주조 알루미늄 용접 방법: 기술, 준비 및 일반적인 실수

그렇습니다. 주조 알루미늄도 용접할 수 있습니다. 하지만 이를 위해서는 신중한 준비와 올바른 공정, 단조 알루미늄과 다르게 작동하는 이유에 대한 이해가 필요합니다. 가장 신뢰할 수 있는 방법은 AC 전류를 사용하는 TIG 용접(GTAW)입니다. ER4043 또는 ER5356 부품을 철저히 청소하고 150~230°C(300~450°F)로 예열한 후 필러 와이어를 제거합니다. 이 단계를 건너뛰면 균열, 다공성 또는 불완전한 융합이 발생할 위험이 있습니다.

주조 알루미늄이 단조 알루미늄보다 용접하기 어려운 이유

주조 알루미늄 합금은 더 높은 수준의 실리콘(일부 다이캐스트 등급의 경우 최대 12%)을 함유하고 있으며 종종 원래 주조 공정에서 발생하는 가스, 산화물 함유물 및 내부 다공성이 갇혀 있습니다. 열을 가하면 이러한 갇힌 가스가 팽창하여 용접 풀을 통해 빠져나가 거품과 공극이 발생합니다. 또한 고르지 않은 입자 구조로 인해 재료는 열 영향부(HAZ) 근처에서 고온 균열이 발생하기 쉽습니다.

일반적으로 접할 수 있는 주조 알루미늄 합금은 다음과 같습니다.

• A356 / 356.0 — 실린더 헤드, 흡기 매니폴드(대부분 용접 가능)
• A380 — 다이캐스트 하우징, 브래킷(매우 어렵고 아연 함량이 높음)
• 319 — 엔진 블록(보통 난이도)
• 535 — 해양 부품(용접 가능, 고마그네슘)

정확한 합금을 모른다면 이를 어려운 작업으로 간주하고 더 많은 준비 작업을 하십시오.

아크를 치기 전 필수 준비

준비는 성공적인 주조 알루미늄 용접의 약 80%를 차지합니다. 잘못된 준비는 용접 실패의 주요 원인입니다.

1단계 - 오염 식별 및 제거

열을 가하기 전에 오일, 그리스, 페인트 및 오래된 개스킷 재료를 제거해야 합니다. 보푸라기가 없는 천에 아세톤이나 전용 알루미늄 클리너를 사용하십시오. 석유 기반 용매를 사용하지 마십시오. 잔류물이 남습니다. 엔진 부품의 경우, 알루미늄 안전 탈지제를 사용한 뜨거운 탱크 담그기 또는 부품 세척 후 헹굼이 전문 매장의 표준 관행입니다.

2단계 - 산화물 층의 기계적 세척

알루미늄은 공기에 노출되면 거의 즉시 산화알루미늄층(Al2O₃)을 형성합니다. 이 산화물의 녹는점은 약 2,050°C로, 알루미늄 자체의 녹는점인 660°C보다 훨씬 높습니다. 그 위에 용접하면 산화물이 융합을 방지합니다. 전용 스테인리스강 와이어 브러시(강철에는 절대로 사용하지 마십시오. 그렇지 않으면 알루미늄을 오염시킬 수 있음)를 사용하여 용접 직전에 접합 부위를 문지릅니다. 앵글 그라인더에 80방의 플랩 디스크를 사용하면 넓은 면적에도 잘 작동합니다.

3단계 - 균열을 V자형 홈으로 가공하거나 경사지게 만듭니다.

균열이 있는 경우 전체 V 홈을 갈아서 깨끗하고 건전한 금속으로 만듭니다. 홈은 상단 너비가 최소 3~4mm여야 하며 균열의 전체 깊이에 도달해야 합니다. 각 균열의 끝 부분에 3~4mm 스톱 드릴 구멍을 뚫어 열이 가해졌을 때 균열이 계속되는 것을 방지합니다. 스톱 드릴링을 건너뛰면 균열이 용접 중에 볼 수 있는 것보다 10~15mm 더 확장되는 경우가 많습니다.

4단계 - 부품 예열

예열은 열충격을 줄이고 습기를 제거합니다. 오븐, 히트건 또는 프로판 토치를 사용하여 부품 온도를 150~230°C(300~450°F)까지 올리세요. 접촉식 온도계나 온도 표시 막대(Tempilstik)를 사용하여 온도를 확인합니다. 6mm 미만의 벽이 얇은 주물의 경우 이 범위의 하한(150°C)이면 충분합니다. 엔진 블록과 같은 두꺼운 부품은 고급 제품이 유리합니다. 260°C를 초과하지 마십시오. 이 온도를 초과하면 일부 합금은 영구적으로 강도를 잃기 시작합니다.

올바른 용접 공정 선택

갈라진 매니폴드, 부러진 브래킷, 손상된 주물 등 대부분의 수리 작업에는 AC를 사용한 TIG 용접이 선택됩니다. 고주파 시작으로 기계를 AC로 설정하고, 10-15 L/min의 100% 아르곤 차폐 가스를 사용하고, 순수 텅스텐 또는 지르코니아 텅스텐 전극(강에 사용되는 토리아산염 유형이 아님)을 선택하십시오.

