산업 기술의 급속한 발전과 함께 스테인리스강은 내식성, 고강도, 심미성을 겸비한 소재로 건설, 자동차, 항공우주, 식품 가공 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 그러나 스테인리스강의 고유한 물리적, 화학적 특성으로 인해 용접 공정은 여러 가지 어려움에 직면해 있습니다. 이 글에서는 스테인리스강 용접의 어려움, 일반적인 용접 방법, 그리고 업계 종사자들이 용접 품질과 효율성을 향상시키는 데 도움이 되는 모범 사례를 자세히 살펴보겠습니다.

스테인리스 스틸 용접 과제

1. 고온 산화 및 변색

스테인리스강은 고온 용접 공정에서 표면이 산화되어 산화막을 형성하고, 이로 인해 용접부와 열영향부의 색상 변화가 발생합니다. 이는 외관에 악영향을 미칠 뿐만 아니라 소재의 내식성도 약화시킵니다. 이를 방지하기 위해 용접 후 보호 가스를 사용하거나 산세척 및 부동태화 처리를 하는 것이 일반적으로 필요합니다.

2. 열 균열 민감도

특히 오스테나이트계 스테인리스강은 열팽창 계수가 높고 열전도도가 낮아 용접 냉각 과정에서 열 균열이 발생하기 쉽습니다. 열 균열은 주로 용접 금속이나 열영향부에서 발생하며, 심각한 경우 용접 구조물의 파손으로 이어질 수 있습니다. 열 균열 위험을 최소화하려면 용접 공정 변수를 엄격하게 관리하고 적합한 용접 재료를 선택하는 것이 중요합니다.

3.용접 변형

스테인리스강은 열팽창 계수가 높기 때문에 용접 과정에서 큰 열응력이 발생하여 용접부의 변형이 발생합니다. 특히 대형 구조물이나 얇은 두께의 부품의 경우 이러한 현상이 두드러지며, 이는 제품의 치수 정확도와 외관 품질에 영향을 미칠 수 있습니다. 용접 변형을 제어하기 위해 적절한 클램핑 및 변형 방지 조치를 취해야 합니다.

4. 질화물 및 탄화물 침전
고온 용접 공정에서 스테인리스강의 질소와 탄소는 크롬과 반응하여 질화물과 탄화물을 형성할 수 있으며, 이러한 침전물은 재료의 내식성과 인성을 저하시킵니다. 이러한 현상을 방지하려면 용접 입열을 조절하고, 적합한 용접 재료를 선택하고, 후속 열처리를 하는 것이 중요합니다.

5.용접 스패터 및 오염

용접 공정 중 발생하는 스패터와 오염 물질은 용접 표면과 모재에 부착되어 용접 품질과 외관에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 적절한 용접 공정과 저스패터 용접 전류 및 용접 차폐 가스 사용과 같은 보호 조치를 취해야 합니다.

스테인리스강 용접 방법

1. 텅스텐 아르곤 아크 용접(TIG)
TIG 용접비소모성 텅스텐 전극과 불활성 가스(예: 아르곤)를 사용하는 용접법으로, 특히 얇은 두께의 스테인리스강 용접에 적합합니다. TIG 용접은 고품질의 매끄러운 용접 이음매를 제공하며, 항공우주 및 의료 장비와 같이 고정밀 용접이 요구되는 분야에서 일반적으로 사용됩니다. 용접 효율을 높이기 위해 펄스 TIG 용접 기술을 사용하여 열 입력과 변형을 더욱 줄일 수 있습니다.

2. 용융 전극 가스 차폐(MIG) 용접
MIG 용접은 용융 전극과 불활성 가스 보호 장치를 사용하며, 중후판 스테인리스강 용접에 적합하고 생산성이 높습니다. 전류, 전압, 용접 속도를 조절하여 용접 스패터와 용융 풀 모양을 효과적으로 제어할 수 있습니다. 용접 품질을 향상시키기 위해 아르곤과 이산화탄소의 혼합 가스와 같은 혼합 가스 보호 장치를 사용할 수 있습니다.

