충전재 금속
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1. 개요
충전재 금속은 용접, 솔더링, 브레이징, 하드페이싱 등 접합 공정에 사용되는 금속 재료를 의미한다. 용접 시에는 모재와 유사한 합금으로 사용되며, 솔더링은 모재보다 낮은 온도에서 녹는 필러 금속을 사용한다. 브레이징은 연납땜보다 높은 온도에서 진행되며, 하드페이싱은 마모 방지를 위해 내마모성이 강한 필러 금속을 사용한다. 충전재 금속은 피복 전극, 나선형 전극 와이어 또는 로드, 튜브형 전극 와이어, 용접 플럭스 등 다양한 형태로 사용된다.
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| 충전재 금속 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 정의 | 두 개 이상의 금속 부재를 접합하기 위해 사용되는 금속 재료 |
| 주요 기능 | 부재 간의 간격을 메우고 접합부를 형성 모재의 화학적, 기계적 성질에 적합해야 함 접합 공정에서 요구되는 특정 특성을 제공 |
| 용접 및 브레이징 공정 | |
| 용접 | 모재를 녹여 접합하는 공정으로, 충전재 금속은 추가적인 강도 및 특정 속성을 제공하는 데 사용됨 |
| 브레이징 및 솔더링 | 모재를 녹이지 않고 접합하는 공정으로, 충전재 금속은 낮은 융점을 가지며 모재 사이에 흐르면서 접합을 형성 |
| 요구 조건 | |
| 젖음성 | 모재 표면을 적시는 능력으로, 접합 강도에 중요 |
| 유동성 | 접합부로 잘 흘러 들어가 균일한 접합을 형성하는 능력 |
| 화학적 호환성 | 모재와 반응하지 않고 안정적인 접합부를 형성하는 능력 |
| 기계적 성질 | 접합부의 강도, 연성, 내식성 등 |
| 종류 | |
| 일반적인 재료 | 강철 알루미늄 구리 니켈 티타늄 합금 |
| 형태 | 로드 (Rod) 와이어 (Wire) 페이스트 (Paste) 프리폼 (Preform) |
| 고려 사항 | |
| 모재 | 모재의 종류와 특성에 따라 적절한 충전재 금속을 선택해야 함 |
| 적용 분야 | 항공우주, 자동차, 전자 제품, 건설 등 다양한 산업 분야에서 사용됨 |
| 환경 | 작동 온도, 부식 환경 등에 따라 적절한 충전재 금속을 선택해야 함 |
| 영어 | |
| 영어 명칭 | Filler metal |
2. 용접
용접 공정은 모재의 녹는점을 중심으로 작동하며, 모재 자체가 녹기 시작해야 한다. 일반적으로 작은 토치에서 보다 정밀한 열 분포가 필요하다. 이는 최대 열량을 제한하는 대신 공간에 걸쳐 열 분포를 제어하여 전체 공작물을 녹이는 것을 피하기 때문이다. 충전재를 사용하는 경우, 모재와 유사한 합금과 녹는점을 가진다.
모든 용접 공정이 충전 금속을 필요로 하는 것은 아니다. 자체 용접 공정은 기존 모재의 일부만 녹이는 것을 요구하며, 용접 전에 접합부가 이미 기계적으로 밀착되어 있다면 이것으로 충분하다. 단조 또는 해머 용접은 해머질을 사용하여 뜨거운 접합부를 닫고 국부적으로 열을 증가시킨다.
가스 용접 공정 중 많은 경우, 예를 들어 납땜은 일반적으로 자체 용접이며, 채울 틈이 있는 경우에만 동일한 금속의 별도 와이어 충전재 막대를 추가한다. 납 또는 Birmabright 알루미늄 합금과 같은 일부 금속은 동일한 금속의 자투리 조각을 충전재로 사용한다. 강철은 일반적으로 특별히 제작된 충전 합금으로 용접된다. 보관 시 녹을 방지하기 위해 이러한 와이어는 종종 가볍게 구리 도금된다.
전기 아크 용접의 경우, 충전재 막대의 주요 사용처는 소모성 전극으로서 공작물에 열을 발생시키는 것이다. 이 전극에서 나오는 전기 방전은 전극을 녹이고 모재를 가열하는 열을 제공한다.
TIG 용접은 열을 제공하기 위해 소모되지 않는 텅스텐 전극을 사용하는 전기 용접 공정으로, 충전재 막대는 수동으로 추가된다. 이는 다른 열원을 사용한다는 점을 제외하면, 가스 용접과 더 유사하다.
