어떤 알루미늄 합금이 용접에 가장 적합할까요?

어느 용접에 가장 적합한 알루미늄 합금? 알루미늄은 높은 휴대성, 강한 내구성, 제작 용이성 덕분에 현대 산업에서 가장 많이 사용되는 금속이 되었습니다. 알루미늄 합금은 항공우주, 자동차, 해양, 주택 및 건축 산업에서 매우 중요한 역할을 합니다. 그러나 알루미늄 용접은 높은 열전도율, 산화물 형성 속도, 용접 공정에서 알루미늄의 왜곡 및 균열 특성으로 인해 다른 금속을 용접할 때와는 다른 어려움이 있습니다. 다양한 알루미늄 합금의 특성과 특성에 대한 지식은 특정 작업에 적합한 재료를 선택하는 데 중요합니다.

모든 알루미늄 합금이 똑같이 용접 가능한 것은 아니며, 일부는 전통적인 용접에 적합한 반면 마찰 교반 용접과 같은 특수 용접 절차가 필요한 합금도 있습니다. 합금 선택과 용접 방법은 강도, 내식성, 연성, 열처리 능력과 같은 요소에 따라 달라집니다. 또한 고품질 접합부를 얻기 위해서는 표면을 적절히 준비하고, 필러 금속이 호환되어야 하며, 용접 후 처리도 고려해야 합니다.

이 기사에서는 용접하기에 가장 적합한 알루미늄 합금 유형, 특성, 사용과 관련된 이점, 따라야 할 권장 사항 및 이러한 유형의 알루미늄 합금을 용접할 때 예상되는 문제에 대한 심층적인 보고서를 제공합니다. 이러한 지식을 바탕으로 전문가들은 다양한 산업 및 구조 응용 분야에서 내구성 있고 신뢰할 수 있으며 우수한 성능의 용접 구조를 달성할 수 있는 위치에 서게 될 것입니다.

알루미늄 합금이란?

알루미늄 합금은 알루미늄에 다른 금속을 첨가하여 강도, 내식성, 가공성 또는 용접성과 같은 특성을 향상시키는 데 사용되는 소재입니다. 순수 알루미늄은 강도가 약하고 가볍고 부드러우며 부식에 매우 강합니다. 엔지니어는 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 실리콘(Si), 망간(Mn), 아연(Zn) 등의 추가 원소를 혼합하여 항공우주, 자동차 부품, 해양 및 건축 구조물을 포함한 다양한 유형의 애플리케이션에 적합한 합금을 만들 수 있습니다.

알루미늄 합금의 몇 가지 포인트

• 강화된 힘: 합금은 순수 알루미늄에 비해 강도가 높습니다.
• 내식성: 일부 합금에는 마그네슘과 환경 조건으로 인한 녹과 부식에 강한 것으로 알려진 기타 합금이 포함되어 있습니다.
• 용접성: 다른 알루미늄 합금은 용접하기 쉽지만 일부는 균열이 발생하는 경향이 있습니다.
• 카테고리:
• 기계적으로 가공된 단조 합금: (적용 대상) 압출, 플레이트, 시트(예: 1xxx, 5xxx, 6xxx 시리즈).
• 주조 합금: 복잡한 유형을 만들기 위해 용융된 알루미늄을 주형에 주조하는 방식으로 만들어집니다.

간단히 말해, 알루미늄 합금은 알루미늄의 가볍고 부식에 강한 특성과 함께 산업용 애플리케이션의 요구 사항에 맞는 추가적인 유리한 특성을 가지고 있습니다.

