금속 용접은 우리 주변 곳곳에서 사용됩니다. 공장에서 금속 부품을 영구적으로 접합하는 방식이 바로 금속 용접입니다. 원리는 간단합니다. 열이나 기계적 힘을 가하여 원자들을 충분히 가깝게 밀어붙여 결합시키는 것입니다. 그러면 두 조각이 하나로 합쳐집니다.
산업 기술은 끊임없이 발전하고 있습니다. 용접 방법 또한 다양해졌으며, 20년 전보다 훨씬 정교해졌습니다. 작업 종류에 따라 적합한 용접 기술이 다르기 때문에, 현장에 나가기 전에 이러한 차이점을 이해하는 것이 중요합니다.
판금 용접?
사람들은 판금 용접에 대해 이야기합니다. 하지만 판금 용접이란 정확히 무엇일까요? 본질적으로 용접은 접합 과정이며, 원자 수준에서 일어납니다. 이는 단순히 두 조각을 접착제로 붙이는 것과는 다릅니다.
외부 에너지가 작용합니다. 열, 기계적 힘, 또는 이 둘의 조합 등이 그 예입니다. 이 에너지는 금속 조각이 접합된 바로 그 부분에서 원래의 원자 배열을 파괴합니다. 그러면 구조가 제어된 방식으로 분해됩니다. 그 후 해당 부위가 냉각되고 굳어집니다. 두 개의 분리된 구성 요소가 하나의 단위로 결합됩니다. 강하고, 응집력이 있으며, 영구적인 구조가 완성됩니다.
볼트나 리벳은 기계적으로 부품들을 결합합니다. 하지만 여전히 틈이 존재하며, 여전히 체결 부품이 남아 있습니다. 용접은 이와는 완전히 다른 방식입니다. 용접은 원자 수준에서 융합을 이루어냅니다. 기존의 기계식 체결 부품과는 달리 이음매가 없습니다. 그 결과, 용접 부위는 모재의 강도와 동등하거나 때로는 그 이상의 강도를 가질 수 있습니다. 이는 대부분의 기계식 체결 부품에는 해당되지 않는 특징입니다.
판금 용접에는 어떤 종류가 있나요?
엔지니어들은 금속 용접을 다양한 방식으로 분류합니다. 에너지원도 중요하고, 용접 원리도 중요합니다. 작업 현장에서 이루어지는 대부분의 용접은 크게 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 각 유형은 고유한 특성을 가지고 있으며, 각각 다른 작업에 적합합니다.
퓨전 용접
이것은 가장 흔한 유형입니다. 사람들은 어디에서나 이 용접 방식을 사용합니다. 핵심 원리는 간단합니다. 모재의 가장자리를 가열하여 녹이면 용접 풀이 형성됩니다. 녹은 용접 풀이 굳으면 용접이 완료됩니다. 용접 형상과 강도를 향상시키기 위해 용가재를 첨가하는 경우도 있습니다. 항상 필요한 것은 아니지만, 종종 도움이 됩니다.
차폐 금속 아크 용접(SMAW)
이 용접 방식을 스틱 용접이라고도 합니다. 전기 아크가 열을 발생시키고, 플럭스가 코팅된 전극이 용접 작업을 수행합니다. 장비는 간단하며 복잡한 전자 장치가 필요하지 않습니다. 이러한 유연성 덕분에 작업자는 다양한 자세로 용접할 수 있습니다. 머리 위에서, 수직으로, 수평으로, 모두 가능합니다.
가스 텅스텐 아크 용접(GTAW/TIG)
이것은 TIG 용접이라고 합니다. 아르곤 가스가 보호막 역할을 하여 용융된 용접 풀을 주변 공기로부터 보호합니다. 오염이나 산화가 발생하지 않아 깔끔하고 보기 좋은 고품질 용접이 가능합니다. 외관을 중시하는 사람들이 TIG 용접을 선택합니다.
이 방법은 비철금속, 특히 스테인리스강, 알루미늄 합금, 구리 합금에 효과적입니다. 주요 변형으로는 표준 TIG 용접인 가스 텅스텐 아크 용접(GAAW)과 MIG 용접이라고도 하는 가스 금속 아크 용접(GMAW)이 있습니다. 두 용접 방식은 용접건과 용접봉 공급 방식이 다르지만, 보호 가스 원리는 동일합니다.