3. 플라즈마 아크 용접(PAW)
플라즈마 아크 용접(PAW)는 플라즈마 아크를 열원으로 사용하여 집중적이고 안정적인 용접 열을 제공하는 고정밀 용접 기술입니다.PAW는 다음과 같은 용접 응용 분야에 적합합니다.고품질 및 낮은 왜곡정밀 기기 및 고급 장비 제조와 같은 분야에 사용됩니다. TIG 용접과 비교했을 때, PAW 용접은 용접 속도가 빠르고 열영향부가 작습니다.

4. 레이저 용접
레이저 용접높은 에너지 밀도의 레이저 빔을 열원으로 사용하는데, 이는 용접 속도가 빠르고, 변형률이 낮으며, 열영향부가 작다는 장점이 있으며, 특히 고정밀, 고효율 용접 요구 사항에 적합합니다.레이저 용접전자 부품 및 자동차 부품 제조와 같이 얇고 복잡한 구조 부품의 용접에 적합합니다.

5. 저항점용접
저항점용접은 접점에 전류를 흐르게 하여 발생하는 열을 이용하여 용접하는 방식으로, 자동차 차체 및 가전제품 쉘 제조와 같은 얇은 스테인리스강 접합에 널리 사용됩니다. 이 방법은 용접 속도가 빠르고 용접 이음새가 작으며 대량 생산에 적합합니다.

스테인리스강 용접 모범 사례

고품질의 스테인리스강 용접을 보장하기 위해 업계에서 널리 인정받는 모범 사례는 다음과 같습니다.

1. 표면 세척
용접 전에 스테인리스강 표면을 철저히 세척하여 그리스, 산화물 및 기타 오염 물질을 제거하여 용접 결함을 방지해야 합니다. 화학 세척제나 기계식 연삭 공구를 사용하여 세척할 수 있습니다.

2. 열 입력 제어
용접 전류, 전압, 용접 속도를 조정하여 열 입력을 제어하면 과도한 열 입력으로 인해 용접 금속이 과열되는 것을 방지할 수 있으며, 이를 통해 열 균열 및 용접 변형의 위험을 줄일 수 있습니다.

3. 보호가스 사용
용접 부위가 공기와 접촉하는 것을 방지하고 산화 및 질화를 방지하기 위해 용접 중에는 적절한 보호 가스(예: 순수 아르곤 또는 헬륨)를 사용해야 합니다. 두꺼운 두께의 소재의 경우, 보호 가스를 이중으로 사용하여 보호 효과를 높일 수 있습니다.

4. 예열 및 후열처리
두꺼운 스테인리스강이나 고탄소 스테인리스강의 경우, 용접 전 예열과 용접 후 열처리를 통해 열응력과 균열을 줄일 수 있습니다. 예열 온도와 열처리 온도는 소재와 용접 공정에 따라 선택해야 합니다.

5. 적합한 용접재료의 선정
용접 금속과 기본 재료가 유사한 화학적 구성과 기계적 성질을 갖도록 기본 재료와 일치하는 용접 재료를 사용하여 용접 조인트의 강도와 내식성을 확보합니다.

6. 용접 품질 테스트
용접이 완료된 후에는 X선 검사, 초음파 검사, 염료 침투 검사와 같은 용접 품질 검사를 실시하여 용접부에 균열, 기공, 슬래그 포집 등의 결함이 없는지 확인해야 합니다.

미래 전망

과학기술의 발전에 따라 스테인리스강 용접 기술은 고효율, 지능화, 친환경화를 향해 계속 발전할 것입니다. 앞으로는 자동화된 용접 로봇과 지능형 용접 제어 시스템이 용접 효율과 품질을 더욱 향상시킬 것입니다. 동시에, 친환경 용접 기술 연구 개발 또한 용접 공정에서 유해 가스 배출과 재료 낭비를 줄이는 중요한 방향이 될 것입니다.