알루미늄 합금에 대해 알기

알루미늄 합금은 가공 합금과 주조 합금으로 나뉩니다. 기계 가공 합금은 시트, 판재 또는 압출품으로 가공되지만 주조 합금은 용융 알루미늄을 주형에 부어 만드는 형태입니다. 단조 합금은 합금 원소에 따라 다시 계열로 나뉩니다:

• 1xxx 시리즈(순수 알루미늄) - 주로 순도 99% 이상의 알루미늄을 함유하고 있습니다. 이러한 합금은 부드럽고 부식이 잘 되지 않으며 용접이 용이합니다.
• 2xxx 시리즈(Al-Cu 합금) - -강도는 높지만 내식성이 떨어지고 균열이 생기기 쉬워 용접하기가 더 어렵습니다.
• 3xxx 시리즈(Al-Mn 합금) - -.우수한 내식성, 적당한 강도 및 우수한 용접성.
• 4xxx 시리즈(Al-Si 합금) - -일반적으로 중간 정도의 용접성을 가지며 자동차 및 항공우주 분야에 사용됩니다.
• 5xxx 시리즈(Al-Mg 합금) - -. 내식성, 고강도, 용접성이 우수합니다.
• 6xxx 시리즈(Al-Mg-Si 합금) - -.우수한 강도 및 내식성, 적당한 용접성.
• 7xxx 시리즈(Al-Zn-Mg-Cu 합금) - -.용접 능력이 낮고 균열이 발생하기 쉬운 초고강도.
• 합금 선택은 용접 능력에 큰 영향을 미치며, 용접 능력과 함께 조인트의 품질도 이러한 방식으로 영향을 받습니다.

용접성에 영향을 미치는 조건

알루미늄 합금은 다양한 요인에 따라 용접할 수 있습니다:

• 합금 원소: 용접성에 영향을 미치는 마그네슘(Mg), 실리콘(Si), 구리(Cu), 아연(Zn) 등의 원소입니다. 구리: 2xxx 계열 합금에서와 같이 구리의 함량이 높으면 용접성이 악화되고 열균열이 발생할 가능성이 높아질 수 있습니다.
• 열전도율 및 융점: 알루미늄은 강철의 약 4배에 달하는 열을 전도하기 때문에 열이 쉽게 퍼지고 용접 풀을 일정하게 유지하기가 어렵습니다. 알루미늄의 낮은 융점으로 인한 또 다른 위험은 용접 중 번스루입니다.
• 크래킹에 대한 취약성: 2xxx와 7xxx의 합금은 냉각 중에 응력이 집중되어 응고 시 균열이 발생하는 경향이 있습니다.
• 표면 산화: 알루미늄은 공기와 접촉하면 매우 단단한 산화피막을 쉽게 그리고 자발적으로 형성합니다. 이 산화물 층은 기본 금속에 비해 더 높은 온도 범위에서 융합되며 그래야 합니다.

용접에 가장 적합한 알루미늄 합금

5052 합금

Al-Mg(알루미늄-마그네슘) 합금 5052는 가장 용접 친화적인 합금 중 하나로 꼽힙니다. 이는 마그네슘 함량이 높기 때문에 특히 해양 환경 및 화학 처리 분야에서 부식에 대한 저항성이 우수하기 때문입니다.

애플리케이션: 중간에서 높은 강도, 높은 연성 및 평균 이상의 내식성을 제공합니다.

장점:

• TIG 또는 MIG 기술로 용접성이 매우 우수합니다.
• 용접 중 뒤틀림과 고온 균열에 강하지 않습니다.
• 용접에 강한 내식성이 뛰어납니다.

재료: 해양 구조물, 화학 탱크, 자동차 패널, 루핑 시트 및 산업 장비.

합금 5083

알루미늄-마그네슘 합금 5083은 저온에서 강도가 높기 때문에 해양 및 극저온 분야에 적용할 수 있습니다. 특히 산업 및 바닷물에서 부식에 강합니다.

특성: 매우 높은 강도, 우수한 내식성, 우수한 내피로성.

장점:

• 최소한의 용접 후 준비로 용접성이 뛰어납니다.
• 응력 균열 및 부식에 매우 강합니다.
• 고강도 애플리케이션과 같이 높은 구조적 무결성이 요구되는 애플리케이션에 사용됩니다.

