너무 좋은 이야기처럼 들리지만, 무슨 문제가 있을까요? 150가지가 넘는 스테인리스강 종류 중 하나로 제품을 만들려면 거의 모든 것에 용접이 필요합니다. 스테인리스강 용접은 복잡한 작업입니다. 크롬 산화물의 존재, 열 입력 제어 방법, 어떤 용접 공정을 사용할지, 6가 크롬을 어떻게 다룰지, 그리고 어떻게 정확하게 용접할지 등 여러 가지 고려 사항이 있습니다.
스테인리스강은 용접 및 마감 작업이 까다롭지만, 여전히 많은 산업 분야에서 인기 있는 소재이며 때로는 유일한 선택지이기도 합니다. 안전한 사용법과 각 용접 공정을 언제 적용해야 하는지 아는 것은 성공적인 용접 작업에 매우 중요하며, 이는 성공적인 경력을 쌓는 데 핵심적인 요소가 될 수 있습니다.
그렇다면 스테인리스강 용접이 왜 그렇게 어려운 작업일까요? 그 답은 스테인리스강의 제조 과정에서 시작됩니다. 연강은 최소 10.5%의 크롬을 첨가하여 만들어집니다. 첨가된 크롬은 강철 표면에 크롬 산화물 층을 형성하여 대부분의 부식과 녹을 방지합니다. 제조업체는 최종 제품의 품질을 높이기 위해 강철에 다양한 양의 크롬과 기타 원소를 첨가하고, 세 자리 숫자로 등급을 구분합니다.
일반적으로 사용되는 스테인리스강에는 304와 316이 있습니다. 이 중 가장 저렴한 304는 크롬 18%와 니켈 8%를 함유하고 있으며 자동차 내장재부터 주방 가전제품에 이르기까지 다양한 곳에 사용됩니다. 316 스테인리스강은 크롬 함량이 304보다 적은 16%이고 니켈 함량은 더 많은 10%이지만, 몰리브덴도 2% 함유하고 있습니다. 이 화합물 덕분에 316 스테인리스강은 염화물 및 염소 용액에 대한 내성이 뛰어나 해양 환경, 화학 및 제약 산업에 가장 적합한 소재입니다.
크롬 산화물 층은 스테인리스강의 품질을 보장하지만, 용접공들에게는 골칫거리이기도 합니다. 이 유용한 보호막은 금속의 표면 장력을 증가시켜 용융 풀의 형성을 늦춥니다. 흔히 저지르는 실수는 열 입력량을 늘리는 것인데, 열이 많을수록 용융 풀의 유동성이 높아지기 때문입니다. 하지만 이는 스테인리스강에 악영향을 미칠 수 있습니다. 과도한 열은 산화를 더욱 악화시켜 모재를 변형시키거나 태워버릴 수 있습니다. 특히 자동차 배기 시스템과 같은 대규모 산업에서 사용되는 판금의 경우, 이러한 문제는 매우 중요한 고려 사항입니다.
열은 스테인리스강의 내식성을 완전히 파괴합니다. 용접 부위나 주변 열영향부(HAZ)가 무지개 빛깔을 띠게 되면 과도한 열이 사용된 것입니다. 산화된 스테인리스강은 옅은 금색부터 짙은 파란색, 보라색까지 놀라운 색상을 나타냅니다. 이러한 색상은 시각적으로는 아름답지만, 용접 품질 기준을 충족하지 못하는 용접 부위를 나타낼 수도 있습니다. 가장 엄격한 규격에서는 용접 부위의 변색을 허용하지 않습니다.
일반적으로 가스 차폐 텅스텐 아크 용접(GTAW)이 스테인리스강 용접에 가장 적합하다고 여겨져 왔습니다. 역사적으로도 이는 대체로 사실이었습니다. 원자력 발전이나 항공우주 산업과 같은 분야에서 최고 품질 기준을 충족하기 위해 강렬한 색상의 스테인리스강을 예술적인 직물에 적용하는 경우에도 여전히 GTAW가 적합한 것으로 알려져 있습니다. 그러나 현대 인버터 용접 기술의 발전으로 가스 금속 아크 용접(GMAW)이 자동화 시스템이나 로봇 시스템뿐 아니라 스테인리스강 생산의 표준으로 자리 잡았습니다.
