가공방법 (용접과 단조)

가공방법 (용접과 단조)

 

◈ 레이저용접(Laser Welding) 

레이저란 말은 유도방출에 의한 광증폭(Light Amplification by Stimulated Emission of  Radiation)의 이니셜을 따서 LASER라고 한다. 보통용접방법의 용접은 용접부위가 변형되고  정밀도가 낮고 속도가 느리며 열영향부가 크고 재질의 변화가 나타나지만 레이저 용접은 이러한 결점을 해결할 수 있는 용접이다.

 

◈ 용접의 단점

단시간에 재료를 국부적으로 접합하여 재질의 변화, 용접균열, 수축변형 및 잔류응력 같은 결함이 일어나기 쉽고, 용접자의 기능과 성의에 좌우되며, 검사방법도 간단하지 않은 단점이 있다.

 

금땜과 은땜

  ㉮금땜(Gold Solder)

 금땜은 땜하려는 모재보다 2캐럿 낮은 품위와 50~100℃ 정도 낮은 융점이 좋다. 금, 은, 동의 3원합금의 금땜에 아연,카드뮴을 소량 첨가하여 유동성을 좋게 한다. 금땜 합금의 품위저하는 모재와 땜의 색상 차이를 가져와서 미관상 좋지않고 전해연마 할 경우 땜이 먼저 부식되어 제품에 손상을 가져온다.

 

 ㉯은땜(Silver Solder)   

은땜은 은 합금을 포함하여 철, 비철금속에 모두 사용된다. 땜의 조성에 은의 함량이 많으면 융점이 높고 내식성도 강하지만 은의 함량이 적으면 땜의 강도가 약해지고 내식성도 떨어진다. 또한 땜의 변색을 막기 위해 은땜에 팔라듐(Pd)을 합금해서 내황화성을 강하게 만들기도 한다. 

 

[용해작업 시 필요한 도구] 

    ▷용제(Flux)

용제는 땜의 유동성을 좋게 해주고 땜과 모재의 결합력을 증진시키는 역할을 하며 모재 표면에 산화물을 제거하고 산화를 방지해준다. 또한 응점이 낮은 슬래그를 만들어 비중이 작은 물질이 되어 표면에 덮여 음착 금속을 보호한다.

 

   ▷용제의 종류

연강에 쓰이는 용제 - 봉산(H3BO3), 봉사(Na 2 B4 Or), 규산나트륨(NaSiOg) 고탄소강, 주철, 특수강 - 탄산수소나트륨, 붕산, 붕사 구리 및 구리합금 - 봉사, 붕산, 규산나트륨, 불화나트륨(NaF) 경합금- 염화 칼륨(KCI), 염화리튬(LiCl), 불화칼륨(KaF) 등이 사용된다. 연강은 용접할 때 산화철 자신이 어느 정도 용제 역할을 해서 별도로 용제를 사용 하지 않는다.

 

 

      - 붕사

 

• 무색주상결정, 백색결정괴편 또는 결정분말이며 무색투명하며 광택이있고 무취이다.
• 물에는 이용성(易溶性)이며 가열하면 백색다공성(白色多孔性)의 물질이 된다
• 붕사는 회봉광(灰硼鑛) 등의 광석을 Na 2 SO 4와 혼합하여 가열하여 냉각시킨 후 물 로 침출결정(浸出結晶) 시켜서 만들어진다.
• 물에는 이용성(易溶性)이며 가열하면 백색다공성(白色多孔性)의 물질이 된다. 
• 용도는 방부작용이 있어서 식수제(食嗽 劑), 세안료(洗眼料)로 쓰이고 금속의 청정제(清淨劑) 등에 쓰인다.

   

      - 붕산

         산화물 제거작용이 우수하고 붕사와 혼합하여 사용한다.

 

       - 염화나트륨(NaCl)

         용음이 우수하고 부식이 강하며 혼합재료로 소량 쓰인다.

 

▶알루미늄이나 마그네슘합금을 납땜할 때

 -산화막이 견고하므로 염화리튬(LiCl). 염화나트륨(NaCl), 불화리튬(LiF), 염화아연(ZnClz) 같은 강력한산화물제거 용제가 쓰인다.

 

 - 땜 

두 금속의 이음면에 모재보다 용음점이 낮은 합금 금속을 용음시켜 이음 틈에 들어가게 하여 결합시킨다. 땜은 모재보다 용융점이 낮아야 하고 표면장력이 적어야 하고 강인성, 내식성, 내마멸성이 있어야 한다. 또한 부피수축률이 적고 은땜의 색상을 고려하여 모재와의 이질감이 들지 않게 해야 한다.

 

· 땜 작업 유의사항

        - 모재의 가열온도가 땜보다 높아야 땜이 유동한다.

        - 땜은 가열온도가 높은 쪽으로 흐른다.

        - 접합부의 이점을 잘 밀착되게 한 후 땜한다.

        - 크고 작은 것을 땜할 때는 가열의 온도를 양쪽이 같게 한다.