애플리케이션: 조선, 압력 용기 및 탱크, 자동차 프레임 및 장비, 운송 장비.

5754 합금

또 다른 Al-Mg 합금으로는 A-Mg 5754가 있는데, 이는 높은 내식성과 높은 성형성을 가진 중간 강도로 설명할 수 있습니다. 또한 구조적 강도는 물론 용접성도 뛰어나기 때문에 구조적 강도와 용접성이 중요한 곳에 주로 사용됩니다.

특성: 적당한 강도와 높은 연성으로 부식에 강합니다.

장점:

• 사용 가능한 용접 방법으로 뛰어난 용접.
• 해양 및 산업 환경에서 뛰어난 내식성을 자랑합니다.
• 용접 시에도 성형성이 좋고 강도가 상당히 우수합니다.

애플리케이션: 자동차 차체 패널, 구조 패널, 건축 클래딩 및 해양.

6061 합금

6061 조성의 Al-Mg-Si 합금은 구조 및 항공 우주 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 인성, 내식성 및 유용성 사이의 절충안입니다.

속성 유형: 중간 정도의 높은 강도, 매우 우수한 내식성, 적당한 연성.

장점:

• 두꺼운 섹션에 예열이 필요한 경우 TIG 또는 MIG로 용접할 수 있습니다.
• 용접 후 열처리를 통해 기계적 특성이 회복됩니다.
• 무게 대비 강도가 우수하여 구조용 부품에 사용하기에 적합합니다.

애플리케이션: 항공기 구조물, 파이프라인, 자동차 부품, 교량 구조물 및 구조용 제품.

6063 합금

Al-Mg-Si 합금(6063)은 표면이 매끄럽고 부식에 강한 것으로 알려진 또 다른 건축 및 장식용 Al 합금입니다.

속성: 강도가 강하거나 중간 정도이고, 내식성이 우수하며, 표면 마감이 좋습니다.

장점:

• 모든 유형의 두께에 대한 용접성이 뛰어납니다.
• 실외 및 건축물을 포함한 부식에 대한 저항력도 뛰어납니다.
• 매끄러운 표면을 아노다이징 처리하고 장식으로 표시할 수 있습니다.

애플리케이션: 건축 구조, 창틀, 문, 커튼월 및 돌출부.

합금 1100

알루미늄 합금 1100은 거의 순수 알루미늄 합금으로 보일 수 있습니다(99% 알루미늄입니다). 부드럽고 연성이며 용접이 매우 쉽기 때문에 강도보다는 저항이 중요한 경우에 적합합니다.

높은 연성: 우수한 내식성, 낮은 강도.

장점:

• 거의 또는 전혀 준비 없이도 매우 쉽게 용접할 수 있습니다.
• 부식에 대한 내성이 매우 뛰어나며, 심한 화학 물질에도 잘 견딥니다.
• 매우 쉽게 구부리고, 모양을 만들고, 성형할 수 있습니다.
• 애플리케이션: 지붕, 사이딩, 화학 장비, 주방 물체 및 저강도 애플리케이션.

1350 합금

전기 및 화학 산업에 적용할 수 있는 또 다른 고순도 알루미늄 합금은 1350입니다. 매우 강하고 내식성이 뛰어날 뿐만 아니라 용접성이 뛰어나 특수한 환경에서 사용할 때 매우 신뢰할 수 있는 금속입니다.

장점: 부식에 강하고 용접 능력이 뛰어나며 무게가 가볍습니다.

장점:

• 기존 방식으로 쉽게 용접할 수 있습니다.
• 무게가 가볍기 때문에 이동식 장비에 적용할 수 있습니다.
• 부식에 강하고 화학 물질이나 바닷물 환경에서도 긴 수명을 자랑합니다.
• 애플리케이션: 처리 장비, 전선관, 전기 버스바 및 화학물질 저장 탱크.

