티타늄은 모든 엔지니어가 꿈꾸는 금속입니다. 티타늄은 강철의 강도와 비슷하면서도 45% 더 가볍고 부식에 대한 저항력이 거의 초자연적인 수준입니다. 하지만 티타늄을 용접하는 용접사에게 티타늄은 악몽이 될 수 있습니다.
강철이나 알루미늄과 달리 티타늄은 고온에서 독특하고 위험한 특성을 가지고 있습니다. “유니버설 게터”. 금속이 800°F(427°C) 이상으로 가열되면 스펀지처럼 작동하여 대기 중의 산소, 질소, 수소를 공격적으로 흡수합니다. 이러한 흡수가 일어나면 용접부는 보기 흉할 뿐만 아니라 스트레스를 받으면 필연적으로 균열이 생기는 깨지기 쉬운 유리 같은 구조인 “알파 케이스'로 변합니다.
티타늄 용접은 단순히 손의 속도나 퍼들 제어에 관한 것이 아니라 근본적으로 다음과 같은 연습입니다. 환경 제어. 경주용 자동차의 맞춤형 배기 장치를 제작하든 화학 공장의 2등급 배관을 용접하든 물리학은 동일하게 유지됩니다. 이 가이드에서는 완벽한 은 용접을 달성하고 값비싼 폐기물을 피하는 데 필요한 중요한 단계를 살펴봅니다.
강박적인 준비(“하얀 장갑” 규칙)
접근하는 경우 스테인리스 스틸에 사용되는 것과 동일한 사고방식으로 티타늄을 제작합니다., 를 누르면 이미 실패한 것입니다. 성공적인 티타늄 용접은 거의 전적으로 다음 사항에 의해 결정됩니다. 전에 아크에 부딪힙니다. 항공우주 격납고에서 일하든 제조 공장에서 일하든 상관없이 “클린룸 사고방식'을 채택해야 합니다.
프로세스는 다음과 같이 시작됩니다. 화학적 순도. 기계적 마모가 발생하기 전에 모재를 완전히 닦아내야 합니다. 산업용 등급 아세톤 또는 메틸 에틸 케톤(MEK)을 사용합니다. 표면 오일을 먼저 제거하지 않으면 기계 세척 시 금속의 기공 깊숙이 오일이 침투할 수 있기 때문에 이 단계는 필수 불가결합니다. 또한 필러 와이어 자체는 종종 숨겨진 오염원입니다. 필러봉을 보관하면 먼지와 산화물이 쌓이게 됩니다. 숙련된 전문가들은 용접하기 전에 항상 아세톤에 적신 걸레로 와이어를 닦는데, 종종 떨어져 나오는 검은 잔여물을 보고 깜짝 놀랄 것입니다.
화학적 세척이 완료되면 전용 도구를 사용하여 산화물 층을 제거해야 합니다. 스테인리스 스틸 와이어 브러시 또는 카바이드 버를 사용해야 하지만 주의해야 합니다: 이러한 도구는 탄소강에 닿은 적이 없어야 합니다. 이전에 강철을 닦은 브러시는 미세한 철 입자를 티타늄에 묻혀 즉각적인 부식 지점을 만듭니다. 이 순간부터 “흰 장갑 규칙”이 적용됩니다. 보풀이 없는 깨끗한 니트릴 장갑으로만 부품을 취급해야 합니다. 간단한 지문에도 다공성 및 용접 실패를 유발할 수 있는 충분한 오일이 포함되어 있습니다.
장비 설정 및 “빅컵” 전략
당신은 티타늄 용접을 위해 백만 달러짜리 레이저 장비가 필요합니다., 하지만 강철에 적합한 표준 TIG 구성은 실패할 가능성이 높습니다. 성공은 기계와 토치를 최적화하여 가스 적용 범위를 극대화하는 데 달려 있습니다.
