

확산접합과 초소성 플라스틱 성형은 구조물 내의 부품숫자, 기계체결구, 노동력, 비용 등을 감소시킴으로써 생산성을 증진시

킵니다. 이 공법은 치수정확도가 좋고 잔류응력이 낮은 부품을 생산할 수 있습니다. 1970년대에 개발되어 항공산업에 많이 쓰

이고 있는 티타늄 구조물과 각종 다른 합금에 잘 사용하고 있습니다. 다른 용접 공정으로 마찰 용접 혹은 마찰교발 용접 공정

이후 용접공정인 초소성성형과 더불어 사용될 수 있습니다.