서브머지드 아크 용접(SAW)
이 과정은 처음 보는 사람들에게는 낯설게 보일 수 있습니다. 아크는 플럭스 층 아래에서 연소됩니다. 이 입자형 플럭스가 용접 부위를 완전히 보호합니다. 가스 실린더도 필요 없고, 아크 플래시도 눈에 띄지 않습니다.
장점은 분명합니다. 높은 용접 효율, 일관된 용접 품질, 자동화 공정으로 인한 노동 강도 감소 등이 있습니다. 하지만 용접 자세에 제약이 있습니다. SAW는 평면 용접에 가장 적합하며, 중간에서 두꺼운 판재, 대량 생산, 선박이나 교량과 같은 대형 구조물 용접에 적합합니다. 소규모 수리 작업에는 잘 사용되지 않습니다.
산소연료용접(OFW)
이 방법은 아크가 아닌 불꽃을 이용합니다. 연료 가스가 산소와 혼합되어 연소되면서 금속에 직접 향하는 뜨거운 불꽃이 생성됩니다. 이 장비는 휴대가 간편하고 작동이 쉬우며 전기가 필요하지 않습니다.
전기 콘센트가 없는 장소에서 작업할 때 사용하는 기술입니다. 구식 기술이지만, 여전히 현장에서 유용하게 쓰일 수 있습니다. 때로는 가장 간단한 도구가 최적의 선택일 수 있습니다.
압력 용접
이 공정은 기본 금속에 기계적 힘을 가하는 것입니다. 때로는 적당한 열이 가해지기도 합니다. 목표는 재료를 가소성 상태, 즉 변형될 만큼 부드러우면서도 흐를 만큼 액체 상태는 아닌 상태로 만드는 것입니다.
일반적으로 충전재는 필요하지 않습니다. 접합은 금속 자체가 압력 하에서 융합되면서 이루어집니다.
저항 용접
이 방법은 전기 저항을 이용합니다. 전류가 모재를 통과하면 접촉면의 저항으로 인해 열이 발생합니다. 동시에 기계적 압력이 가해져 용접이 완료됩니다.
두 가지 장점이 두드러집니다. 빠른 용접 속도와 주변 재료의 변형 최소화입니다.
용접에는 크게 세 가지 유형이 있습니다. 특정 지점을 용접하는 점 용접, 연속적인 선을 용접하는 심 용접, 그리고 끝단을 접합하는 맞대기 용접이 있습니다. 얇은 판재 부품을 용접할 때는 저항 용접이 널리 사용됩니다. 자동차 차체가 대표적인 예이며, 가전제품 케이스 역시 대량 생산 라인에서 이 공정을 거칩니다.
마찰 용접
마찰 용접은 다음과 같은 원리로 작동합니다. 두 개의 공작물이 서로 상대적으로 움직입니다. 회전 운동이든 직선 운동이든 상관없습니다. 마찰로 인해 열이 발생하고, 접촉면은 소성 변형 상태에 도달합니다. 그런 다음 축 방향으로 단조력이 가해집니다. 이렇게 해서 두 공작물이 영구적으로 접합됩니다.
용접 품질이 균일하고 접합 강도가 높습니다. 이 방법은 원형 단면을 가진 부품의 맞대기 용접에 사용됩니다. 축, 차축, 파이프 등 용가재 없이 강력하고 깨끗한 접합이 필요한 모든 원형 부품에 적합합니다. 플럭스나 보호 가스가 필요 없으며, 오직 움직임과 압력만으로 용접이 이루어집니다.
납땜 및 납땜
이 두 공정은 융접과는 작동 방식이 다릅니다. 모재는 녹지 않고, 용가재만 녹습니다. 이때 용가재는 접합되는 재료보다 녹는점이 낮습니다.
작업자가 조립체를 가열하면 용접봉이 녹습니다. 모세관 현상으로 녹은 용접봉이 모재 표면 사이의 틈으로 빨려 들어갑니다. 그런 다음 용접봉이 모재에 약간 확산됩니다. 이렇게 접합부가 형성됩니다. 가공물 자체는 녹지 않습니다.
