동 및 동합금의 종류 및 용접

 ▣ 동 및 동합금의 용접

1. 동의 성질과 용접성

동에는 산소를 약간 함유한 동(oxygen-bearing copper)와 산소를 거의 함유 하지 않은 탈산동(oxygen-free copper)가 있다. 산소를 0.02~0.04% 정도 함유한 동을 정련 동 (touch pitch copper) 이라고 하며, 또 수소기류 또는 진공 중에서 용해 주조하여 만든 산소를 함유하지 않고 전기 전도율이 대단히 높은 무산소 동(oxygen-free high conductivity copper, OFHC)이 있다. 동합금에는 황동(Cu-Zn), 청동(Cu-Sn), 규소황동(Cu-Si), 알루미늄 청동(Cu-Al), 니켈청동(Cu-Ni) 등이 있다.

동의 융점은 1083℃로서, 알루미늄(685℃)과 강(약 1500℃)의 중간 정도이다. 순동의 열전도도는 연강의 8배 이상이고 알루미늄의 약 2배이다. 그러므로 열이 용접부에서 급격히 방산되기 때문에 가스용접과 아크용접에서 충분한 용입을 얻으려면 충분한 예열이 필요하다.

 

2. 동 용접이 어려운 이유

① 열전도율이 높고 냉각속도가 크다.

② 동 중의 산화동(Cu2O) 을 함유한 부분이 순수한 동에 비하여 용융점이 약간 낮으므로, 먼저 용융되어 균열이 발생하기

쉽다.

③ 열팽창계수는 연강보다 약 50% 크므로 냉각에 의한 수축과 응력집중을 일으켜 균열이 발생하기 쉽다.

④ 가스용접, 그 밖의 용접방법으로 환원성 분위기 속에서 용접을 하면 산화동은 환원(Cu2O + H2 = 2Cu + H2O)될

가능성이 커진다.

이 때, 용적은 감소하여 스펀지(sponge) 모양의 구리가 되므로 더욱 강도를 약화시킨다.

⑤ 수소와 같이 확산성이 큰 가스를 석출하여, 그 압력 때문에 더욱 약점이 조정된다.

⑥ 동은 용융될 때 심한 산화를 일으키며, 가스를 흡수하기 쉬우므로 용접부에 기공 등이 발생하기 쉽다.

그러므로 용접용 동 재료는 전해동보다 탈산동을 사용해야하며, 또한 용접봉을 탈산동 용접봉 또는 합금 용접봉을

사용해야 한다.

 

3. 동의 종류

 

① 무산소동

진공 중에서 용해 주조하여 유해 가스를 완전 제거한 것으로 전도율이 좋고 취성이 없으며 가공성이 우수하여 전자기기에 사용된다.

 

② 정련 동

전해동(전기동)를 말하며 0.02~0.05% 산소 함유 등으로 전기 전도율이 좋고 취성이 없으며 가공성이 우수하여 전자기기에 사용된다.

 

③ 탈산동

탈산을 하여 0.008% 산소 이하로 만든 동으로 용접용으로 적당하고 가스관, 열 교환기, 기름 도관으로 쓰이나 전기 전도율이 낮다.

 

4. 동 합금의 종류

 

① 황동 :

Cu에 아연을 10~45% 함유한 것으로 7 : 3 황동 4 : 6 황동 등이 있다.

② 인청동 :

Cu-Sn 계 합금에 탈산제 등으로 P를 소량 첨가한 것이다.

피로강도가 크고 인성이 우수하며 내식성이 좋다

③ 규소 청동 :

Cu-Si 계 합금이다. 청동에 Si 1.5~3.25% 첨가로 강하고 내식성이 좋고 용접하기 쉬워 중요한 공업재료이다.

④ Al 청동 :

Cu-Al 계로 Al 4~11% 첨가한 것이다.

인성이 풍부하고 경도가 적당하며 연성도 높다.

전기 전도도는 낮으나 마찰저항이 크고 내산화성도 크다.

⑤ Ni 청동 :

인성이 풍부하고 연성도 있으나 전기 전도도가 낮다.

내식성은 우수하고 응력부식에 강하다.

 

5. 동의 용접

 

① 피복 아크 용접

㉠ 예열을 충분히 하여 사용된다.

㉡ 니켈 청동에 사용된다.

㉢ 스패터, 슬래그 섞임, 용입 불량 등의 결함이 많이 생긴다.

 

② 가스 용접법

㉠ 황동 용접에 이용한다.

㉡ 발생된 기공은 피닝 작업으로 없애면서 사용한다.

㉢ 판 두께 6mm 까지는 슬래그 섞임에 주의한다.

 

③ 불활성가스 텅스텐 아크 용접

㉠ 직류 정극성(DCSP)을 사용한다.

㉡ 용가재는 탈산된 동봉(copper rod)을 사용한다.

㉢ 판 두께 6mm 이하에 대하여 많이 사용된다.

㉣ 전극은 토륨(Th)이 들어 있는 텅스텐 봉을 쓴다.

 

④ 불활성가스 금속 아크 용접

㉠ 판 두께 3.2mm 이상에 주로 사용한다.

㉡ 구리, 규소 청동, Al 청동에 가장 적합하다.

 

⑤ 납땜법

㉠ 쉽게 이음이 되며 동합금은 은납 땜이 쉽다.

㉡ 땜납의 가격이 비싼 것이 결점이다.

 

동 용접작업

① 용접부 및 용접봉을 깨끗이 청소하고 브러쉬로 광이 나게 한다.

② 전처리 후에 간격을 유지하여 가접을 한다.(가접을 많이 한다)

③ 산화방지 및 용착금속의 유동성을 좋게 하기위해 삼산화붕소의 알콜 용액이 좋다.

④ 예열에 의한 변형 방지책으로 구속지그를 쓴다.

⑤ 예열온도는 200~350℃가 좋다.

 

6. 동 합금의 용접

 

① 주로 불활성가스 용접(TIG)이 사용되며 서브머지도 아크용접도 실용화되고 있다.

② 피복 아크용접은 슬래그 섞임, 기포발생이 많으므로 사용이 곤란하다.

③ 전기저항 용접법, 압접법, 초음파 용접법 등은 얇은 판에 쓰이고 납땜법도 사용된다.

④ 동 합금의 TIG 용접

㉠ TIG 용접은 직류 정극성(DCSP)을 사용한다.

㉡ 예열중이나 용접 중에도 산화가 많을 때에는 적당한 용재를 바르면 된다.

㉢ 동에 비하여 예열온도가 낮아도 좋다.

(전기 전도도, 열전도도가 낮으므로).

㉣ 예열 방법은 연소기 가열로 등을 사용한다.

㉤ 용가재는 모재와 같은 재료를 사용한다.

㉥ 비교적 큰 루트 간격과 홈 각도를 취한다.

㉦ 가접은 비교적 많이 한다.

㉧ 용접봉은 토빈(torbin) 청동봉, 규소 청동봉, 인청동봉, 에버듀르봉 등이 많이 사용된다.

㉨ 용접부 청소를 깨끗이 한다.

㉩ 용제를 사용하여 산화방지, 탈산정련작용, 유동성의 증진, 아크 안정화, 작업성 향상에 힘쓴다.

㉪ 용접봉 선택은 용접성이 좋고 용접 후 균열이 적은 것이라야 한다.