용접 프로세스는 다음과 같아야 합니다. DC TIG(GTAW) 사용 DCEN (직류 전극 음극) 극성을 사용합니다. 이렇게 하면 텅스텐이 아닌 공작물에 열이 집중되어 용접 프로파일을 좁게 유지할 수 있습니다. 고주파(HF) 시작 텅스텐을 티타늄에 접촉하면 즉시 오염되므로 “스크래치 시작” 또는 “리프트 아크'를 사용하지 마세요.
“빅컵”의 필수품: 대부분의 토치에 사용되는 표준 콜릿 본체는 난류 가스 흐름을 생성하여 산소를 쉴드 안으로 끌어들입니다. 반드시 가스 렌즈 시스템을 사용하여 아르곤을 매끄러운 층류 기둥으로 구성해야 합니다. 게다가 표준 세라믹 컵(#6 또는 #8 크기)은 너무 작습니다. 반응성 티타늄 웅덩이를 보호하려면 넓은 가스 우산이 필요합니다. 업계의 비밀은 #12, #14 또는 #16(1인치 ID) 컵-흔히 “BBW” 컵이라고도 합니다. 이 넓은 커버 영역은 산화에 대한 최고의 보험입니다.
완벽한 차폐의 기술
티타늄 용접에서 아크는 쉬운 부분입니다. 진짜 문제는 뜨거운 금속을 보호하는 것입니다. 이후 아크가 지나간 것입니다. 티타늄은 800°F 이하로 냉각될 때까지 반응성을 유지하므로 세 가지 방어 계층으로 나눠서 생각해야 합니다.
1. 주 보호막(횃불) 첫 번째 방어선은 토치에서 시작됩니다. 위에서 권장하는 대형 컵 사이즈의 경우 표준 유량(15-20 CFH)으로는 충분하지 않습니다. 유량을 다음과 같이 늘려야 합니다. 30-40 CFH 를 사용하여 층류를 견고하게 유지합니다.
2. 후행 방패(꼬리) 토치가 앞으로 이동함에 따라 그 뒤에 있는 뜨거운 용접 금속은 여전히 임계값인 800°F를 초과한 상태에서 공기에 노출됩니다. 더 긴 용접 작업의 경우, 사용자 지정 후행 방패 부착이 필요한 경우가 많습니다. 이 장치는 토치에 부착되어 용접 경로를 따라 안전할 때까지 냉각 금속을 아르곤으로 덮어줍니다.
3. 백 퍼지(루트) 사방에서 산소가 공격합니다. 튜브나 파이프를 용접할 때는 내부를 아르곤으로 완전히 제거해야 합니다. 알루미늄 테이프는 가스를 가두기 위해 파이프 끝을 밀봉하는 데 효과적인 도구입니다.
그리고 “나쁜 탱크” 현실: 이상적으로는 99.999%(5.0등급)의 순도를 목표로 해야 합니다. 아르곤. 동안 99.995% 는 절대적인 최소 산업 표준이지만, 소유주가 직접 사용하는 소형 실린더는 순환 빈도가 낮고 불순물이 포함될 수 있다는 점에 유의하세요. 설정이 완벽한데도 여전히 파란색 용접이 발생한다면 탱크가 원인일 수 있습니다. 또한 다음과 같이 업그레이드하세요. 테프론 또는 편조 호스; 표준 고무 호스는 시간이 지남에 따라 습기를 흡수하여 가스 이슬점을 높이고 실드를 오염시킬 수 있습니다.
실행 및 매개변수
값비싼 공작물을 만지기 전에 수천 달러의 폐기물을 절약할 수 있는 의식이 하나 있습니다: 스팟 테스트.
가스 공급을 맹목적으로 믿지 마세요. 용접하기 전에 깨끗한 스크랩 티타늄 를 클릭하고 스팟 압정을 몇 번 실행합니다. 스팟이 밝은 은색, 시스템이 준비된 것입니다. “무지개 후광”, 푸른 색조 또는 흐릿한 색조가 보이는 경우, STOP. 가스 누출, 라인 내 습기 또는 불량 가스 배치가 있습니다. 현장 테스트가 완벽할 때까지 진행하지 마세요.