납땜(연질 브레이징)
납땜에는 녹는점이 450°C(842°F) 미만인 용가재가 사용됩니다. 일반적인 땜납으로는 주석-납 합금이 있습니다. 환경적인 이유로 납을 대체하는 새로운 합금도 개발되고 있습니다.
우리는 이 공정을 정밀 부품에 사용합니다. 전자 부품이 가장 대표적인 예입니다. 계측기나 소형 조립품에도 납땜을 합니다. 접합 강도는 다른 용접 방식보다 낮지만, 전자 제품에는 문제가 없습니다. 하지만 구조용 강철에는 적합하지 않습니다.
브레이징(경질 브레이징)
브레이징은 섭씨 450도 이상의 녹는점을 가진 용가재를 사용합니다. 흔히 사용되는 용가재로는 구리 합금과 은 합금이 있습니다. 브레이징으로 접합한 부위는 상대적으로 강도가 높습니다. 납땜 접합부보다 훨씬 강하며, 경우에 따라서는 융접 용접에 버금가는 강도를 보이기도 합니다.
절삭 공구 제작에 브레이징을 사용합니다. 금형이나 파이프 접합부에도 사용되죠. 두 금속을 접합할 때 모재를 녹이지 않고 접합해야 하는 모든 곳에 브레이징을 적용합니다. 이 공정은 서로 다른 금속을 접합하는 데 효과적입니다. 예를 들어 구리 파이프와 황동 이음쇠, 초경 팁과 강철 공구 본체 등을 브레이징으로 접합할 수 있습니다. 반면 융접은 이러한 조합에서 실패하는 경우가 많습니다.
용접 공정이 금속 선택에 미치는 영향
용접 공정과 금속 재료 사이에는 밀접한 호환성 관계가 있습니다. 각기 다른 용접 공정은 금속의 특성과 화학적 조성에 특정한 요구 사항을 부과하며, 이는 적절한 모재 선택에 직접적인 영향을 미칩니다.
공정 한계 금속 유형의 열 입력 특성
용접 공정은 열 입력량과 가열 속도 면에서 매우 다양하며, 이러한 차이는 특정 용도에 사용할 수 있는 금속을 선택하는 데 직접적인 영향을 미칩니다.
고열 입력 공정
서브머지드 아크 용접(SAW)이나 산소 연료 용접(OFW)과 같은 공정은 공작물에 막대한 열을 전달하여 넓은 열영향부(HAZ)를 발생시키고 냉각 속도를 늦춥니다. 이로 인해 결정립이 조대화되고 재료의 기계적 특성이 저하될 수 있습니다. 이러한 고열 입력 공정은 연강이나 저합금강처럼 열에 덜 민감한 재료에 더 적합합니다. 고강도강이나 내열강과 같이 과열로 인해 성능 저하가 발생하기 쉬운 재료에는 일반적으로 권장되지 않습니다.
저열 입력 공정
가스 텅스텐 아크 용접(GTAW/TIG) 및 저항 용접과 같은 공정은 열을 빠르게 가하고 좁은 영역에 집중시켜 금속의 미세 구조 변화 및 물성 저하를 최소화합니다. 이러한 저열 입력 공정은 스테인리스강, 알루미늄 합금, 고강도강과 같이 온도에 민감한 재료에 더 적합하며, 용접 접합부의 건전성과 성능을 유지하는 데 도움이 됩니다.
차폐 방법을 통해 재료의 적합성을 판단합니다.
용접 공정에서 사용되는 차폐 방법은 용접 중 금속의 산화 여부에 직접적인 영향을 미치므로 재료 선택에 있어 매우 중요한 요소입니다.
불활성 가스 또는 플럭스 차폐를 사용하는 공정
가스 텅스텐 아크 용접(GTAW/TIG) 및 서브머지드 아크 용접(SAW)과 같은 공정은 대기 노출을 효과적으로 차단하여 탁월한 차폐 효과를 제공합니다. 이러한 방법은 알루미늄 합금, 구리 합금, 티타늄 합금과 같이 산화되기 쉬운 비철금속 용접에 매우 적합합니다. 이러한 재료를 보호 장치 없이 용접할 경우 산화막이 빠르게 형성되어 용접부에 기공이나 슬래그 혼입과 같은 결함이 발생할 수 있습니다.
