알루미늄과 철 용접, 이종 금속 용접에 대해 전문가가 해설

알루미늄과 철 용접, 이종 금속 용접에 대해 전문가가 해설

 

"이종 금속 용접"이라는 말을 알고 있습니까? 

 

이것은 두 가지 종류의 금속을 접합시키는 고급 기술입니다.

이 기술을 활용하면 비용과 강도를 양립한 부품의 제조가 가능하며,

 

공장뿐만 아니라 발주처에 있어서도 큰 장점입니다.

그러나 이 기술은 금속의 재질에 따라 접합이 매우 어려운 경우도 있습니다.

 

예를 들어 철과 알루미늄의 경우 열전도율 등에

 

큰 차이가 있기 때문에 현대의 기술이 접합이 곤란하지요

이 문서에서는 이종 금속 용접의 정의 및 특징뿐만 아니라 그 어려움과 문제점,

 

 활용법 등에 대해 전문가의 관점에서 설명하고 있습니다. 

 

 

본래 용접이라는 것은 같은 종류의 금속끼리 접합하는 것이 기본입니다.

 

쇠로 된 부품의 경우, 같은 철 소재의 물건을 접합시키는 것이 일반적입니다.

그러나 이종 금속 용접은 그것과 달리, 

 

예를 들어, 티타늄 및 스테인레스 등 

 

다른 종류의 금속끼리를 녹여 합치하는 방법을 띕니다.

이종 금속을 접합하는 방법으로는 

 

두 금속을 전극에 끼워 고압 전류에 의해 용접하는 '용접'과 

 

텅스텐에 전기를 흘려 발생하는 아크를 이용한 'TIG 용접기'가 있습니다.

기타 레이저 광에 의해 금속을 녹이는 '레이저 용접' 또는

 

전자를 가속시켜 발생시킨 빔 '전자빔 용접'

 

융점이 낮은은이나 황동 등을 납땜 재료로 이용하여 접착하는 '납땜'

 

등 방법은 다양합니다.

 

현재 용접 업계에서 이종 금속 용접은 높은 기술이 요구되는 기술로 알려져 있습니다.

그 큰 이유는 바로 '전해 부식'이 발생한다는 점,

 

금속과 부식하기 쉬운 비금속을 접합 한 것이

 

물 등에 접촉하여 전기가 발생, 부식 열화의 원인이됩니다.

갈바닉 부식은 두 금속 사이의 전위차가 클수록 발생하기 쉽고, 

 

예를 들어 알루미늄과 스테인레스를 접촉시켜 놓은 경우 

 

부식의 위험이 상당히 크다고 말할 수 있습니다.

또 하나의 이유는 '열전도율'나 '융점'의 차이도 문제입니다.

 

열전도율 및 융점이 높은 금속과 

 

그것과는 반대의 성질을 가진 금속을 접합하려고해도 

 

쉽지 않습니다.

 

한편 금속은 좀처럼 용해되지 않는데도 불구하고,

 

다른 하나는 반대로 녹아 너무 버리는 등의 일이 발생하면

 

적절한 상태로 연결 할 수 없습니다.

용접시에는 합칠 것을 각각 서로 용융시키는 것이 중요하지만, 

 

한 녹아 상황이 불충분 한 경우, 제대로 연결된다고는 말할 수 없습니다.

이러한 문제점을 고려하지 않고 무리하게 용접을 실시하려고하는 것은 위험합니다. 

외형은 단단히 붙어있는 것처럼 보여도 

 

이음새 부분은 부식과 금속 별 강도 차이에 의해 매우 취약한 상태가되고, 

 

용접 균열 등 다양한 문제의 원인이 됩니다.

 

 

이종 금속 용접이 필요한 것은 

 

두 금속의 특징을 겸비한 소재를 만드는 경우입니다.

예를 들어, 구리 및 알루미늄을 접합하면 

 

알루미늄 본래의 약점 인 취성을 커버하면서도 

 

경량인 등 두 금속의 장점만을 취합한 소재를 만들어 낼 수 있습니다.

이러한 소재가 자동차 등에 도입 된 경우 

 

중금속을 사용하지 않더라도 내구성을 보완 할 수 차체의 경량화를 실현하기 쉬워집니다.

이것은 제조 업체 및 공장뿐만 아니라 소비자에게도 메리트가있는 것입니다. 

 

이종 금속 용접에 의해 여러 장점을 가진 소재가 보급되면 더 저렴한 비용으로, 

 

게다가 내구성이 뛰어난 취급하기 쉬운 상품을 구입할 수 있으며, 

 

라이프 스타일의 개선으로 이어질 것입니다.

그러나 앞의 항목에서 언급 한 바와 같이 

 

두 가지 금속을 용접하는 것은 쉬운 일이 아닙니다. 

 

전위차뿐만 아니라, 열전도율 등의 요소를 고려에 넣은 다음 

 

적절한 접합을 수행해야하기 때문입니다.

다른 성질을 가진 이종 금속을 결합함에 있어서는 

 

쌍방의 금속과 궁합이 좋은 것을 용접 소재로 

 

선택하는 등의 대책이 요구되는 것입니다.

예를 들어 구리와 철을 이종 금속 용접하려고하는 경우, 

 

본래는 철이 과잉 용해 되어 버리고

 

적당하게 접합하는 것이 어렵습니다.

이 문제를 해결하기 위해 구리와 철의 합금에 사용되는 니켈 용접 소재로 사용합니다. 

 

그 결과, 안정된 강도를 유지한 상태에서 접합 할 수 있게 되는 것입니다.

 

 

 

제목이기도 한, 알루미늄과 철에 대해서 입니다만,

 

이 두 금속을 용접하는 것은 꽤 어렵습니다.

그 가장 큰 이유는

 

이 두 금속의 녹는 점과 열전도율에 큰 차이가 있기 때문입니다.

알루미늄의 융점은 약 600 ℃ 이며, 철은 1500 ℃로

 

상당한 차이가 있기 때문에 균일하게 열을 가해도 녹는 타이밍을 맞출 수 없습니다.

따라서 잘 용해시킬 수 없으며, 

 

접합 계면에는 불안정한 금속 간 화합물이 형성되어 버립니다. 

 

따라서 약간의 충격에도 쉽게 깨져 버릴 것 같은 불충분한 접합 결과를 띕니다.

말하자면 물과 기름 같은 관계라고 말할 수 있을지도 모릅니다.

따라서 알루미늄과 철을 연결 맞출 필요가 있는 경우에는

 

볼트 등 결합 부품을 이용한 방법이 일반적으로 이용되고 있습니다.

그렇지만, 철과 알루미늄 용접 자체가 결코 불가능인가 하면, 

 

반드시 그렇다고는 할 수 없습니다.

특별한 도구를 격렬하게 회전시킴으로써 접합면을 문지르고

 

그 열로 금속을 녹이면서 교반하여 연화시켜 합치는

 

'마찰 교반 용접 (마찰 교반, FSW)'이라는 방법이 있습니다.

 

이 방법이라면, 곡선 부분의 용접이 어려우며

 

비용이 많이 드는 등의 문제는 있지만, 용접 자체는 가능합니다.

 

 

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[ 이 기사는 일본 기사를 번역한 것입니다. ]

 

출처 - mitsu-ri.net/articles/aluminum-Iron-welding

 

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