알루미늄은 부식되지 않고 미학적으로 아름다운 외관 덕분에 용접 분야에서 특별한 위치를 차지하고 있으나 아직까지 알루미늄 용접은 초보자에게 쉽지 않습니다. 이번 글에서는 알루미늄 용접 방법 및 유형 5가지 관련해서 자세히 알아보겠습니다.
Ⅰ. 알루미늄 용접은 왜 어려울까?
알루미늄은 다양한 유형의 용접에 이상적인 금속이지만 용접공은 알루미늄 용접에 필요한 기술에 대해 알아야 합니다.
아시다시피 알루미늄은 매우 무른 금속이고 상대적으로 산화 경향이 높기 때문에 용접이 어렵습니다.
순수한 알루미늄의 녹는점은 650°C인 반면, 알루미늄 산화물의 녹는점은 2037°C이기 때문에 알루미늄이 산화되는 것을 막아야 합니다.
또한 알루미늄은 용융 상태에서 불순물과 반응하는 경향이 있어 용접이 약해지고 열전도율이 높아 용접 정밀도가 떨어지게 되면 소손될 수 있습니다.
그렇기 때문에 알루미늄 용접이 다른 금속에 비해 용접하기 어렵다는 것은 분명합니다.
알루미늄 용접을 어렵게 만드는 요인 3가지를 알아보겠습니다.
1. 산화물층
순수 알루미늄은 산소와의 반응성이 높으며, 순수 알루미늄 위에 산화층이 자리 잡게 되고 이 산화물 층은 순수 알루미늄보다 녹는점이 상당히 높습니다.
상단 산화물 층을 녹이기 위해 용접공은 더 높은 녹는점을 달성하기 위해 높은 열을 가해야 하지만 산화층 아래에 있는 순수 알루미늄에 구멍이 생기지 않도록 주의해야 합니다.
2. 불순물
알루미늄은 반응성이 높아 용접 과정에서 쉽게 오염될 수 있는데 이는 먼지 및 공기와 반응하여 알루미늄의 특성을 변화시킬 수 있습니다.
공기 중의 산소와 반응하는 것 외에도 물이나 습한 공기의 수소와도 반응하기 때문에 용접공은 알루미늄을 깨끗이 세척하고 순수한 상태로 유지하기 위해 세심한 주의를 기울여야 합니다.
3. 거품
앞서 언급했듯이 알루미늄은 다양한 공급원의 수소와 반응할 수 있습니다.
용융 상태에서는 수소와의 반응 가능성이 매우 높아지고 금속이 응고되면 수소가 분리되어 거품이 남습니다.
이러한 기포로 인해 용접 부분은 시간이 지남에 따라 다공성이 나타나고 약해지게 됩니다.
Ⅱ. 알루미늄을 용접하는 가장 좋은 방법
알루미늄 용접이 아무리 어렵더라도 숙련된 용접공들은 완벽하게 작업을 수행합니다.
일반적으로 발생하는 문제를 피하면서 알루미늄을 정확하게 용접하는 데 사용할 수 있는 다양한 기술이 있습니다.
그 전에 가장 중요한 단계는 용접하기 전에 용접 환경에 맞는 알루미늄을 준비하는 것입니다.
용접하기 좋은 알루미늄을 가장 좋은 방법으로 준비하는 단계는 다음과 같습니다.
- 1단계 – 아세톤과 같은 용제를 구해 알루미늄 표면에 묻어있는 오일, 그리스, 물방울 등의 침전물을 제거합니다.
- 2단계 – 스테인레스 스틸 와이어 브러시를 사용하여 알루미늄 표면의 산화물 침전물을 제거하고 용접하기 전에 표면이 완전히 건조되었는지 확인합니다.
- 3단계 – 알루미늄을 항상 건조한 상태로 유지하고 실온에 보관하며 순수한 상태로 사용할 수 있도록 준비 후 빠른 시일 내로 사용해주어야 합니다.
알루미늄 용접에는 다양한 용접 방법이 있는데 그 중에서도 GTAW/TIG 용접이 가장 널리 사용되어지고 있으며 용접 유형에 대한 자세한 내용은 아래와 같습니다.
Ⅲ. 알루미늄 용접의 종류
1. GTAW/TIG 용접
GTAW는 가스 텅스텐 아크 용접을 나타내고 TIG는 텅스텐 불활성 가스 용접을 나타냅니다.
아마도 알루미늄 전문가들이 가장 많이 사용하는 용접 기술일 텐데 이 과정에서 용접공은 교류 전원이 공급되는 정전류 장비가 필요합니다.
아르곤을 보호 가스로 사용하며 이 공정은 용접 중에 알루미늄 표면의 산화물 층을 자동으로 청소합니다. 따라서 전체 용접 과정에서 오염이나 불순물이 발생하지 않습니다.
2. GMAW/MIG 용접
GTAW는 가스 금속 아크 용접을 나타내고 MIG는 금속 불활성 가스 용접을 나타냅니다.
이것은 알루미늄 용접에 가장 일반적으로 사용되는 또 다른 상용 공정이며 TIG 용접에 비해 상대적으로 속도가 빠르고 증착속도도 높습니다.
단점은 기계식 와이어 공급 시스템을 사용한다는 것이며 용접 후에는 기공이 생기지 않도록 모재와 충진재가 깨끗한지 확인해야 합니다.
3. 빔 용접
다양한 빔 용접 공정을 사용할 수 있는데 알루미늄 용접에는 레이저빔 용접과 전자빔 용접이 널리 사용됩니다.
전자빔 용접에서는 목표 영역만 정밀하게 가열할 수 있으므로 전체 공정을 더 효과적으로 제어할 수 있습니다.
용접 시 알루미늄 단면이 두꺼운 경우에 적합하며, 진공상태에서 이루어지기 때문에 보호가스(Shielding Gas)가 필요하지 않습니다.
반면, 레이저 용접은 속도가 빠르고 열 영향을 받는 부분이 좁아 알루미늄과 같이 균열에 민감한 재료에 이상적입니다. 다만, 알루미늄 등급에 따라 보호가스의 선택이 수명에 적합해야 합니다.
4. 저항용접
저항용접 과정에서 금속은 고압에서 전류를 흘려 접합됩니다.
하지만, 알루미늄은 전기 전도성과 열 전도성이 높기 때문에 용접공은 상당히 숙련되고 정확해야 합니다.
5. 차폐된 금속 아크
전류는 접합 금속과 전극 사이에 전기 아크를 형성하며 시간이 지남에 따라 전극과 금속이 녹아 용융 풀을 형성하고, 이것이 냉각되어 접합부를 형성합니다.
이 알루미늄 전극은 전극이 녹을 때 보호 또는 차폐 가스 역할을 하는 플럭스로 덮여 있기 때문에 용접 부분은 기상 조건에 영향을 받지 않습니다.
이는 일반적인 용접 공정은 아니지만 주조 알루미늄을 개조하는 데 적합합니다.