차폐가 거의 또는 전혀 없는 공정
피복 금속 아크 용접(SMAW)과 같은 공정은 전극 피복에만 의존하여 기본적인 보호를 제공하며, 산소 연료 용접(OFW) 또한 제한적인 보호 기능을 제공합니다. 이러한 방법은 산화가 쉬운 비철금속에는 적합하지 않습니다. 오히려 연강이나 저합금강과 같이 산화 저항성이 높은 철금속에 더 적합합니다.
용접 변형 정도는 재료 두께 선택에 영향을 미칩니다.
용접 공정에 따라 변형 정도가 달라지며, 이는 재료 두께 선택에 영향을 미칩니다.
왜곡이 심한 프로세스
산소연료 용접(OFW) 및 피복 금속 아크 용접(SMAW)과 같은 공정은 얇은 판재에 사용할 경우 상당한 뒤틀림과 변형을 유발하는 경향이 있습니다. 따라서 이러한 방법은 중간 두께에서 두꺼운 두께의 부품을 접합하는 데 더 적합합니다.
왜곡이 적은 프로세스
저항 점 용접 및 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW/TIG)과 같은 공정은 집중적인 가열과 작은 열영향부를 특징으로 하여 효과적인 변형 제어가 가능합니다. 이러한 방법은 자동차 차체 및 가전제품 케이스와 같은 얇은 판재 부품 용접에 이상적입니다.
판금 용접 방법 선택 시 표면 상태 고려 사항
판금 용접은 일반적으로 얇은 두께의 부품을 다루며, 용접 품질은 재료 표면 상태에 매우 민감합니다. 따라서 적절한 용접 방법을 선택할 때는 신뢰할 수 있는 용접 접합부를 확보하기 위해 모재의 표면 상태를 신중하게 평가해야 합니다.
표면 청결도
기름, 녹 또는 밀 스케일이 있는 표면
판금 표면이 오일, 녹, 밀 스케일 또는 기타 불순물로 오염되면 용접 중 원자 결합이 손상될 수 있습니다. 이로 인해 기공, 슬래그 혼입, 용융 불량과 같은 용접 결함이 발생하는 경우가 많습니다. 이러한 표면 조건에서는 피복 금속 아크 용접(SMAW) 또는 서브머지드 아크 용접(SAW)이 적합한 선택입니다. SMAW 전극의 플럭스 코팅은 어느 정도 탈산 및 불순물 내성 기능을 가지고 있어 표면 청결도가 부족한 부분을 어느 정도 보완할 수 있습니다. 마찬가지로 SAW의 플럭스 층은 용접 풀을 세척하는 효과를 제공합니다. 반면, 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW/TIG)과 같이 표면 청결도에 매우 민감한 공정은 철저한 표면 준비가 필요합니다. TIG 용접을 사용할 경우, 오염 물질을 제거하기 위해 표면을 먼저 연마하고 세척해야 합니다.
청결도가 높은 표면
판금 표면이 연마 및 세척되어 오염 물질이 제거된 경우, 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW/TIG)이나 저항 점 용접과 같은 공정이 매우 적합합니다. TIG 용접은 탁월한 차폐 효과를 제공하고 깨끗하고 미려한 용접면을 만들어내므로 외관 품질이 중요한 판금 부품에 이상적입니다. 반면, 저항 점 용접은 빠른 용접 속도와 최소한의 변형을 제공하여 판금 조립품의 대량 생산에 적합합니다.
표면 평탄도
평평한 표면
판금 부품의 표면이 평평할 경우, 용접 시 공작물 간의 접촉면이 밀착되고 균일합니다. 이러한 경우, 저항 점 용접이나 심 용접이 탁월한 선택입니다. 이 방법들은 높은 효율성과 최소한의 변형을 제공하면서 일관된 접합 품질을 보장하므로 대량 생산에 매우 적합합니다. 또한, 매끄럽고 미적으로 보기 좋은 용접면을 얻기 위해 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW/TIG)을 사용할 수도 있습니다.
