요약하자면, 스테인리스 스틸 용접의 주요 어려움은 고유한 물리적 및 화학적 특성에서 비롯됩니다. 탄소강과 달리 열전도율이 낮고 열팽창률이 높아 변형이 발생합니다. 또한 과열되면 부식 방지 능력을 잃기 쉽고 덜 귀한 금속에 쉽게 오염됩니다.
스테인리스 스틸 용접은 단순히 금속을 접합하는 것 이상으로 고유한 특성을 보존하는 데 중점을 둡니다. 성공 여부는 변형을 방지하기 위한 정밀한 열 제어와 고유한 부식 방지 기능을 유지하기 위한 야금학적 규율에 달려 있습니다.
핵심 과제: 열 및 야금학 관리
스테인리스 스틸의 가장 큰 장점인 경도와 부식 저항성은 용접의 어려움의 원인이기도 합니다. 용접 공정은 금속에 극한의 조건을 가하여 이러한 특성을 손상시킬 수 있습니다.
높은 열팽창 및 낮은 전도성
스테인리스 스틸은 가열될 때 탄소강보다 약 50% 더 팽창합니다. 동시에 열전도율이 낮아 용접 아크의 열이 빠르게 분산되지 않고 좁은 영역에 집중됩니다.
이러한 조합은 변형 및 뒤틀림의 주요 원인입니다. 국소 부위는 극도로 뜨거워지고 빠르게 팽창하는 반면 주변 금속은 차갑게 유지되어 냉각되면서 재료를 잡아당기고 뒤틀리게 하는 엄청난 내부 응력을 생성합니다.
탄화물 석출(민감화)의 위험
스테인리스 스틸의 부식 방지 기능은 표면에 크롬 산화물의 수동적인 보호층을 형성하는 크롬에서 나옵니다.
일반적인 오스테나이트계 스테인리스강(예: 304 등급)을 약 800°F에서 1500°F(425°C에서 815°C) 범위의 온도에서 너무 오랫동안 유지하면 크롬이 강철 내의 탄소와 결합할 수 있습니다. 이로 인해 결정립계에 크롬 탄화물이 형성됩니다.
이러한 민감화 과정을 통해 부식 방지에 필요한 크롬이 주변 영역에서 고갈됩니다. 용접부는 완벽해 보일 수 있지만, 이러한 크롬이 고갈된 경계를 따라 녹과 균열에 매우 취약해지며, 이는 "용접 부식"으로 알려진 결함입니다. 304L과 같은 저탄소 "L" 등급을 사용하면 이러한 위험을 완화하는 데 도움이 됩니다.
보호 산화막 유지
용접 아크의 강렬한 열은 수동적인 크롬 산화막을 파괴합니다. 용융된 용접 풀이 대기 중의 산소에 노출되면 빠르게 산화되어 다공성이며 약하고 부식 방지 기능이 없는 용접부가 생성됩니다.
따라서 용융된 금속이 냉각될 때까지 대기로부터 보호하기 위해 적절한 가스 차폐가 절대적으로 중요합니다.
용접 공정의 실제적인 장애물
야금학적 이론 외에도 용접공은 엄격한 규율과 특수 기술이 필요한 몇 가지 실제적인 어려움에 직면합니다.
오염 방지
스테인리스 스틸은 철저하게 깨끗하게 유지되어야 합니다. 탄소강 도구, 연삭 휠 또는 심지어 공기 중의 먼지와 접촉하면 철 입자가 표면에 묻힐 수 있습니다.
이러한 유리 철 입자는 크롬 산화막으로 보호되지 않아 녹이 슬고 전체 공작물의 무결성을 손상시키는 작은 부식 지점을 생성합니다. 이러한 이유로 모든 도구(브러시, 클램프, 그라인더)는 스테인리스 스틸 전용이어야 합니다.
적절한 가스 차폐 달성
산화를 방지하기 위해 용접부의 앞면과 뒷면 모두 대기로부터 보호되어야 합니다. 용접 토치가 앞면을 차폐하는 동안 용접 루트의 뒷면은 취약합니다.