2. 1. 용접 방식에 따른 필러 금속
모든 용접 공정이 충전 금속을 필요로 하는 것은 아니다. 자체 용접 공정은 기존 모재의 일부만 녹이는 것을 요구하며, 용접 전에 접합부가 이미 기계적으로 밀착되어 있다면 이것으로 충분하다. 단조 또는 해머 용접은 해머질을 사용하여 뜨거운 접합부를 닫고 국부적으로 열을 증가시킨다.가스 용접 공정 중 많은 경우, 예를 들어 납땜은 일반적으로 자체 용접이며, 채울 틈이 있는 경우에만 동일한 금속의 별도 와이어 충전재 막대를 추가한다. 납 또는 Birmabright 알루미늄 합금과 같은 일부 금속은 동일한 금속의 자투리 조각을 충전재로 사용한다. 강철은 일반적으로 특별히 제작된 충전 합금으로 용접된다. 보관 시 녹을 방지하기 위해 이러한 와이어는 종종 가볍게 구리 도금된다.
전기 아크 용접의 경우, 충전재 막대의 주요 사용처는 소모성 전극으로서 공작물에 열을 발생시키는 것이다. 이 전극에서 나오는 전기 방전은 전극을 녹이고 모재를 가열하는 열을 제공한다.
TIG 용접은 열을 제공하기 위해 소모되지 않는 텅스텐 전극을 사용하는 전기 용접 공정으로, 충전재 막대는 수동으로 추가된다. 이는 다른 열원을 사용한다는 점을 제외하면, 가스 용접과 더 유사하다.
- 피복 아크 용접 (SMAW)
피복 아크 용접봉은 피복 금속 아크 용접에 광범위하게 사용되며, 이 방법의 인기에 중요한 요인으로 작용한다.
- 가스 금속 아크 용접 (GMAW)
가스 금속 아크 용접에는 베어 전극 와이어가 사용된다.
- 가스 텅스텐 아크 용접 (GTAW)
가스 텅스텐 아크 용접에는 베어 전극 로드가 사용되며, 비소모성 텅스텐 전극을 사용한다.
- 플럭스 코어드 아크 용접 (FCAW)
관형 전극 와이어는 플럭스 코어드 아크 용접에 사용된다.
- 잠호 용접 (SAW)
용접 플럭스는 잠호 용접에 사용된다.
2. 1. 1. 피복 아크 용접 (SMAW)
피복 아크 용접봉은 피복 금속 아크 용접에 광범위하게 사용되며, 이 방법의 인기에 중요한 요인으로 작용한다.2. 1. 2. 가스 금속 아크 용접 (GMAW)
가스 금속 아크 용접에는 베어 전극 와이어가 사용된다.2. 1. 3. 가스 텅스텐 아크 용접 (GTAW)
가스 텅스텐 아크 용접에는 베어 전극 로드가 사용되며, 비소모성 텅스텐 전극을 사용한다.2. 1. 4. 플럭스 코어드 아크 용접 (FCAW)
관형 전극 와이어는 플럭스 코어드 아크 용접에 사용된다.2. 1. 5. 잠호 용접 (SAW)
용접 플럭스는 잠호 용접에 사용된다.2. 2. 자체 용접
3. 솔더링 (Soldering)
솔더링은 모재보다 낮은 온도에서 녹는 필러 금속을 사용하여 접합하는 방식이다. 주로 납-주석 합금이 사용된다. 보석이나 증기기관 보일러 제작과 같이 복잡한 접합부는 여러 단계로 솔더링을 진행할 수 있는데, 이는 초기 접합부가 나중에 온도를 가해도 파괴되지 않도록 점진적으로 낮은 용융점의 필러 금속을 사용하기 때문이다.
4. 브레이징 (Brazing)
브레이징 및 경납땜은 연납땜보다 높은 온도에서 진행되며, 모재의 온도에 근접한 필러 금속을 사용한다. 모재와 공정으로 공정 합금을 형성할 수 있다. [충전재/필러] 합금은 모재보다 용융점이 낮으므로 전체 어셈블리를 한 번에 녹이지 않고 온도로 올려 접합부를 만들 수 있다. 보석이나 증기기관 보일러 제작에 사용되는 복잡한 접합부는 점진적으로 낮은 용융점의 [충전재/필러] 금속을 차례로 사용하여 여러 단계로 만들 수 있다. 따라서 초기 접합부는 나중에 온도를 가해도 파괴되지 않는다.
5. 하드페이싱 (Hardfacing)
하드페이싱은 마모되기 쉬운 부품의 표면에 내마모성이 강한 필러 금속을 증착하여 수명을 연장하는 기술이다. 굴착 도구나 굴착기 버킷 이빨을 만들 때, 단단하지만 더 비싸고 때로는 깨지기 쉬운 표면 합금을 연강 도구의 마모 표면에 증착한다.
충전재 금속에는 피복 전극, 나선형 전극 와이어 또는 로드, 튜브형 전극 와이어 및 용접 플럭스 등 네 가지 유형이 있다. 때때로 비소모성 전극도 포함되지만, 이러한 금속은 용접 과정에서 소모되지 않으므로 일반적으로 제외된다.
5. 1. 하드페이싱에 사용되는 필러 금속 형태
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