구리 용접의 어려움과 구리의 용접 사례에 대하여

구리 용접의 어려움과 구리의 용접 사례에 대하여

구리는 용접이 가능한 재질일까?

 

이런 의문을 가지시는 분도 있을까 생각합니다.

동 계열의 재질의 특징으로 용접은 어렵다고 알고 있는 것이 일반적인데

결론적으로 말씀드리자면 용접 가능성이 있습니다.

이 포스팅에서는 구리의 용접은 왜 어렵다고 하는가.

구리의 용접에는 어떤 방법이 있는지, 또 구리 용접 사례를 함께 해설합니다.

 

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구리 용접이 어려운 이유

구리의 용접은 일반적으로 어렵다고 합니다.

이유는 동 이라는 재질의 특징에 있습니다.

 

동은 열 전도율이 385W/m·K라는 매우 높은 특징이 있습니다.

이 수치는 철(63W/m·K)의 약 6배, 스테인리스(16W/m·K)의 약 24배,

알루미늄(121W/m·K)의 3배가 됩니다.

 

그래서, 용접부에 가해진 열이 모재 측으로 확산되어 버립니다.

구리와 다른 금속의 열 전도율 비교

동...385W/m·K

철...63W/m·K(구리 1/6)

스테인리스...16W/m·K(구리 1/24)

알루미늄-121W/m·K(구리 1/3)

용접을 하기 위해서 국부에 가한 것의 열이 모재 측으로 달아나기 때문에 

구리는 용접에 충분한 융화를 얻지 못하고 용접이 곤란하게 되어 버립니다.

그대로 용접부에 열을 가해버리면, 구리는 열에 의한 팽창 수축하기 쉽다는 특성이 있고

용접시의 열 때문에 변형이 생길 가능성이 있습니다.

 

그러면서 냉각시의 수축 부작용이 용접부에 집중하는 용접의 균열이 생길 수 있습니다.

또 구리는 빛을 반사하기 쉬운 특성을 갖고 있기 때문에 레이저광을 

이용한 용접을 하려면 고출력으로 실시할 필요가 있습니다.

구리의 열에 의한 영향을 줄이려면 ① 예열, ② 피닝이 효과적이라고 생각됩니다.

① 예열
용접 전의 모재의에 예열을 줌으로써 급격한 가열을 피할 수 있습니다.

급격한 과열을 피함으로써 열 팽창이 완만하고 부작용이나 적자를 줄일 수 있습니다.

② 피닝
피닝은 용접하는 금속을 해머로 치는 것입니다.

피닝은 용접에 의한 수축 부작용의 경감, 용접 잔류 응력 완화,

용접부의 균열을 방지하는 효과가 있기 때문에 용접 직후 실시(고온 피닝)이 매우 유효합니다.

이처럼 구리의 용접은 곤란하고 열 때문에 영향을 줄이기 위한 추가 처리가 필요합니다.

 

구리 용접 방법
열 전도율이 높은 구리는 열이 확산하기 어려운 용접 방법이 효과적입니다.

열이 확산하기 어려운 방법이라고 해도, 열 확산 자체는 시간이 가면 확산되기 마련입니다.

확산하기 어려운 용접 방법은 국소적으로 짧은 시간,

또한 고속으로 가열하는 용접 방법이라고 생각됩니다.

 

이하의 용접 방법은 그것들을 고려한 용접 방법입니다.

TIG용접
TIG용접은 녹는점이 높은 텅스텐 전극과 모재 사이에 아크를 발생시키는 용접 방법입니다.

아크 열 때문에 불활성 가스와 산소를 연소시키고

모재의 용접하려는 부분의 한점에 아크를 집중시킬 수 있고

단시간에 고속으로 가열하는 것이 가능합니다.

 

이에 구리를 용접하려면 유효한 공법이라 할 수 있습니다.

단, 구리의 판 후(판두께)이 2~3mm정도면 예열은 필요 없지만 

3mm를 넘는 경우, 순동을 용접하는 경우는 용접부의 균열을 방지하기 위해 예열하는 것을 권장합니다.

 

예열의 방법으로 전기 저항 가열, 적외선 전기 히터, 고정·수동 버너 등이 있습니다.



