기 계 공 작 법

기 계 공 작 법

접합과 이음접합과 이음

1

용접 (welding)

2 개 또는 여러 개의 물체를 원자사이의 결합이 가능하게 하는 방법

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1800

1850

1950

2000

1900

PAW

FRWUSW

SAW

GMAW

OAWRWCAW

ESWCW

DFWEBW

LBW

No. of w

elding Processes

100

80

60

40

20

Year

2

피복아크용접 (Shield Metal Arc Welding, SMAW)

3

극성 (Polarity) 발생열 : (+) 극 2/3, (-) 극 1/3

정극성 : 모재 (+), 용접봉 (-)

역극성 : 모재 (-), 용접봉 (+) (SMAW)

용접봉 : filler material

피복 (flux) : shield gas, slag (flux), 합금금속 , 아크안정

slag : 대기로부터 용접부 보호 , 단열에 의한 서냉 , 용접후 제거 요함

연속작업 어려움

4

서브 머지드 아크용접 (Submerged Arc Welding, SAW)

wire feed : Reel

전류 : sliding contact 연속 용접

고전류 고 용착률

flux 에 의해 아크 잠호

역극성

5

가스 메탈 아크 용접 (Gas Metal Arc Welding, GMAW) (Metal Inert Gas Welding, MIG)

6

소모성 전극 : 자동 공급

보호가스 : Ar, He 용접부 보호

CO2 (active gas) MAG (CO2 용접 ), spatter

Ar + CO2 mixed gas

역극성

7

플럭스 코어드 아크용접 (Flux Cored Arc Welding, FCAW)

8

일렉트로 가스용접 (Electrogas Welding, EGW)

열원 : 전기 아크

filler metal : flux cored wire, solid wire

두꺼운 판 용접

9

일렉트로 스래그 용접 (Elextroslag Welding,ESW)

열원 : 아크발생 용융 슬래그 용접봉 슬래그에 잠입

아크 꺼짐 저항열

10

가스 텅스턴 아크용접 (Gas Tungsten Arc Welding, GTAW) (Tungsten Inert Gas, TIG)

11

비소모성 전극 : tungsten with or without filler metal 보호가스 : Ar, He 정극성

cf) 아르곤용접

Arc gas 해리 (dissociation) 이온화 (ionization) 전기방전 부분적으로 이온화된 가스 형성 Plasma 전자 (e-) : (+) 극으로 이동 이온 (A+) : (-) 극으로 이동 아크 안정 : 이온화를 위한 가스 공급 아크 시작 : touch start

high voltage, high frequency start

cf) Al 용접

가열

12

플라즈마 아크용접 (Plasma Arc Welding, PAW)

transferred arc 아크 : W electrode 모재 열원 : 아크 , plasma stream 깊은 용접

non-transferred arc 아크 : W electrode Cu nozzle 열원 : plasma stream 얇은 용입 비금속 용접가능

(a) transferred arc

(b) non-transferred arc

13

산소 아세틸렌 용접 (Oxyacetylene Welding,OAW)

14

혼합가스 : C2H2 + O2

unburned mixed gas : C2H2 2C + H2 +Q1

1 차 연소 : 2C +O2 2CO + Q2

Q2 용접 열원 2 차 연소 : 2CO + H2 + 3/2O2 2CO2 + H2O + Q3

3/2O2 대기중 산소 2CO2 보호가스 H2O 수증기 Q3 예열 CO 가스 주의

해리

15

산소 절단 (Oxygen Fuel Cutting,OFC)

Fe : above 870oC Fe + O FeO + 267kJ

3Fe +2O2 Fe3O4 + 1120kJ (main reaction, 1150oC)

2Fe + 3/2O2 Fe2O3 +825kJ

Fe3O4 : 용융온도 1527oC 절단 tip

용접 tip

절단 작업 : 산소 불꽃으로 가열 산화 산화물 용융

고압산소 이용 용융산화물 제거 반복과정 수행하면서 이동

C2H2 + O2

O2

C2H2 + O2

16

절단 조건

1) 산화 온도 < 용융온도

ex) 주철 : Tm = 1145oC, Tig = 1150oC

2) 산화물 용융온도 < 모재의 용융온도

ex) Al : Tm = 658oC, (Tm)oxide = 2050oC

Cr : Tm = 1550oC, (Tm)oxide = 1990oC

3) 산화반응 발생열 > 열손실

self acting

cf) 숫불 , 성냥불

17

레이저 빔 용접 (Laser Beam Welding, LBW)

CO2 laser : 거울 YAG laser : 거울 , optical fiber

18

전자빔 용접 (Electron Beam Welding, EBW)

19

냉간압접 (Cold Pressure Welding, CW)

roll bouning

고압력에 의해 표면 산화물 파괴 새로운 표면 접촉 접합 심한 가공경화

20

초음파 용접 (Ultrasonic Welding, USW)

high frequency vibration 표면층 파괴 새로운 표면 접촉 접합

not melting

플라스틱 , foils, 반도체 , ……

21

마찰 용접 (Friction Welding, FRW)

이종 금속 용접 짧은 용접시간 대량생산

22

저항점용접 (Resistance Spot Welding, RSW)

열원

접촉저항

전극봉 :

고전류 , 고압 , 고온 Cu

Car body

explosion 고전류

RdtIQ 2

23

심용접 (Resistance Seam Welding, RSEW)

shunting effect

24

돌기용접 (Resistance Projection Welding, RPW)

동시에 여러점 용접 : no shunting effect 전극봉에 의한 손상 적음 돌기 제작 어려움 : 두께 제한

25

고주파 저항용접

(High Frequency

Resistance Welding,

HFRW)

고주파 유도전기용접

(High Frequency

Induction Welding,

HFIW)

No sliding contact coated materials

26

플래쉬용접 (Flash Welding, FW)

flashing : 표면 접촉 적은 접촉면적 고전류 아크발생

용융 가압

27

업셋용접 (Upset Welding, UW)

열원 : 접촉부 전기 저항열

작업순서 : 장착 용접가압 전류가함 업셋 하중가압

28

스터드용접 (Stud Spot Welding, SW)

high welding speed : 3parts/sec

퍼커션용접 (Percussion Welding, PEW)

Arc from a rapid discharge in condenser

29

폭발용접 (Explosion Welding, EXW)

30

확산용접 (Diffusion Welding, DFW)

표면 깨끗이

가압 상태 (5~50N/mm2) 에서 장시간 유지 ( 고온상태 , 0.5Tm)

진공 또는 불황성 가스 분위기

31

테르밋용접 (Thermit Welding)

테르밋 반응 ( 도가니 내 )

2Al + 3FeO 3Fe + A2O3 + 880kJ ( 열원 )

용융금속을 모재 사이에 넣음

주조용접

32

용사 (Thermal Spray)

flame spray ( 화염용사 )

plasma arc spray

33

연납접과 경납접 (Soldering and Brazing)

Brazing : 450oC 이상에서 작업 Soldering : 450oC 이하에서 작업

모세관 현상

34

flux : 퍼짐 현상 양호

표면 산화층 제거

작업중 표면 산화 방지

35

용접부 모재 (base metal), 열영향부 (HAZ), 용융부 (fusion zone)

36

용접 결함

37

열응력 (Thermal Stress)

38

잔류응력 (Residual Stress)

39

균열 (Crack)

340

변형 (distorsion)