        - 여러 부위에 땜을 할 경우 강땜, 중땜, 약땜 순서로 해준다.

 

· 땜 기법

        - 편상 땜하기 - 각면, 환면접합 등에 사용한다.

        -질러 땜하기 - 은 땜을 선재로 길게 잘라서 땜하는 방법

        -땜 올려붙이기-환봉 잇기, 판상 위에 세워 땜할 때 쓰는 방법

        - 핀셋에 땜 달아 은땜하기 - 정밀을 요구하는 땜 부위에 사용하는 방법이다.

     

· 덴탈와이어(Dental Wire)

- 니켈과 크롬의 합금인 니크롬선이나 스테인리스 선으로 되어 있으며 높은 온도에 잘 견딜 수 있어서 땜할 때 일감을 묶어서 고정시키는데 사용한다.

 

· 산처리 (Pickling)

- 붕사 질과 산화막을 제거하기 위해 황산(H SO,)을 물과 1 : 10의 비율로 희석하여 끓여서 사용한다. 작업도중 의복이나 피부에 산(Acid)이 묻었을 경우에는 흐르는 물에 씻고 제품은 탄산나트륨(중조)으로 닦아서 중화시킨다.

 

단조(Forging)

단조(鍛造)는 해머 또는 프레스로 모루(Anvil) 위에 있는 공작물에 충격력 또는 압력을 가하여 원하는 형상으로 가공하는 방법이며 단조가 진행되는 동안 조직을 이루는 결정립 은 미세화되고 균일화되어 기계적인 강도나 성질이 개선된다. 또한 주조에서 나온 가공품은 표면이 거칠고 미세한 균열이나 기포가 포함되어 있는데 단조를 통하여 가공하는 동안에 결함 등이 압착되어 소멸하고 열간 할 때에는 재결정이 이루어져 균일한 조직의 상태로 개선된다. 단조는 크게 나누어 자유단조와 형단조로 대별된다. 

 

  a. 자유단조(Free Forging)

 자유단조는 해머나 프레스의 가압력의 방향과 다른 방향으로 재료가 늘어나거나 부풀어서 가공되는 것으로서 변형 방향으로는 전혀 간섭을 받지 않고 성형된다. 즉 가압부의 접촉면과 모루의 접촉부에는 마찰력이 발생하여 변형이 구속을 받고 비접촉부는 자유롭게 늘어난다.

   

   b. 형단조(Die Forging)

형단조는 소재를 상, 하 두 개의 형에 넣고 압축이나 충격력을 가하여 형내의 요철을 충만시키게 함으로써 성형하는 방법이다. 형단조는 금형을 사용하므로 복잡한 제품이나 대량으로 생산을 하기 위한 방법으로 형단조를 실시하면 금속이 다이 바깥으로 나와 지느러미(Flash)를 형성하므로(다이형 틀에 찍히면 중앙에서 바깥으로 밀려나간 나머지 재료가 얇게 퍼진 현상) 2차 가공으로 지느러미를 제거하는 트리밍(Triming)을 하게된다.

 

⊙자유단조는 가압력의 방향에 따라 소재의 변형방향이 결정되고 비교적 다른 쪽으로의 변형은 구속 없이 자유로운 상태에서 이루어지므로 적절한 방향으로 소재를 움직 여야 한다. 자유단조작업으로는 늘리기, 굽히기, 누르기, 판짓기, 자르기 등이 있다.

⊙단조방식에는 열간 단조와 냉간 단조등이 있는데 열간 단조(Hot Forging)는 가장일반적인 방식으로 자유단조  또는 형단조 등에 쓰이고 렌치, 링, 포크등 대체로 대칭형태의 물건을 만들때 이용한다. 냉간 단조는 열간작업 후 2차 작업으로 연신율이 작은 재료에도 가능하고 기계적인 강도의 증가와 치수정도를 기대할 수있고 주로 헤딩(Heading 못, 볼트, 리벳 등 기계요소물의 머리부분을 만드는 것)과 코이닝 (Coining : 메달,화폐를 만드는 작업방법)작업에 이용된다.


⊙단조할 때 주의사항

단조품은 열간 단조할 때 스케일(Scale : 비늘껍질)이 발생하면서 계속하여 본체에서 벗겨지므로 단조가 끝날때는 그 손실이 크고 형단조할 때 플래시(Flash)를 잘라내 중량이 감소해서 손실을 만든다. 따라서 가공하기 전에 소재의 두께, 직경, 길이 등을 고려하고 원하는 치수와 형상에 대한 계산으로 손실을 줄여야 한다.

     
⊙ 단조의 결함

단조의 결함은 재료선택 또는 가열할 때 결함과 단조방법에 의한 가공 후의 결함으로 구분한다. 재료의 결함으로는 균열, 편석, 용제 등의 원인으로 재료가 균일하지 못한 것이고 가열할 때 결함은 산화, 탈탄, 부적당한 온도 상태, 그리고 가공방법으로는 조직흐름의 불량, 조대조직, 균열, 치수불량 등이 있다.