소재 가공 기술의 발전은 스테인리스 강관 생산 분야에 독보적인 기회를 가져왔습니다. 대표적인 적용 분야로는 배기관, 연료관, 연료 분사기 및 기타 부품이 있습니다. 스테인리스 강관 생산 시에는 먼저 평평한 강판을 성형한 후, 그 형상을 원형 관으로 만듭니다. 성형 후, 관의 이음매를 용접해야 합니다. 이 용접은 부품의 성형성에 큰 영향을 미칩니다. 따라서 제조 산업의 엄격한 시험 요건을 충족하는 용접 형상을 얻기 위해서는 적절한 용접 기법을 선택하는 것이 매우 중요합니다. 가스텅스텐 아크 용접(GTAW), 고주파(HF) 용접, 레이저 용접이 스테인리스 강관 제조에 적용되어 왔다는 것은 의심의 여지가 없습니다.
고주파 유도용접
고주파 접촉 용접과 고주파 유도 용접에서는 전류를 공급하는 장비와 가압력을 공급하는 장비가 서로 독립적입니다. 또한, 두 방법 모두 튜브 본체 내부에 배치된 연자성체인 막대 자석을 사용하여 용접 흐름을 스트립 가장자리로 집중시키는 데 도움을 줍니다.
두 경우 모두 스트립을 절단하고 세척한 후 말아서 용접 지점으로 보냅니다. 또한, 가열 공정에 사용되는 유도 코일을 냉각하기 위해 냉각수가 사용됩니다. 마지막으로, 압출 공정에도 냉각수가 사용됩니다. 이 경우, 용접 부위에 기공이 생기지 않도록 스퀴즈 풀리에 많은 힘을 가합니다. 그러나 스퀴즈 힘을 높이면 버(또는 용접 비드)가 증가합니다. 따라서 특수 설계된 나이프를 사용하여 튜브 내부와 외부의 버를 제거합니다.
고주파 용접 공정의 주요 장점은 강관의 고속 가공이 가능하다는 것입니다. 그러나 대부분의 고상 단조 접합부에서 흔히 볼 수 있듯이, 고주파 용접 접합부는 기존의 비파괴 검사(NDT)로는 신뢰성 있는 검사가 쉽지 않습니다. 용접 균열은 강도가 낮은 접합부의 평평하고 얇은 부분에서 발생할 수 있으며, 기존 방법으로는 감지할 수 없고, 일부 까다로운 자동차 분야에서는 신뢰성이 떨어질 수 있습니다.
가스 텅스텐 아크 용접(GTAW)
전통적으로 강관 제조업체는 용접 공정을 완료하기 위해 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW)을 선택해 왔습니다. GTAW는 두 개의 비소모성 텅스텐 전극 사이에 전기 아크를 생성합니다. 동시에 토치에서 불활성 보호 가스가 주입되어 전극을 보호하고, 이온화된 플라즈마 흐름을 생성하며, 용융된 용접 풀을 보호합니다. 이는 반복 가능한 고품질 용접 공정을 가능하게 하는, 정립되고 널리 알려진 공정입니다.
이 공정의 장점은 반복성, 스패터 없는 용접, 그리고 기공 제거입니다. GTAW는 전기 전도 공정으로 간주되므로 상대적으로 공정 속도가 느립니다.
고주파 아크 펄스
최근 몇 년 동안 고속 스위치라고도 하는 GTAW 용접 전원 덕분에 10,000Hz 이상의 아크 펄스가 가능해졌습니다. 강관 가공 공장의 고객들은 이 신기술의 혜택을 누리고 있습니다. 고주파 아크 펄스는 기존 GTAW보다 5배 더 높은 아크 하강 압력을 발생시킵니다. 대표적인 개선 사항으로는 파열 강도 향상, 용접선 속도 향상, 그리고 스크랩 감소가 있습니다.
강관 제조업체의 고객은 이 용접 공정으로 얻은 용접 단면을 줄여야 한다는 것을 금방 깨달았습니다. 게다가 용접 속도도 여전히 비교적 느렸습니다.
레이저 용접
모든 강관 용접 작업에서 강관 가장자리를 클램핑 브래킷을 사용하여 압착하면 강판의 가장자리가 녹고 응고됩니다. 그러나 레이저 용접의 고유한 특성은 높은 에너지 빔 밀도입니다. 레이저 빔은 재료의 표면층을 녹일 뿐만 아니라 용접 프로파일이 매우 좁아지도록 키홀을 생성합니다. GTAW 기술과 같이 1MW/cm2 미만의 전력 밀도는 키홀을 생성하기에 충분한 에너지 밀도를 생성하지 않습니다. 이러한 방식으로 키홀 없는 공정은 넓고 얕은 용접 프로파일을 생성합니다. 레이저 용접의 높은 정밀도는 더 효율적인 용입으로 이어지고, 이는 입자 성장을 줄이고 더 나은 금속학적 품질로 이어집니다. 반면 GTAW의 높은 열 에너지 입력과 느린 냉각 과정은 거친 용접 구조로 이어집니다.
