알루미늄 TIG(텅스텐 불활성 가스) 용접은 종종 용접 기술의 정점으로 간주됩니다. 이 프로세스에는 기술 지식, 정확한 장비 설정 및 잘 연마된 손재주가 독특하게 결합되어 있어야 합니다. 올바르게 실행하면 믿을 수 없을 만큼 강하고 누출이 방지될 뿐만 아니라 특유의 반짝이는 다임 모양으로 미학적으로도 아름다운 용접이 생성됩니다. 용접강과 달리 알루미늄은 고유한 물리적, 화학적 특성으로 인해 여러 가지 고유한 과제를 제시합니다. 그러나 이러한 과제를 이해하고 이를 극복하기 위한 기술을 익히면 자동차 부품 및 항공우주 부품부터 맞춤형 제작 및 예술 조각품에 이르기까지 모든 것에 대해 완벽한 용접을 생성할 수 있는 능력을 얻을 수 있습니다.
이 최종 가이드는 프로세스 이면의 기초 과학부터 전문가가 사용하는 고급 기술까지 알아야 할 모든 것을 안내합니다. 시작하려는 초보자이든 기술을 개선하려는 숙련된 용접공이든 관계없이 알루미늄에 대한 심층 분석 TIG 용접은 성공하는 데 필요한 지식을 제공합니다.
호를 쏘기 전에 알루미늄이 강철과 다르게 반응하는 이유를 이해하는 것이 중요합니다. 이 지식은 이후의 모든 기술과 설정의 기초가 됩니다.
알루미늄은 자연적으로 공기에 노출되면 매우 얇고 매우 단단한 산화알루미늄(Al2O₃) 층을 형성합니다. 이 층의 녹는점은 약 2,037°C(3,700°F)로, 그 아래에 있는 순수 알루미늄의 녹는점인 약 1,220°F(660°C)보다 훨씬 높습니다. 이 산화물 층을 제거하지 않으면 용접 웅덩이에 저항하여 오염, 열악한 융합 및 보기 흉하고 거친 용접으로 이어집니다. 이 문제를 해결하는 열쇠는 TIG 프로세스 자체에 있습니다.
알루미늄은 우수한 방열판 역할을 합니다. 이는 용접 영역에서 매우 빠르게 열을 빼냅니다. 이는 강철에 비해 용융된 웅덩이를 시작하고 유지하는 데 훨씬 더 많은 열 입력이 필요함을 의미합니다. 이는 또한 전체 작업물에 걸쳐 열 축적이 더 빠르게 발생하여 주의 깊게 관리하지 않으면 뒤틀림 및 뒤틀림의 위험이 증가한다는 것을 의미합니다.
강철은 녹기 전에 붉게 뜨겁게 빛나며 명확한 시각적 신호를 제공합니다. 알루미늄은 그렇지 않습니다. 즉시 녹은 웅덩이로 변하는 순간까지 은빛과 밝은 빛을 유지합니다. 이는 초보자에게 혼란을 줄 수 있으며 가열될 때 금속 표면을 '읽는' 방법을 배워야 합니다.
알루미늄은 열팽창률과 수축률이 높습니다. 용접 웅덩이가 굳고 냉각됨에 따라 크게 수축됩니다. 용접이 부적절하게 종료되면 이러한 수축으로 인해 용접 비드 끝 부분에 크레이터(움푹 들어간 부분)가 남을 수 있습니다. 크레이터는 응고 중에 응력이 집중되는 지점이기 때문에 균열(열간 균열)이 발생하기 쉽습니다.
올바른 장비를 사용하고 올바르게 구성하는 것이 알루미늄 TIG 용접 전투의 80%입니다.
DCEN(직류 전극 음극)과 헬륨 혼합을 사용하여 얇은 알루미늄을 용접하는 것이 가능하지만 고품질 알루미늄 용접을 위한 표준이자 필수 방법은 AC(교류)입니다.
왜 AC인가? AC 전류 주기는 두 단계를 번갈아 가며 나타납니다.
전극 양극(EP) 주기: 이것은 '청소' 작업입니다. 사이클의 이 절반 동안 전자는 공작물에서 텅스텐 전극으로 점프하여 완고한 알루미늄 산화물 층을 날려버립니다. 이는 호 주위에 뚜렷한 에칭 원으로 표시됩니다.