알루미늄 합금과 주요 특성 및 용접 능력에 대한 설명

아래 기술 표에는 알루미늄 합금의 전체 고유명사 목록과 주요 특성 및 용접 가능 여부가 나와 있습니다:

엔지니어링 서적과 항공우주/산업 용어에서 참조할 수 있는 적절한 합금 이름을 사용한 버전입니다.

알루미늄 합금의 종류

알루미늄 합금은 크게 단조 합금과 합금 주조라는 두 가지 그룹으로 분류됩니다. 모든 유형에는 특정 속성, 용도 및 용접성이 있습니다.

1. 알루미늄 합금, 단조

기계 가공된 시트, 플레이트, 포일, 바 또는 압출품은 단조 합금으로 만들어집니다. 이들은 구성에 따라 두 가지 계열로 세분화됩니다:

비열처리 합금:

• 이러한 합금은 이러한 열처리를 통해 강도를 얻을 수 없고 대신 냉간 가공을 통해 강도를 얻습니다. 예를 들면 1000, 3000 및 5000 시리즈가 있습니다. 부식에 강하고 용접성이 우수하여 해양 구조물, 지붕 및 화학 처리 장치로 사용됩니다.

열처리 가능 합금:

•  이러한 합금의 용액내처리를 통해 강도를 높일 수도 있습니다. 2000, 6000, 7000 시리즈가 그 예입니다. 강도는 강하지만 용접이 어려울 수 있으며 경우에 따라 특별한 방법이 필요합니다. 항공우주, 자동차 및 구조용 프레임워크에 사용됩니다.

2. 알루미늄 합금 주조

그리고 알루미늄 주조 합금은 용융 합금을 주물에 붓는 방식으로 실현됩니다. 단조 공정으로는 제작하기 어려운 복잡한 형상에도 적용할 수 있습니다. 주조 합금은 열처리가 가능하거나 불가능할 수 있으며 강도, 내식성 및 기계 가공성의 균형을 고르게 제공합니다. 일반적인 용도로는 엔진 블록, 자동차 부품, 기계류 등이 있습니다.

용접에 사용할 적절한 재료를 선택할 때 알루미늄 합금의 특성을 이해하는 것이 중요한데, 이는 기계적 특성, 내식성, 접합 품질에 영향을 미칠 수 있기 때문입니다.

용접하기 가장 어려운 알루미늄 합금

Alloy 2024

항공우주 산업 및 이와 유사한 고강도 용도로 사용되는 고강도 Al-Cu 소재입니다.

도전 과제:

• 용접 시 열 균열에 취약한 경향이 있습니다.
• 특별한 방법과 필러 금속이 필요합니다.
• 기계적 특성을 회복하려면 용접 후 열처리를 거쳐야 합니다.

2219 합금

특성: 항공우주 및 로켓 부품에 적용할 수 있는 고강도 Al-Cu 합금입니다.

도전 과제:

• 균열과 뒤틀림이 발생할 수 있어 용접이 매우 어렵습니다.
• 또한 가열과 완벽한 용접에 대한 뛰어난 기술이 필요합니다.

7075 합금

특성: 일반적으로 항공우주 및 군수용 제품에 사용되는 강도가 매우 높은 Al-Zn-Mg-Cu 합금입니다.

도전 과제:

• 용접성이 좋지 않으므로 기존 방식으로 용접해서는 안 됩니다.
• 응력 부식에 매우 취약합니다.
• 일반적으로 마찰 교반 용접 또는 기타 특수 공정이 사용됩니다.