GMAW는 반자동 와이어 공급 방식이기 때문에 높은 용착 속도를 제공하여 열 입력량을 줄이는 데 도움이 됩니다. 일부 전문가들은 GMAW가 용접공의 숙련도보다는 용접 전원 공급 장치의 성능에 더 의존하기 때문에 GTAW보다 사용하기 쉽다고 말합니다. 이는 논쟁의 여지가 있지만, 대부분의 최신 GMAW 전원 공급 장치는 사전 프로그래밍된 시너지 라인을 사용합니다. 이러한 프로그램은 사용자가 입력한 용가재 종류, 재료 두께, 가스 종류 및 와이어 직경에 따라 전류와 전압 등의 매개변수를 설정하도록 설계되어 있습니다.
일부 인버터는 용접 과정 전반에 걸쳐 아크를 조절하여 일관되고 정확한 아크를 생성하고, 부품 간 간격을 처리하며, 생산 및 품질 표준을 충족하기 위해 높은 용접 속도를 유지할 수 있습니다. 이는 자동 또는 로봇 용접에 특히 유용하지만 수동 용접에도 적용됩니다. 시중에 판매되는 일부 전원 공급 장치는 간편한 설정을 위해 터치스크린 인터페이스와 토치 제어 기능을 제공합니다.
스테인리스강 용접은 복잡한 작업입니다. 크롬 산화물의 존재, 열 입력 제어 방법, 사용할 용접 공정, 6가 크롬 취급 방법 및 정확한 작업 방법 등 여러 가지 고려 사항이 있습니다.
GTAW 용접에 적합한 가스를 선택하는 것은 일반적으로 용접 경험이나 적용 분야에 따라 달라집니다. 텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접이라고도 하는 GTAW는 대부분 아르곤, 헬륨 또는 이 둘의 혼합물과 같은 불활성 가스만을 사용합니다. 보호 가스 주입이나 열이 부적절하면 용접 부위가 과도하게 돔형으로 부풀어 오르거나 밧줄처럼 꼬일 수 있으며, 이로 인해 주변 금속과의 혼합이 제대로 이루어지지 않아 보기 흉하거나 부적합한 용접이 발생할 수 있습니다. 각 용접에 가장 적합한 혼합 가스를 찾는 것은 많은 시행착오를 거쳐야 할 수 있습니다. GMAW 생산 라인을 공유하면 새로운 적용 분야에서 시간 낭비를 줄일 수 있지만, 최고 수준의 품질이 요구되는 경우에는 GTAW 용접 방식이 여전히 선호됩니다.
스테인리스강 용접은 토치를 사용하는 사람들에게 건강상의 위험을 초래합니다. 가장 큰 위험은 용접 과정에서 발생하는 연기입니다. 가열된 크롬은 6가 크롬이라는 화합물을 생성하는데, 이는 호흡기, 신장, 간, 피부, 눈에 손상을 주고 암을 유발하는 것으로 알려져 있습니다. 용접 작업자는 항상 호흡기를 포함한 보호 장비를 착용해야 하며, 용접을 시작하기 전에 작업실의 환기가 충분한지 확인해야 합니다.
스테인리스강의 문제는 용접이 완료된 후에도 끝나지 않습니다. 스테인리스강은 마감 공정에서도 특별한 주의가 필요합니다. 탄소강이 묻은 철 브러시나 연마 패드를 사용하면 보호 크롬 산화물 층이 손상될 수 있습니다. 눈에 보이는 손상이 없더라도 이러한 오염 물질은 완제품을 녹이나 기타 부식에 취약하게 만들 수 있습니다.
테렌스 노리스는 Fronius USA LLC(주소: 6797 Fronius Drive, Portage, IN 46368, 전화: 219-734-5500, 웹사이트: www.fronius.us)의 선임 애플리케이션 엔지니어입니다.
론다 자테잘로는 Crearies Marketing Design LLC(248-783-6085, www.crearies.com)의 프리랜서 작가입니다.
최신 인버터 용접 기술 덕분에 가스 GMAW는 자동 또는 로봇 시스템에만 국한되지 않고 스테인리스강 생산의 표준이 되었습니다.
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