전극 음극(EN) 사이클: 이것은 '침투' 또는 '가열' 동작입니다. 이 절반 동안 전류는 전극에서 가공물로 흘러 대부분의 열을 전달하고 용접 웅덩이를 생성합니다.
최신 인버터 기반 AC/DC TIG 용접기는 AC 밸런스(또는 AC 파형 제어)를 정밀하게 조정할 수 있기 때문에 이상적입니다.
AC 밸런스(%EN 대 %EP): 이 컨트롤은 침투(EN) 단계와 세척(EP) 단계에 소요되는 시간의 비율을 조정합니다.
%EN이 높을수록(예: 70-80%) 더 많은 열과 침투력, 더 좁은 세척 밴드, 더 날카롭고 안정적인 아크를 제공합니다. 그러나 EN이 너무 많으면 텅스텐이 과열되어 지나치게 공이 될 수 있습니다.
%EP가 높을수록(예: 30-40%) 더 넓은 세척 작용을 제공하여 더럽거나 산화된 재료 또는 불순물을 처리하는 데 좋습니다. 그러나 EP가 너무 많으면 텅스텐이 빠르게 뭉치게 되어 용접 영역 외부의 재료가 과도하게 에칭될 수 있습니다.
좋은 시작점은 약 70% EN / 30% EP입니다.
AC 주파수(Hz): 이 컨트롤은 전류가 EN과 EP 사이를 전환하는 초당 횟수를 조정합니다.
주파수가 낮을수록(예: 60-80Hz) 더 넓고 부드러운 원뿔 모양과 더 넓은 용접 퍼들이 생성됩니다. 초보자에게는 더 관대합니다.
더 높은 주파수(예: 120-200Hz)는 매우 집중적이고 촘촘하며 뻣뻣한 원뿔을 생성합니다. 이는 더 나은 방향 제어, 더 깊은 관통(원형 원뿔 '파기')을 제공하며 좁은 모서리와 세밀한 작업에 탁월합니다. 또한 열을 집중시켜 전반적인 열 영향부(HAZ)를 줄이는 데 도움이 됩니다.
전극은 중요한 구성 요소입니다. 알루미늄 AC TIG의 경우 순수 텅스텐 (녹색)이 역사적 표준이었지만 공이 쉽게 생기고 안정성이 떨어집니다. 오늘날 Lanthanated (Gold, 1.5% 또는 2.0%) 및 Ceriated (Grey)는 AC와 DC 모두에서 잘 작동하고, 쉽게 시작하고, 더 긴밀한 호를 위해 안정적인 지점을 유지하므로 인기 있는 선택입니다. 지르코늄 도금 (흰색)은 AC 용접 전용으로 우수하고 오래 지속되는 선택이기도 합니다.
안정된 아크를 위해서는 전극을 뾰족한 곳(전용 텅스텐 그라인더로)까지 날카롭게 해야 하지만, AC 용접 중에는 자연스럽게 끝 부분에 볼이 형성됩니다. 목표는 크고 처진 공이 아닌 깨끗하고 안정적인 공입니다.
가스: 최대 약 ½' 두께의 대부분의 알루미늄 용접에는 100% 아르곤을 사용합니다. 더 두꺼운 부분의 경우 혼합물 아르곤/헬륨 (일반적으로 75% He / 25% Ar)이 사용됩니다. 헬륨은 전기 설정을 변경하지 않고도 아크의 열 입력 및 침투를 증가시킵니다.
가스 렌즈: 가스 렌즈를 적극 권장합니다 . 알루미늄 용접에는 이는 토치의 표준 콜릿 본체를 대체하고 미세한 메쉬 스크린을 사용하여 훨씬 더 부드럽고 층류가 많은 가스 흐름을 생성합니다. 이는 뛰어난 차폐 범위를 제공하고, 더 나은 가시성과 단단한 접합부에 대한 접근을 위해 텅스텐을 더 멀리 밀어낼 수 있게 하며, 바람에 덜 민감합니다.
컵 크기: 가스 렌즈와 함께 사용되는 더 큰 세라믹 컵(예: #6, #7 또는 #8)은 더 큰 알루미늄 용접 퍼들 위에 더 나은 보호 가스 적용 범위를 제공합니다.
알루미늄 필러 로드는 일반적으로 용접하는 기본 합금과 일치합니다. 일반적인 선택 사항은 다음과 같습니다.