스폿 용접
스폿 용접은 용접하고 싶은 2개의 금속을 전극으로 상하에서 끼어들고 

접촉부를 가압하면서 대전류를 흘려용접 방법입니다.

 

전기 저항에 의해서 국부적으로 발열하는 일로 모재 사이를 접합할 수 있습니다.

가압한 점에서 접합하기 때문에 열이 확산되지 않고 접합 부근에 한정됩니다.

구리의 열 전도율을 고려한 용접 방법 중 하나입니다.

단, 스폿 용접에서는 모재를 가압하는 전극 팁에 구리 합금을 쓰는 경우가 많아

 용접하려는 모재가 구리 안에서도 순동에 가까운 재질로는 전기 저항치가 근사에 됩니다.

 

그래서, 모재와 전극이 밀착하는 등의 용접 불량이 일어나고 용접이 어려워집니다.

이런 용접 불량을 피하기 위해서는 구리를 스팟 용접할 경우 전극과 모재의 재질에 유의할 요소가 됩니다.



납 땜
납 땜은 일반적인 용접과는 달리 모재를 녹이는 필요 없는 접합 법입니다.

일반적으로 접합하려는 부품들을 우선 가스 버너 등으로 가열합니다.

가열된 모재 사이에 왁스재를 가깝게 녹이고 붓고 냉각시키는 접합하는 공법입니다. 

 

경납에도 몇가지 종류가 있고 접합하고 싶은 금속에 의해서 분별할 수 있습니다.
그 중에서도 구리의 용접에 사용되는 밀랍재로서는 아래 3개를 들 수 있습니다.

경납의 종류

① 은납
② 동·황동 밀랍
③ 정도 구리 납

① 은납
철과 아연, 구리가 섞인 경납입니다. 

납 땜하는 데 사용 빈도가 높고 널리 쓰이는 것입니다.

모재가 알루미늄, 마그네슘 외이면 은납에서 접합이 가능합니다.

② 동·황동 밀랍
구리와 아연이 섞인 경납입니다.

놋쇠 빛깔과 매우 흡사해서, 동과 놋쇠 모재에 잘 써집니다.

또 철과 동과 같은 이종 금속 간의 납 땜에도 쓰입니다.

③ 정도 구리 납
인과 구리가 섞인 경납에서 린의 함유율은 5~8%입니다.

럭스를 사용하지 않고 단독으로 사용할 수 있다는 특징이 있습니다.

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레이저 용접

레이저 용접은 광원을 집광 렌즈로 수렴시키고 

빔 지름은 0.1mm~수 mm의 강력한 레이저광을 사용하는 금속에 조사하고, 

국부적으로 모재를 녹이 떨어뜨려접합하는 용접입니다.

레이저 용접도 TIG용접 마찬가지로 실드 가스를 사용하여 용접부의 산화 등을 막습니다.

레이저 용접을 실시하는 데 있어서 기계적 구동계가 이동하면 용접이 진행되므로 

용접할 모재는 치구로 고정시킬 필요가 있습니다.

 

기종에 따라서는 손 용접이 가능합니다.

레이저 용접은 고출력의 섬유 레이저 용접이 되면 

빔 지름이 더 좁혀지면서 용접 시의 열의 확산을 억제할 수 있고 

구리를 용접하기에 유효하다고 말할 수 있습니다.

 

그러나 다른 용접보다 비용이 든다는 단점도 있습니다.

구리 용접 정리

동은 열 전도율이 매우 높아서 용접을 하려면 다른 금속과 어렵습니다.

TIG용접에서는 판 후(판두께)이 3mm정도의 구리 합금이면 문제 없는 용접할 수 있겠으나,

 3mm를 넘는 경우나 천연 구리를 용접할 때에는 용접부의 하락을 막기 위해서 예열이 필요합니다.

스폿 용접에서는 핀 포인트에서 전기 저항에 의한 발열을 이용하여 용접이 가능하지만 

전극과 재료의 전기 저항 값이 비슷한 천연 구리는 용접이 어렵습니다.

납 땜은 모재를 녹이지 않고 접합이 되는 것으로 구리 접합을 실시하는 공법입니다.

레이저 용접에서는 고출력의 레이저 용접에서 열의 영향이 억제되지만,

코스트가 높아지는 등 각각의 장단점이 있습니다.

 

 

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