용접 매개변수 치트 티타늄 시트 일반적으로 강철보다 열이 덜 필요합니다. 목표는 가능한 한 시원하게 용접하는 것입니다.
| 재료 두께 | 암페어(DCEN) | 토치 가스 흐름* | 필러/텅스텐 크기 |
|---|---|---|---|
| 0.040인치(1.0mm) | 30 - 50 A | 30 - 35 CFH | 1/16인치(1.6mm) |
| 0.063인치(1.6mm) | 50 - 80 A | 30 - 40 CFH | 1/16인치(1.6mm) |
| 0.125인치(3.2mm) | 90 - 120 A | 35-45 CFH | 3/32인치(2.4mm) |
중요 참고 사항: 이 유량(30-45 CFH)은 특별히 다음 용도로 보정됩니다. #12 ~ #16 대형 가스 렌즈. 표준 #8 컵을 사용해야 하는 경우(권장하지 않음) 난류를 피하기 위해 유량을 15~20CFH로 줄이세요.
프로 팁: “이중 포스트 플로우” 트릭 티타늄은 열을 오랫동안 유지합니다. 금속이 식기 전에 기계의 후류 타이머가 종료되면(두꺼운 부품의 경우 표준 10초로는 충분하지 않은 경우가 많음) 페달을 짧게 밟아 아크를 치지 않고 가스 밸브를 다시 작동시키세요. 색상이 안전해질 때까지 토치를 용접 끝 부분에 고정된 상태로 유지합니다.
평결(육안 검사)
티타늄의 세계에서, 색상은 성적표입니다. 용접 비드의 색상과 열 영향 영역(HAZ)을 통해 공정 중에 얼마나 많은 산화물이 흡수되었는지 정확히 알 수 있습니다.
- 🥈 실버(밝은 크롬): 완벽합니다. 금속이 반응성 온도 이하로 냉각될 때까지 차폐가 손상되지 않았습니다. 이 수준의 완벽성은 최대 강도와 연성을 나타냅니다.
- 🌾 라이트 스트로/골드: 허용됨. 이는 약간의 표면 산화를 나타냅니다. 대부분의 산업 및 상업용 애플리케이션의 경우 이 상태는 통과 상태이며 스카치 브라이트 패드로 색상을 제거할 수 있습니다.
- 🔵 파란색/보라색: 위험/거부. 심각한 산화. 실드가 너무 일찍 제거되었거나 가스 커버리지가 불충분합니다. 항공우주 분야의 경우 이는 중대한 실패입니다. 다른 용도의 경우 재료 특성이 손상됩니다.
- ⚪️ 흰색/회색 플레이크: SCRAP. 이것은 “알파 케이스”입니다. 금속이 깨지기 쉬운 세라믹이 되었습니다. 이 문제를 해결할 수 있는 방법은 없으며 전체 용접 부분을 잘라내고 다시 해야 합니다.
실제 애플리케이션
아크를 마스터하는 것과 현장에서 적용하는 것은 별개의 문제입니다. “좋은 용접”의 정의는 종종 산업 상황에 따라 달라집니다.
자동차 성능: “파이 컷” 티타늄 제조의 도전 과제 배기 및 흡입구에서 여러 세그먼트의 복잡한 굴곡을 용접하는 “파이 컷”의 예술성에 중점을 두는 경우가 많습니다. 여기서 가장 큰 위험은 백 퍼징 불량으로 인한 내부 “당화'입니다. 겉보기에는 완벽한 동전 배열처럼 보이지만 내부 산화로 인해 난류가 발생하고 진동으로 인해 균열이 생길 수 있습니다.