4043: 유동성이 뛰어나고 내균열성이 우수한 범용 합금입니다. 원활하게 용접되지만 모재 금속과 일치하도록 양극 산화 처리되지 않는 회색빛 용접 비드가 생성됩니다.
5356: 또 다른 가장 일반적인 선택입니다. 이는 기본 금속 색상과 더욱 밀접하게 일치하고 양극 산화 처리가 가능한 더 밝고 빛나는 용접을 제공합니다. 4043보다 인장 강도는 높지만 유동성이 적고 특정 상황에서 고온 균열에 더 민감할 수 있습니다.
4943, 5183 및 5556과 같은 다른 합금은 특정 용도 및 고강도 요구 사항에 사용됩니다.
특정 모재 및 응용 분야에 적합한 로드를 선택하려면 항상 용가재 선택 차트를 참조하십시오.
기계를 올바르게 설정하면 나머지는 기술에 달려 있습니다.
청소: 이는 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. 모든 산화, 오일, 그리스 및 먼지를 제거해야 합니다.
기계적 청소: 전용 스테인리스 스틸 와이어 브러시(알루미늄에만 사용)를 사용하여 연결 부위를 문지릅니다. 또는 샌더나 플랩 디스크를 사용하십시오. 항상 앞뒤로 닦지 말고 한 방향으로 닦으십시오.
화학적 세척: 아세톤과 같은 용제나 전용 탈지제로 해당 부위를 닦아 탄화수소를 제거합니다. 이는 수행되어야 합니다 . 후에 기계적 세척
맞춤: 부품이 최소한의 간격으로 서로 단단히 고정되도록 합니다. 알루미늄은 유동성이 높기 때문에 간격이 너무 크면 녹아버릴 수 있습니다.
아크 시작: 텅스텐 오염을 방지하려면 고주파 시작을 사용하십시오.
'웅덩이' 만들기: 촘촘한 호 길이(약 1/16'~1/8')를 유지하고 토치를 안정적으로 유지합니다. 산화물 층이 사라지고 금속이 빛나게 되는 것을 볼 수 있습니다. 그러면 갑자기 액체 웅덩이로 '붕괴'될 것입니다. 특히 두꺼운 재료의 경우 이 작업은 몇 초 정도 걸릴 수 있습니다. 인내심을 가지십시오.
필러 금속 추가: 직경 약 1/4인치의 안정된 액체 웅덩이가 형성되면 필러 로드의 끝을 웅덩이의 앞쪽 가장자리에 담그십시오. 로드를 매우 낮은 각도(가공물과 거의 평행)로 유지하고 가스 실드 내에 유지하여 웅덩이에 들어가기 전에 산화를 방지하십시오.
알루미늄에 대한 고전적인 기술은 '컵을 걷는다' 방법이지만 자유형도 일반적입니다.
프리핸드 두드리기: 필러 로드를 웅덩이에 리드미컬하게 두드리면서 토치를 꾸준히 앞으로 움직이는 작업이 포함됩니다. 동작은 부드럽고 일관되어야 합니다.
컵 걷기: 토치의 세라믹 컵이 작업물이나 필러 로드 위에 놓입니다. 꾸준한 동작으로 토치를 좌우로 흔들어 용접공은 접합부를 따라 컵을 '걷습니다'. 이는 특히 파이프와 긴 조인트에서 놀라운 일관성, 제어 및 청결성을 제공합니다. 많은 전문가들이 선호하는 방법입니다.
단순히 멈추고 토치를 멀리 당기지 마십시오. 이것은 분화구 균열을 보장합니다.
속도를 늦추세요: 용접 끝 부분에 접근하면 이동 속도를 약간 높여 웅덩이의 크기를 줄입니다.
추가 필러 추가: 작업을 마치기 직전에 마지막으로 필러 금속을 1~2회 추가하여 용접 끝 부분을 과도하게 채웁니다.
크레이터 채우기 기능 사용: 대부분의 현대 용접공에는 크레이터 채우기 설정이 있습니다. 페달이나 방아쇠에서 발을 떼면 기계는 설정된 시간(예: 5초) 동안 자동으로 전류량을 감소시켜 웅덩이가 크레이터로 줄어들지 않고 천천히 굳어지도록 합니다. 이 기능을 사용하는 방법을 알아보세요.
차폐 유지: 최종 필러를 추가한 후 포스트플로우 가스가 멈출 때까지 토치를 제자리에 유지하여 뜨겁고 굳어지는 금속이 산화되지 않도록 보호합니다.
