Titanium용접 용접방법에 대하여
Titanium 용접
Titanium의 용접시에는 용탕의 대기 가스에 대한 고용도가 매우 크기 때문에 산화나 용접 금속 내부에 발생하는 기공(Porosity)이 큰 문제점으로 지적된다. 이러한 용접부의 기공은 용접 중심부에 발생하는 Centerline Porosity와 Weld Bead Edge에서 생기는 기공이 있고, 이러한 기공의 발생 원인은 전자의 경우 용입이 불충분해서 생기는 것으로써 입열량을 증가 시키면 해결할 수 있으나 후자의 경우는 정확히 밝혀져 있지는 않으나 응고 수축에 의한 기공 (Shrinkage Cavities), 확산성 수소, 알곤, 질소에 의한 용접 금속의 오염 및 산화 등으로 인해 발생된다. 따라서 Titanium용접은 Torch로 부터의 가스 유량, 용접 속도, Arc의 길이, Backing Gas, 절단 및 개선 가공 방법 등을 잘 고려해야 한다.
1,용접방법
Titanium을 용접하는 방법에는 GTAW, GMAW, PAW, EBW 등 여러 종류가 사용된다.
GTAW는
낮은 전류 영역에서 Arc가 안정되고 Welding Carriage, Wire 송급 장치, Gas제어 장치등이 일체화된 전 자동 용접장치와 Tube to Tubesheet 자동 용접 등이 개발되어 화학 Plant와 발전 설비등에 널리 사용되고 있다.
GMAW는
GTAW에 비해 용착속도가 빠르고 용입이 깊은 장점이 있지만 Spatter 발생이 많아서 일반 구조물의 제작에 적용되는 예는 그리 많지 않다.
PAW는
GTAW보다 용입이 깊고 특히, 두께 10mm 정도까지는 1 Pass 용접이 가능하고 고능률이어서 화학 Plant등의 제작에 적용되기도 한다.
EBW의 경우는
열 집중이 매우 높기 때문에 GTAW, PBW에 비해 용입이 깊고, 용입폭이 대단히 좁아서 제품의 크기에 제한은 있지만 변형을 줄일 수 있기 때문에 항공기 및 잠수정 등의 두께 70mm를 넘는 Ti-6Al-4V 합금이 적용되는 곳에 주로 이용된다.
그외 특수 용접법으로
고상 확산 접합,
마찰 접합,
Brazing 등이 있다.
이상과 같이 Titanium에 적용되는 용접 Process는 그 종류가 다양하지만 경제성 그리고 작업성 등을 고려하여 가장 많이 사용되는 것은 GTAW Process이다. 이하의 내용에서는 주로 GTAW에 근간을 둔 Titanium의 용접에 대해 논하고자 한다.
2,용접 Bead 표면
Titanium은 대기중에서 고온으로 가열되게 되면 표면이 대기로부터 오염되어 여러가지 색으로 변하게 된다. 300℃ 정도까지는 대기의 영향을 거의 받지 않으며 상온에서와 똑같이 은백색으로 나타나고 그 이상의 온도로 가열하게 되면 가열 온도의 상승과 동시에 금색, 주홍색, 청색 등의 순서로 변함을 알 수 있다. 그리고, 그 이상의 고온으로 가열되면 회색 또는 황백색 등으로 되는데 이 경우 금속 광택이 없어 지게 된다.
순수한 Titanium의 경우 850℃ 이하 까지는 대기에 의한 산화가 그다지 크지 않으나 850 ~ 900℃의 범위에서는 산화속도가 급격히 증가되고 그 이상의 온도가 되면 국부적으로 산화되어 입상의 산화피막을 형성하게 되어 Titanium의 내식성이나 기계적 성질에 크게 손상을 주게 된다.
그 이유는 Titanium이 대기중의 산소, 질소, 수소 등의 대기가스와 반응하기가 매우 쉽고 고온에서는 여러 종류의 산화물과 기름 및 수분, 금속 (Fe등) 등의 물질과 반응해서 취약한 화합물을 만들어서 용접부가 취화하는 동시에 내식성을 저하시키기 때문이다.
그러나, 갈색이나 청색이 나타나는 범위까지는 Titanium의 내식성이나 기계적 성질에 크게 영향을 주지 않기 때문에 용접시 Stainless Wire Brush를 사용하거나 Pickling처리를 통해 산화피막을 완전히 벗긴 다음에 다시 용접을 해야 한다.
위에 설명한 바와 같은 특성을 이용하면
용접 Bead의 색깔을 통해 용접 금속의 품질을 추정할 수 있다.
용접 금속의 색깔별 품질 평가 용접 금속의 색깔
용접부 품질 평가 수정 방법
은색 매우 양호
밝은 청색양호
표면의 변색 부분을 Stainless Steel Brush등으로 완전히 제거한 후에 다음 용접을 시행한다.
청색 혹은 보라색불량
변색된 용접 금속과 인접한 모재를 모두 완전히 제거하고, Gas Shielding을 보다 철저하게 하면서 재 용접을 실시한다.
회색 혹은 노란색(황백색)매우 불량
변색된 용접 금속과 열 영향부를 모두 완전히 제거하고 재 용접을 실시한다. |