알루미늄 용접 기술

적절한 합금을 선택하는 것과 마찬가지로 적절한 용접 절차를 선택하는 것이 필수적입니다. 가장 많이 사용되는 알루미늄 용접 방법은 다음과 같습니다:

• TIG 용접(GTAW): 미세하고 깨끗한 용접을 생성할 수 있지만 얇은 재료에 적합합니다. 합금 1xxx, 5xxx 및 6xxx를 다룰 때 일반적입니다.
• MIG 용접(GMAW): 더 빠른 증착 속도를 제공하고 더 두꺼운 섹션에 사용할 수 있으며 업계에서 5xxx 및 6xxx 시리즈의 알루미늄 합금을 용접하기 위해 종종 선택하는 용접 공정입니다.
• 필러 금속: 적절한 필러 금속을 선택하는 것이 중요합니다. 따라서 5356 필러는 5xxx 합금에, 4043~6xxx는 4043에 적용할 수 있습니다.
• 예열 및 게시: 처리: 예열은 특히 두꺼운 부품에서 열 충격 및 균열과 관련된 문제를 방지합니다. 특정 합금은 용접 후 강도를 회복하기 위해 인위적인 노화가 필요할 수 있습니다.

알루미늄 합금 용접에 대한 실용적인 제안

알루미늄 용접의 구성 알루미늄은 쉽게 용접할 수 있지만, 알루미늄은 열전도율이 높고 산화물 코팅이 생기기 쉬우며 쉽게 변형되거나 파손될 수 있기 때문에 이 작업에는 추가적인 계획과 기술이 필요합니다. 올바른 합금과 기술을 사용하면 용접 강도와 품질을 크게 향상시킬 수 있습니다. 다음은 작업 제안 사항입니다:

1. 용도에 적합한 합금 선택

• 해양, 화학 물질 및 부식이 발생하기 쉬운 환경: 5052, 5083 및 5754가 완벽한 선택입니다.
• 적당한 강도: 6061, 6063은 주로 견고한 빌드에 사용됩니다.
• 장식용 또는 저강도 재료로 사용합니다: 1100, 1350을 사용할 수 있습니다.
• 합금을 피하세요: 마찰 교반 용접과 같은 특수한 방법을 사용하지 않는 한 2024, 2219, 7075와 같은 번호가 사용됩니다.

2. 적합한 용접 공정 선택

• TIG (GTAW): 정밀하고 깔끔한 공정으로 얇은 단면 용접에 자주 사용됩니다. 5052, 5083, 6061 및 1100에 가장 적합합니다.
• 금속 불활성 가스(GMAW): 산업 표준 MIG(금속 불활성 가스 또는 가스-금속 아크)를 사용합니다. 두꺼운 금속이 필요한 곳에 더 빠르게 적용되며 일반적으로 산업용 애플리케이션에 적용됩니다. 5052, 6061 및 5754에 적합합니다.
• 마찰 교반 용접(FSW): 이 용접 기술은 용융 용접이 권장되지 않는 7075 및 2219와 같은 고강도 합금에서 가장 생산적입니다.

3. 표면 준비

• 용접하기 전에 스테인리스 스틸 브러시 또는 화학 세정제로 알루미늄 산화물 표면을 닦아주세요.
• 표면이 기름기가 있거나 젖지 않았는지 확인하세요. 그렇지 않으면 재료가 다공성이고 약한 연결 고리가 있을 수 있습니다.

4. 난방 입력 조절

• 알루미늄은 열을 너무 빨리 전도하므로 과열로 인해 왜곡, 번스루 또는 강도가 떨어집니다.
• 긴 용접 패스와 부적절한 전극 크기를 최소화하고 예열(필요한 경우)을 사용하여 열이 균일하게 분포되도록 합니다.

5. 호환성 있는 필러 금속 사용

• 강도를 유지하고 부식을 방지하려면 필러 합금을 모재와 일치시켜야 합니다.
• 일반적인 필러 합금으로는 알루미늄의 기초에 따라 4045, 5356, 5556 필러 합금이 있습니다.

6. 용접 후 처리

• 6061 또는 2024와 같이 열처리가 필요한 합금의 경우 기계적 특성을 복원하기 위해 용접 후 열처리를 수행해야 합니다.
• 해양 또는 기타 부식성 환경에서는 아노다이징 또는 기타 보호 코팅을 통해 내식성을 높일 수 있습니다.