얇은 소재는 뒤틀리거나 녹기 쉽습니다.
더 작은 텅스텐(1/16')을 사용하십시오.
더 낮은 암페어와 더 작은 컵(가스 렌즈의 경우 #5 또는 #6)을 사용하십시오.
펄스 용접은 매우 유익합니다. 펄스는 높은 피크 전류(금속을 녹이기 위해)와 낮은 배경 전류(웅덩이를 약간 냉각시키기 위해) 사이를 번갈아 가며 나타납니다. 이는 전체 열 입력을 줄이고 뒤틀림을 최소화하며 더 많은 제어력을 제공합니다. 좋은 시작 펄스 설정은 50% 피크/백그라운드 비율에서 100PPS(초당 펄스)입니다.
열을 분산시키는 데 도움이 되도록 접합부 뒤에 구리 또는 알루미늄 지지대를 사용하십시오.
두꺼운 재료에는 막대한 열 입력이 필요합니다.
토치를 사용하여 작업물을 150-200°C(300-400°F)로 예열합니다. 이것은 종종 필수적입니다. 이는 금속에 대한 열충격을 줄이고 습기를 제거하며 기계에서 더 적은 양의 전류를 사용할 수 있게 해줍니다.
더 큰 텅스텐(3/32' 또는 1/8')을 사용하십시오.
더 깊게 침투하려면 헬륨/아르곤 혼합 가스를 사용하십시오.
두꺼운 모서리를 비스듬히 깎아 완전히 관통할 수 있는 'V' 홈을 만듭니다. 여러 번의 패스가 필요합니다.
텅스텐 오염(용접부의 검은 반점): 전극이 웅덩이 또는 필러 로드에 닿았습니다. 멈추고, 오염된 끝부분을 떼어내고, 텅스텐을 재연마한 후 다시 시작하세요.
산화(검은 그을음 잔류물): 세척 효과가 충분하지 않음(%EP 증가), 가스 흐름이 너무 낮음, 드래프트 또는 재료가 충분히 깨끗하지 않음.
다공성(용접부의 작은 구멍): 오염(수분, 오일, 그리스) 또는 보호 가스 손실로 인해 발생합니다. 가스 라인과 유량(20-25 CFH)을 확인하고 작업이 깨끗하고 건조한지 확인하십시오.
융합 부족: 열 입력이 충분하지 않습니다. 전류량을 늘리거나, 이동 속도를 낮추거나, 더 집중된 아크(더 높은 주파수)를 사용하십시오.
용접 시 항상 안전을 최우선으로 생각하세요.
호흡기 보호: 용접 연기는 해로울 수 있습니다. 특히 환기가 잘 안되는 곳에서는 P100 필터가 장착된 승인된 호흡보호구를 사용하십시오. 에이 연기 추출기가 이상적입니다.
눈 보호:
용접 헬멧: TIG 용접에는 쉐이드 #11-13이 있는 자동 어두워지는 헬멧을 사용하십시오.
안전 안경: 산란 아크와 잔해로부터 눈을 보호하기 위해 항상 헬멧 아래에 UV 보호 안전 안경을 착용하십시오.
피부 보호: UV 방사선 및 스패터로부터 보호하기 위해 방염 의류(가죽 자켓 또는 슬리브, 용접 장갑)를 착용하십시오(TIG는 다른 공정보다 스패터가 적습니다).
전기 안전: 장비의 케이블과 연결이 손상되었는지 검사하십시오. 작업 공간을 건조한 상태로 유지하십시오.
알루미늄 TIG 용접은 도전적이지만 매우 보람 있는 기술입니다. 이것은 예술과 과학의 진정한 결합으로, 금속공학, 전기, 가스 역학에 대한 이해가 필요하며 모두 용접공의 꾸준한 손길을 통해 번역됩니다. 연습을 대신할 수 있는 것은 없습니다. 평판 위의 간단한 구슬로 시작한 다음 접합부로 진행하여 최종적으로는 복잡한 프로젝트로 진행됩니다. 완벽한 청소, 정밀한 기계 설정, 꾸준하고 리드미컬한 기술 개발 등 기본 사항에 집중하세요. 알루미늄의 고유한 특성을 존중하고 이 가이드의 지식을 적용함으로써 귀하의 기술과 헌신을 입증하는 깨끗하고 강하며 아름다운 용접을 성공적으로 생산할 수 있을 것입니다.
