동 및 동합금의 종류 및 용접

Posted by 노구라
2020. 2. 24. 08:21 기술지식/재료금속열처리

 동 및 동합금의 용접

1. 동의 성질과 용접성

동에는 산소를 약간 함유한 동(oxygen-bearing copper)와 산소를 거의 함유 하지 않은 탈산동(oxygen-free copper)가 있다. 산소를 0.02~0.04% 정도 함유한 동을 정련 동 (touch pitch copper) 이라고 하며, 또 수소기류 또는 진공 중에서 용해 주조하여 만든 산소를 함유하지 않고 전기 전도율이 대단히 높은 무산소 동(oxygen-free high conductivity copper, OFHC)이 있다. 동합금에는 황동(Cu-Zn), 청동(Cu-Sn), 규소황동(Cu-Si), 알루미늄 청동(Cu-Al), 니켈청동(Cu-Ni) 등이 있다.

동의 융점은 1083로서, 알루미늄(685)과 강(1500)의 중간 정도이다. 순동의 열전도도는 연강의 8배 이상이고 알루미늄의 약 2배이다. 그러므로 열이 용접부에서 급격히 방산되기 때문에 가스용접과 아크용접에서 충분한 용입을 얻으려면 충분한 예열이 필요하다.

 

2. 동 용접이 어려운 이유

열전도율이 높고 냉각속도가 크다.

동 중의 산화동(Cu2O) 을 함유한 부분이 순수한 동에 비하여 용융점이 약간 낮으므로, 먼저 용융되어 균열이 발생하기

쉽다.

열팽창계수는 연강보다 약 50% 크므로 냉각에 의한 수축과 응력집중을 일으켜 균열이 발생하기 쉽다.

가스용접, 그 밖의 용접방법으로 환원성 분위기 속에서 용접을 하면 산화동은 환원(Cu2O + H2 = 2Cu + H2O)

가능성이 커진다.

이 때, 용적은 감소하여 스펀지(sponge) 모양의 구리가 되므로 더욱 강도를 약화시킨다.

수소와 같이 확산성이 큰 가스를 석출하여, 그 압력 때문에 더욱 약점이 조정된다.

동은 용융될 때 심한 산화를 일으키며, 가스를 흡수하기 쉬우므로 용접부에 기공 등이 발생하기 쉽다.

그러므로 용접용 동 재료는 전해동보다 탈산동을 사용해야하며, 또한 용접봉을 탈산동 용접봉 또는 합금 용접봉을

사용해야 한다.

 

3. 동의 종류

 

무산소동

진공 중에서 용해 주조하여 유해 가스를 완전 제거한 것으로 전도율이 좋고 취성이 없으며 가공성이 우수하여 전자기기에 사용된다.

 

정련 동

전해동(전기동)를 말하며 0.02~0.05% 산소 함유 등으로 전기 전도율이 좋고 취성이 없으며 가공성이 우수하여 전자기기에 사용된다.

 

탈산동

탈산을 하여 0.008% 산소 이하로 만든 동으로 용접용으로 적당하고 가스관, 열 교환기, 기름 도관으로 쓰이나 전기 전도율이 낮다.

 

4. 동 합금의 종류

 

황동 :

Cu에 아연을 10~45% 함유한 것으로 7 : 3 황동 4 : 6 황동 등이 있다.

인청동 :

Cu-Sn 계 합금에 탈산제 등으로 P를 소량 첨가한 것이다.

피로강도가 크고 인성이 우수하며 내식성이 좋다

규소 청동 :

Cu-Si 계 합금이다. 청동에 Si 1.5~3.25% 첨가로 강하고 내식성이 좋고 용접하기 쉬워 중요한 공업재료이다.

Al 청동 :

Cu-Al 계로 Al 4~11% 첨가한 것이다.

인성이 풍부하고 경도가 적당하며 연성도 높다.

전기 전도도는 낮으나 마찰저항이 크고 내산화성도 크다.

Ni 청동 :

인성이 풍부하고 연성도 있으나 전기 전도도가 낮다.

내식성은 우수하고 응력부식에 강하다.

 

5. 동의 용접

 

피복 아크 용접

예열을 충분히 하여 사용된다.

니켈 청동에 사용된다.

스패터, 슬래그 섞임, 용입 불량 등의 결함이 많이 생긴다.

 

가스 용접법

황동 용접에 이용한다.

발생된 기공은 피닝 작업으로 없애면서 사용한다.

판 두께 6mm 까지는 슬래그 섞임에 주의한다.

 

불활성가스 텅스텐 아크 용접

직류 정극성(DCSP)을 사용한다.

용가재는 탈산된 동봉(copper rod)을 사용한다.

판 두께 6mm 이하에 대하여 많이 사용된다.

전극은 토륨(Th)이 들어 있는 텅스텐 봉을 쓴다.

 

불활성가스 금속 아크 용접

판 두께 3.2mm 이상에 주로 사용한다.

구리, 규소 청동, Al 청동에 가장 적합하다.

 

납땜법

쉽게 이음이 되며 동합금은 은납 땜이 쉽다.

땜납의 가격이 비싼 것이 결점이다.

 

동 용접작업

용접부 및 용접봉을 깨끗이 청소하고 브러쉬로 광이 나게 한다.

전처리 후에 간격을 유지하여 가접을 한다.(가접을 많이 한다)

산화방지 및 용착금속의 유동성을 좋게 하기위해 삼산화붕소의 알콜 용액이 좋다.

예열에 의한 변형 방지책으로 구속지그를 쓴다.

예열온도는 200~350가 좋다.

 

6. 동 합금의 용접

 

주로 불활성가스 용접(TIG)이 사용되며 서브머지도 아크용접도 실용화되고 있다.

피복 아크용접은 슬래그 섞임, 기포발생이 많으므로 사용이 곤란하다.

전기저항 용접법, 압접법, 초음파 용접법 등은 얇은 판에 쓰이고 납땜법도 사용된다.

동 합금의 TIG 용접

TIG 용접은 직류 정극성(DCSP)을 사용한다.

예열중이나 용접 중에도 산화가 많을 때에는 적당한 용재를 바르면 된다.

동에 비하여 예열온도가 낮아도 좋다.

(전기 전도도, 열전도도가 낮으므로).

예열 방법은 연소기 가열로 등을 사용한다.

용가재는 모재와 같은 재료를 사용한다.

비교적 큰 루트 간격과 홈 각도를 취한다.

가접은 비교적 많이 한다.

용접봉은 토빈(torbin) 청동봉, 규소 청동봉, 인청동봉, 에버듀르봉 등이 많이 사용된다.

용접부 청소를 깨끗이 한다.

용제를 사용하여 산화방지, 탈산정련작용, 유동성의 증진, 아크 안정화, 작업성 향상에 힘쓴다.

용접봉 선택은 용접성이 좋고 용접 후 균열이 적은 것이라야 한다.

 

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