7. 왜곡 최소화

• 엇갈린 용접, 클램핑 및 택 용접은 뒤틀림이나 응력을 줄이는 데 도움이 됩니다.
• 얇은 시트의 여분의 열을 흡수하기 위해 백킹 바 또는 냉각판을 사용할 수 있습니다.
• 이러한 유용한 제안은 견고하고 견고하며 부식에 강한 알루미늄의 균일한 용접을 보장하고 균열, 기형 또는 충돌 가능성을 최소화합니다.

결론

알루미늄 합금의 용접은 견고하고 안정적이며 부식에 강한 접합부를 얻기 위해 재료 선택, 절차 및 용접 후 열처리 사이에 일종의 균형이 필요합니다. 다양한 알루미늄 합금 중에서 5052, 5083, 5754, 6061, 6063, 1100 및 1350은 내식성, 연성 및 제조 용이성 측면에서 가장 우수한 특성을 보여 성공적인 용접을 가능하게 합니다. 이러한 유형의 합금은 중간에서 높은 강도와 우수한 용접성으로 인해 해양 산업, 자동차 회사, 항공 우주 산업 및 구조 산업과 같은 산업에서 흔히 사용됩니다. 반대로 합금 스펙트럼에서 고강도(2024, 2219, 7075) 합금은 고온 균열, 뒤틀림, 강도 특성 손실이 발생하기 쉬워 특수 용접 방법(마찰 교반 용접, 제어 열처리) 또는 특수 열처리가 필요하기 때문에 용접하기가 특히 어렵습니다.

부착 표면의 준비, 온도, 적절한 필러의 사용, 용접 후 처리와 같은 실용적인 측면은 알루미늄으로 만든 용접 구조물의 최적 사용을 보장하는 데 중요합니다. 각 합금의 특성, 장점 및 단점을 파악하면 엔지니어와 제작자는 적절한 구조 강도와 긴 수명으로 이어질 수 있는 정보에 입각한 결정을 내릴 수 있습니다. 마지막으로 올바른 알루미늄 합금을 선택하고 올바른 용접 절차를 준수함으로써 용접의 고품질과 안전성을 보장하여 모든 산업, 건축 및 기술 제품 및 응용 분야의 보안과 효율성을 높일 수 있습니다.

자주 묻는 질문

1. 용접하기 가장 쉬운 알루미늄 합금은 무엇인가요?

합금 5052, 5083, 5754, 6061, 6063, 1100 및 1350은 용접하기 가장 쉬운 합금입니다. 이 합금은 내식성이 우수하고 연성이 높으며 용접 시 균열이 발생할 가능성이 거의 없어 대부분의 산업 및 구조물 용도에 적합합니다.

2. 특정 알루미늄 합금의 성질이 용접하기 어려운 이유는 무엇인가요?

2024, 2219, 7075와 같은 합금은 강도가 높고 열처리가 가능하기 때문에 용접이 어렵고, 고온 균열, 뒤틀림이 발생하는 경향이 있으며, 기존의 융착 용접 공정에서 기계적 특성을 잃을 수 있는 위험성이 있습니다. 강하고 결함 없는 접합부를 생산하기 위해서는 마찰 교반 용접과 같은 특수 접합 공정도 필요합니다.

3. 알루미늄 용접 소스에 대한 모범 사례는 무엇인가요?

모범 사례에는 산화물 층을 제거하기 위한 적절한 표면 청소 방법, 열 입력의 세심한 제어, 서로 호환되는 필러 금속의 종류, 왜곡을 최소화하기 위한 클램핑 또는 택 용접, 열처리 또는 보호 코팅과 같은 용접 후 처리 등이 포함됩니다. 이러한 관행은 효과적으로 높고 강하며 내구성이 뛰어난 용접과 부식 방지를 가능하게 합니다.