고르지 않은 표면 또는 틈새
판금 표면이 불규칙하거나 조립 시 틈새가 있는 경우, 저항 점 용접 및 심 용접의 용접 품질이 저하되어 불완전 용융이나 용입 부족과 같은 결함이 발생할 수 있습니다. 이러한 상황에서는 피복 금속 아크 용접(SMAW) 또는 산소 연료 용접(OFW)이 더 적합합니다. SMAW는 작업자가 전극 각도와 이송 속도를 조절하여 틈새를 효과적으로 메울 수 있도록 합니다. 산소 연료 용접은 넓은 화염 범위로 접합 부위 전체에 걸쳐 모재를 더 잘 녹일 수 있어 틈새를 메우고 불량한 접합 상태를 보완하는 데 도움이 됩니다.
표면 코팅
일부 판금 부품은 내식성을 향상시키기 위해 아연, 주석 또는 크롬과 같은 코팅층으로 덮여 있습니다. 용접 방법을 선택할 때 이러한 코팅이 용접 품질에 미치는 영향을 고려해야 합니다.
아연 도금 강판
아연 도금 강판을 용접할 때 고온에서 아연 코팅이 기화되어 아연 증기가 발생하는데, 이 증기는 용접 부위에 기공을 유발하기 쉽습니다. 피복 금속 아크 용접(SMAW)은 전극 코팅이 아연 증기를 일부 흡수하는 데 도움이 되므로 적합한 방법입니다. 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW/TIG) 또한 불활성 가스 차폐를 통해 아연 증기의 영향을 줄일 수 있어 적합합니다. 그러나 저항 점 용접은 아연층이 전류 전도를 방해하여 용접 강도를 저하시키므로 피해야 합니다.
주석 도금 강판
주석 도금된 판금을 용접할 때, 주석층의 녹는점이 낮아 쉽게 녹아 흘러내리는 경향이 있습니다. 이러한 경우에는 납땜(연질 브레이징)이 적합한 방법입니다. 주석계 용가재를 사용하는 이 공정은 판금 표면의 도금층을 손상시키지 않으면서 충분한 접합 강도를 제공합니다.
NOBLE 소개 – 귀사의 파트너 정밀 제조
단체 소개
NOBLE은 ISO 인증을 받은 CNC 가공 전문 업체입니다. 당사는 고정밀 가공 및 첨단 접합 기술을 제공하며, 고객 만족을 최우선으로 생각합니다. CNC 밀링, 선삭, 드릴링 등의 절삭 가공을 주력 사업으로 삼아 왔으며, 최근에는 레이저 용접 기술도 추가했습니다.
저희는 고객에게 필요한 모든 제조 서비스를 처음부터 끝까지 제공하는 것을 목표로 하고 있습니다. 아웃소싱은 일절 하지 않습니다. 부품을 다른 회사의 용접 공장으로 보낼 필요도 없습니다. 모든 공정을 한 회사에서 직접 처리합니다. 이를 통해 시간을 절약하고 품질 관리 과정에서 발생할 수 있는 문제를 방지합니다.
우리의 핵심 역량
CNC 가공은 기본입니다. 밀링, 선삭, 5축 가공, 그리고 복잡한 금속 및 플라스틱 부품 가공을 위한 EDM 가공까지. 정밀한 공차와 복잡한 형상까지, 고객이 기대하는 NOBLE의 높은 품질 기준을 충족합니다.
전통적인 용접은 공구함에 그대로 남아 있습니다. 두꺼운 부재에는 TIG 및 MIG 용접이 적합하며, 수리 작업이나 접합면의 정밀도가 떨어지는 작업에도 유용합니다. 모든 작업에 레이저 용접이 필요한 것은 아닙니다. 저희는 그 차이를 잘 알고 있습니다. 고객은 도면에 맞는 용접 방식을 선택합니다.
당사의 인증(신뢰 및 품질)
ISO 9001:2015는 포괄적인 품질 관리 시스템입니다. 이 시스템은 당사의 CNC 가공 및 용접 공정을 포괄합니다. 일관된 품질, 반복성, 추적성을 보장합니다. 산업 분야 고객들은 이러한 기본 요건을 기대합니다.
ISO 13485:2016은 의료기기 제조 분야의 최고 표준입니다. 모든 업체가 이 인증을 보유하고 있는 것은 아닙니다. 저희는 이 인증을 통해 수술 도구, 임플란트 및 진단 장비에 사용되는 정밀 부품과 용접 조립품을 생산할 수 있는 역량을 입증합니다.