올바른 필러 와이어 선택

두 가지 필러 합금이 대부분의 알루미늄 주조 작업에 적용됩니다.

• ER4043(실리콘 4%) — 주조 알루미늄에 대한 가장 일반적인 선택입니다. 흐름이 좋고 균열이 최소화되며 관용적입니다. 엔진 부품, 하우징, 알려지지 않은 합금에 사용하세요.
• ER5356(5% 마그네슘) — 더 강하고 단단하지만 고 실리콘 주물에서 고온 균열이 발생하기 쉽습니다. 용접 후 강도가 중요하고 기본 합금이 호환 가능하다는 것을 알고 있는 경우(예: 535 또는 5xxx 시리즈 주조)를 사용하십시오.

필러 직경은 일반적으로 재료 두께와 일치해야 합니다. 최대 4mm 섹션의 경우 1.6mm 와이어, 4~8mm의 경우 2.4mm, 더 무거운 섹션의 경우 3.2mm입니다.

TIG 용접 주조 알루미늄: 설정 및 기술

올바른 설정을 하는 것이 중요합니다. 다음을 시작점으로 사용하여 특정 기계 및 재료 두께에 맞게 조정하십시오.

• 전류 유형: AC(교류)
• 전류량: 두께 0.025mm(0.001인치)당 약 1암페어 - 따라서 6mm 주조에는 피크에서 약 240암페어가 필요합니다.
• AC 주파수: 80~120Hz(주파수가 높을수록 더 좁고 집중된 아크가 생성됨)
• AC 밸런스: 65-70% 전극 음극(EN) - 텅스텐을 과열시키지 않고 산화물을 청소합니다.
• 보호 가스: 100% 아르곤, 10~15L/min
• 텅스텐: 2~3mm 순수(녹색) 또는 지르코니아 처리된 볼 팁(AC)

이동 속도를 일관되게 유지하고 한 영역에 열이 축적되지 않도록 충분히 빠르게 이동하십시오. 웅덩이가 느려지거나 주변 금속이 과도하게 변색되는 것을 보면 잠시 멈추고 부품을 예열 온도로 식히십시오. 동일한 라인에 여러 패스를 쌓는 대신 더 넓은 홈에서 앞뒤로 직조 동작을 사용하십시오.

용접 후 처리

용접이 완료되면 부품을 물에 담그거나 압축 공기로 급격하게 냉각시키지 마십시오. 공기가 없는 상태에서 천천히 식히거나 용접 담요로 감싸서 냉각 속도를 늦춥니다. 급속 냉각으로 인해 열 응력이 다시 발생하고 용접부나 인접 주조물에 균열이 생길 수 있습니다.

냉각 후 염료 침투제(PT)로 용접부를 검사하여 표면 균열을 확인합니다. 압력을 받는 부품(냉각수 통로, 연료 시스템)의 경우 부품을 다시 서비스하기 전에 1.5× 작동 압력에서 압력 테스트를 수행하는 것이 좋습니다.

용접 후 주물을 가공할 경우 마무리 절단을 하기 전에 잔류 응력이 재분배될 수 있도록 24시간 동안 그대로 두십시오.

주조 알루미늄 용접 실패의 일반적인 원인

• 다공성 — 거의 항상 습기, 오염 또는 불충분한 가스 범위로 인해 발생합니다. 모재 금속이 완전히 건조되었는지 확인하고 필러 와이어를 아세톤으로 청소한 다음 차폐 가스를 방해하는 통풍이 있는지 확인하십시오.
• 뜨거운 균열 - 용접 풀이 인장 응력 하에서 응고될 때 발생합니다. 가능하면 부품에 대한 구속을 줄이고, ER4043(균열 저항성이 더 높음)을 사용하고 냉각 속도를 늦추십시오.
• 융합 부족 — 일반적으로 열이 부족하거나 제거되지 않은 산화물 층으로 인해 발생합니다. 전류량을 약간 높이고 조인트를 다시 청소하십시오.
• 번쓰루 — 3mm 미만의 얇은 단면에서 가장 일반적인 문제입니다. 백바(조인트 뒤의 구리 또는 스테인리스 백킹 플레이트는 열을 발산함)를 사용하고 전류량을 줄입니다.

용접이 올바른 선택이 아닌 경우

일부 주조 알루미늄 합금, 특히 A380과 같은 아연 함량이 높은 다이캐스트 등급은 기본적으로 기존 방법으로는 용접할 수 없습니다. 아연 함량은 기술에 관계없이 심각한 열간균열과 다공성을 유발합니다. 이러한 경우 다음을 고려하십시오.

• 알루미늄 브레이징 또는 납땜 — 450°C 미만의 온도에서 외관 수리 또는 저응력 수리용
• 메탈 스티칭(락 앤 스티치) - 맞물린 금속 핀과 플러그를 사용하는 냉간 수리 기술; 열이 필요하지 않으며 원래 합금 특성을 보존합니다.
• 에폭시 수리 화합물 — JB Weld KwikWeld 또는 Belzona 1111과 같이 압력과 온도가 낮은 비구조적 수리에 적합합니다.
• 교체 캐스팅 — 원래의 주물이 심각하게 저하되었거나 구조적으로 손상된 경우