이를 위해서는 파이프 내부 또는 심의 뒷면을 불활성 가스(일반적으로 아르곤)로 채우는 공정인 역퍼징(back purging)이 필요합니다. 스테인리스 스틸 용접부, 특히 완전 관통 용접부의 역퍼징을 생략하면 산화가 보장되어 조기 파손으로 이어집니다.
용접 색상 판독
스테인리스 스틸 용접부의 최종 색상은 용접 품질과 가스 차폐의 효과를 나타내는 직접적인 지표입니다.
옅은 짚색 또는 황금색은 적절한 열 입력과 우수한 가스 커버리지를 나타냅니다. 색상이 파란색, 보라색으로 바뀌었다가 최종적으로 칙칙한 회색으로 변하면 과도한 열과 산화 수준 증가를 나타냅니다. 회색의 딱딱한 용접부는 산화되어 부식 방지 기능을 잃은 것이므로 실패한 용접으로 간주해야 합니다.
상충 관계 및 일반적인 함정 이해
스테인리스 스틸 용접을 성공적으로 수행하려면 종종 상충되는 우선순위를 균형 있게 조정하고 숨겨진 실패로 이어질 수 있는 일반적인 실수를 피해야 합니다.
품질을 위해 속도 희생
정밀한 열 제어가 필요하므로 스테인리스 스틸 용접을 서두를 수 없습니다. 모토는 좋은 융합을 위한 충분한 열을 사용하되 과열된 열 영향부(HAZ)를 피하기 위해 충분히 빠르게 이동하는 것입니다. 이 섬세한 균형을 위해서는 탄소강에 비해 낮은 전류 설정과 더 신중한 이동 속도가 필요한 경우가 많습니다.
부적절한 준비의 숨겨진 비용
용접부는 표면상으로는 구조적으로 건전해 보일 수 있지만, 재료가 적절하게 세척되지 않았거나 탄소강으로 오염된 경우 시간이 지남에 따라 실패합니다. 몇 주 후에 나타나는 녹 반점은 결함 있는 용접 비드가 아닌 부실한 준비의 직접적인 결과입니다.
잘못된 용가재 선택
304 모재에 304 용접봉이 항상 올바르다고 가정할 수 없습니다. 용접 중 열 효과 및 희석을 보상하기 위해 304L을 용접할 때 308L과 같이 화학 성분이 약간 더 풍부한 용가재를 사용하는 것이 일반적입니다. 잘못된 용가재를 사용하면 균열이 발생하기 쉽거나 필요한 부식 방지 기능이 부족한 용접부가 생길 수 있습니다.
귀하의 응용 분야에 맞는 올바른 선택
용접 접근 방식은 최종 제품의 주요 요구 사항에 맞게 조정되어야 합니다.
- 최대 부식 방지 기능이 주요 초점인 경우: 낮은 열 입력, "L" 등급 재료 사용, 철저한 역퍼징을 통한 완벽한 가스 차폐를 우선시하십시오.
- 변형 방지가 주요 초점인 경우: 견고한 클램핑 및 지그 사용, 태크 용접의 전략적 배치, 열 응력을 분산하기 위한 계획된 순서(예: 역스텝 용접) 사용.
- 구조적 무결성이 주요 초점인 경우: 완전 관통을 위한 적절한 접합부 준비를 보장하고 접합되는 특정 모재에 대해 올바른 용가재를 선택하십시오.
- 미적 외관이 주요 초점인 경우: 일관된 이동 속도, 아크 길이 및 전류를 마스터하여 균일한 짚색 용접 비드를 생성하십시오.
이러한 원칙을 마스터하면 스테인리스 스틸 용접이 어려움에서 예측 가능하고 반복 가능한 기술로 전환됩니다.
요약표:
| 과제 | 주요 원인 | 주요 영향 |
|---|---|---|
| 변형 및 뒤틀림 | 높은 열팽창 및 낮은 전도성 | 내부 응력 및 부품 변형 |
| 부식 방지 기능 손실(민감화) | 800°F-1500°F에서 크롬 탄화물 형성 | 결정립계 주변의 '용접 부식' 및 균열 |
| 용접부 오염 | 탄소강 접촉 또는 부적절한 세척 | 녹 반점 및 조기 파손 |
| 산화 및 불량한 차폐 | 용융 용접 풀이 대기에 노출됨 | 다공성, 약하고 부식 방지 기능이 없는 용접부 |
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