왜 우리와 협력해야 할까요?
원스톱 서비스는 단순한 마케팅 문구가 아닙니다. 고객은 당사의 CNC 장비로 부품을 가공하고, 당사는 사내에서 직접 용접합니다. 별도의 용접 업체로 부품을 배송할 필요가 없으며, 물류 지연이나 품질 관리 문제도 발생하지 않습니다.
공정 전문성은 매우 중요합니다. 고속 가공과 낮은 열영향부를 원할 때는 레이저 용접을, 두꺼운 부품 가공이나 틈새 허용 오차를 고려해야 할 때는 TIG 용접을 추천합니다. 저희는 특정 기술 하나만을 고집하지 않고, 도면에 가장 적합한 기술을 선택합니다.
품질이 최우선입니다. 모든 용접 부위는 문서화되고, 모든 가공 부분은 추적 관리됩니다. 이는 당사의 ISO 시스템 요구 사항입니다. 고객은 자체 감사 및 규제 기관 제출에 필요한 서류를 모두 제공받습니다. 인증서를 찾아 헤맬 필요도 없고, 배치 기록이 누락될 염려도 없습니다. 이 시스템은 완벽하게 작동합니다.
FAQ
판금 용접에 TIG 용접과 SMAW 용접 중 어떤 것을 선택해야 할까요?
TIG 용접(GTAW)은 고품질의 깔끔한 용접부를 만들어냅니다. 외관이 우수하며, 깨끗하고 잘 준비된 표면이 필수적입니다. 얇은 재료, 스테인리스강, 알루미늄 등 외관이 중요한 모든 용도에 사용됩니다.
SMAW(스틱 용접)는 표면 오염에 대한 내성이 더 강합니다. 금속에 녹이나 기름이 묻어 있어도 용접 공정이 중단되지 않습니다. 플럭스 코팅된 전극이 불순물을 처리해 줍니다. SMAW는 유지 보수 작업, 소량 생산, 접근하기 어려운 위치에서의 용접에 적합합니다. 외관은 다소 투박할 수 있지만, 작업 과정에서 발생할 수 있는 오류를 훨씬 쉽게 용인해 줍니다.
부품의 조립 상태가 좋지 않거나 표면이 고르지 않은 경우 어떤 용접 방법이 가장 적합할까요?
표면이 불규칙하거나 틈이 있는 경우 SMAW 또는 산소 연료 용접이 더 나은 선택입니다. SMAW는 작업자가 전극 각도와 이송 속도를 조절하여 틈을 메울 수 있도록 해주며, 산소 연료 용접은 넓은 화염 범위로 모재를 녹여 틈을 연결하는 데 도움을 줍니다. 저항 점 용접 및 심 용접은 용접 부위가 제대로 맞지 않는 경우 용접 침투가 부족하기 쉬우므로 권장되지 않습니다.
기계 가공과 용접이 모두 필요한 부품에 대한 견적은 어떻게 요청하나요?
고객께서는 도면이나 CAD 모델, 재료 사양, 공차, 용접 요구 사항 등을 저희에게 보내주시면 됩니다. 저희 팀은 설계를 검토하고 적절한 가공 및 용접 공정을 추천해 드립니다. 그런 다음 전체 조립품에 대한 단일 견적을 제공해 드립니다. 여러 업체에 견적을 주고받을 필요가 없습니다.
얇은 판금에 용접할 때 변형이 생기지 않도록 하려면 어떻게 해야 할까요?
얇은 판금은 쉽게 휘어집니다. 과도한 열은 적입니다. 그렇기 때문에 엔지니어들은 집중 가열과 낮은 열 입력 방식을 사용하는 공정을 활용합니다. 레이저 용접이 효과적이며, 저항 점 용접 또한 적합한 용도에 사용할 수 있습니다. 저희 팀은 변형을 최소화하기 위해 클램핑, 고정 장치 및 용접 순서를 정밀하게 제어합니다. 얇은 재질에 TIG 용접이 필요한 경우, 낮은 전류와 정밀한 기술을 사용합니다. 열이 필요한 곳에만 집중되어 부품이 평평하게 유지됩니다.