일반적으로 레이저 용접 공정은 GTAW보다 빠르며, 동일한 스크랩률을 가지고 있으며, 전자는 더 나은 금속학적 특성을 가져서 더 높은 파열 강도와 더 높은 성형성을 가져옵니다.고주파 용접과 비교할 때, 재료의 레이저 가공 중에 산화가 발생하지 않아 스크랩률이 낮고 성형성이 높아집니다.스팟 크기의 영향: 스테인리스 강관 공장 용접에서 용접 깊이는 강관의 두께에 따라 결정됩니다.이러한 방식으로 생산 목표는 용접 폭을 줄여 성형성을 높이는 동시에 더 높은 속도를 달성하는 것입니다.가장 적합한 레이저를 선택할 때 빔 품질뿐만 아니라 밀의 정확도도 고려해야 합니다.또한 튜브 밀의 치수 오차가 작용하기 전에 스팟을 줄이는 데 따른 한계를 고려해야 합니다.
강관 용접에는 여러 가지 치수 문제가 있지만, 용접에 영향을 미치는 주요 요인은 용접 박스(더 구체적으로는 용접 코일)의 이음매입니다. 스트립이 형성되어 용접 준비가 되면, 스트립 갭, 심각하거나 경미한 용접 오정렬, 그리고 용접 중심선 변화가 용접의 특징이 됩니다. 갭은 용접 풀을 형성하는 데 사용되는 재료의 양을 결정합니다. 과도한 압력은 파이프의 상단 또는 내경에 과도한 재료를 발생시킵니다. 반면, 심각하거나 경미한 용접 오정렬은 용접 프로파일 불량을 초래할 수 있습니다. 또한, 용접 박스를 통과한 후 강관은 추가 트리밍됩니다. 여기에는 크기 조정 및 형상 조정이 포함됩니다. 한편, 추가 작업을 통해 심각하거나 경미한 납땜 결함을 제거할 수 있지만, 모든 결함을 제거할 수는 없습니다. 물론, 결함을 완전히 없애는 것이 목표입니다. 일반적으로 용접 결함은 재료 두께의 5%를 초과해서는 안 됩니다. 이 값을 초과하면 용접 제품의 강도에 영향을 미칩니다.
마지막으로, 고품질 스테인리스 강관 생산에는 용접 중심선의 존재가 중요합니다. 자동차 시장에서 성형성이 점점 더 중요해짐에 따라, 열영향부(HAZ)의 축소와 용접 단면 감소 사이에는 직접적인 상관관계가 있습니다. 이는 빔 품질을 개선하여 스팟 크기를 줄이는 레이저 기술의 발전으로 이어졌습니다. 스팟 크기가 점점 더 작아짐에 따라, 이음매 중심선 스캐닝의 정확도에 더욱 주의를 기울여야 합니다. 일반적으로 강관 제조업체는 이 편차를 최대한 줄이려고 노력하지만, 실제로는 0.2mm(0.008인치)의 편차를 달성하는 것이 매우 어렵습니다. 따라서 이음매 추적 시스템을 사용해야 합니다. 가장 일반적인 추적 기술은 기계적 스캐닝과 레이저 스캐닝입니다. 한편, 기계적 시스템은 프로브를 사용하여 용접 풀 상류의 이음매에 접촉하는데, 이 이음매는 먼지, 마모, 진동에 노출됩니다. 이러한 시스템의 정확도는 0.25mm(0.01인치)로, 고품질 빔 레이저 용접에는 충분하지 않습니다.
반면, 레이저 심 추적은 필요한 정확도를 달성할 수 있습니다. 일반적으로 레이저 빔이나 레이저 스팟을 용접 표면에 투사하고, 그 결과 생성된 이미지를 CMOS 카메라로 전송합니다. 카메라는 알고리즘을 사용하여 용접부, 미스 조인트, 갭의 위치를 파악합니다. 이미징 속도도 중요하지만, 레이저 심 추적기는 레이저 초점 헤드를 심 위로 직접 이동시키는 데 필요한 폐루프 제어를 제공하면서 용접 위치를 정확하게 파악할 수 있을 만큼 빠른 컨트롤러를 갖춰야 합니다. 따라서 심 추적의 정확도와 응답 시간이 중요합니다.
일반적으로 심 추적 기술은 강관 제조업체가 고품질 레이저 빔을 활용하여 성형성이 더 우수한 스테인리스 강관을 생산할 수 있을 만큼 충분히 발전했습니다. 결과적으로 레이저 용접은 용접 속도를 유지하거나 증가시키면서 용접 기공을 줄이고 용접 단면을 줄이는 데 활용되고 있습니다. 확산 냉각 슬래브 레이저와 같은 레이저 시스템은 빔 품질을 향상시키고 용접 폭을 줄임으로써 성형성을 더욱 향상시킵니다. 이러한 발전으로 인해 강관 공장에서는 더욱 엄격한 치수 관리와 레이저 심 추적이 필요하게 되었습니다.
게시 시간: 2022년 8월 29일