화학 및 산업: 현장 규정 준수 염소와 같은 부식성 매체를 취급하는 화학 공장의 경우 티타늄은 수명이 길기 때문에 선택됩니다. 이 분야에서는 클린룸과 같은 환경을 조성하는 로컬 퍼지 챔버(폴리에틸렌 텐트)를 사용하여 현장에서 용접을 하는 경우가 많습니다. 회의 ASME B31.3 표준을 준수하는 것이 가장 중요하며, 색상은 미적 기준이 아니라 엄격하게 규정 준수 요건입니다.
해양 및 해양: 틈새 부식과 싸우기 특수 애플리케이션에는 종종 다음이 필요합니다. 12등급(Ti-0.8Ni-0.3Mo) 또는 7학년 를 사용하여 플랜지와 같은 좁은 공간에서 틈새 부식을 방지할 수 있습니다. 제작자는 적합한 필러 와이어를 사용하도록 주의를 기울여야 합니다. 12등급 플랜지에 일반 ERTi-2 와이어를 사용하면 합금이 희석되어 부식이 시작될 수밖에 없는 약점이 생길 수 있습니다.
자주 묻는 질문(FAQ)
Q: 용접할 수 있나요? 티타늄에서 스테인리스 스틸로?
A: 아니요, 직접 TIG 용접할 수 없습니다. 티타늄과 철은 깨지기 쉬운 금속 간 화합물을 형성하여 냉각 즉시 균열이 생깁니다. 이러한 이종 금속을 결합하려면 기계적 연결(플랜지) 또는 특수한 폭발 결합 트랜지션 조인트를 사용해야 합니다.
Q: Is 티타늄이 스테인리스 스틸보다 용접하기 더 어렵나요?
A: 기술적으로 웅덩이를 조작하는 것은 스테인리스 스틸과 매우 유사하며 용융 된 웅덩이는 실제로 매우 유동적이고 제어하기 쉽습니다. “난이도”는 전적으로 규율 청결과 차폐를 위해 필요합니다. 텅스텐을 담그거나 토치를 너무 빨리 들어 올리는 나쁜 습관이 있다면 티타늄은 즉시 벌을 내릴 것입니다.
질문: 파란색 변색을 제거하려면 어떻게 해야 하나요?
A: 산화의 깊이에 따라 다릅니다. 연한 빨대 색은 스테인리스 스틸 와이어 브러시나 스카치 브라이트 패드로 제거할 수 있습니다. 그러나 진한 파란색이나 보라색은 산화물이 표면에 침투했음을 나타냅니다. 중요한 항공우주 부품의 경우 그 결과는 불합격입니다. 중요하지 않은 상업용 부품의 경우 may 밝은 은색 금속이 될 때까지 갈아낼 수 있지만 알파 케이스가 남아 있지 않은지 확인해야 합니다.
질문: 텅스텐이 파란색 또는 보라색으로 변하는 이유는 무엇인가요?
A: 이것은 불충분하다는 신호입니다. 포스트 플로우. 아르곤의 흐름이 멈추면 텅스텐은 여전히 뜨거워서 산소가 텅스텐을 공격할 수 있습니다. 기계의 후 흐름 시간을 늘리거나(15초 이상) 앞서 언급한 “이중 후 흐름” 트릭을 사용하세요. 오염된 텅스텐은 불안정한 아크와 방황을 일으킬 수 있습니다.
결론 결론: 프로세스 존중
용접 티타늄은 궁극적으로 인내와 절제의 시험입니다. 이 과정은 흔히 다음과 같다고 합니다. 10% 용접 및 90% 준비. 엄격한 세척 프로토콜을 준수하고 적절한 가스 렌즈 설정에 투자하며 보호 가스 품질에 집착한다면 티타늄은 믿을 수 없을 정도로 강하고 가벼우며 영구적인 부품으로 보답할 것입니다.
그러나 전용 티타늄 클린룸을 설치하고 용접사를 ASME 표준에 맞게 자격을 갖추려면 시간과 자본에 대한 막대한 투자가 필요합니다.
맞춤형 자동차 프로젝트나 중요한 산업용 배관 등 고정밀 티타늄 부품이 필요한 경우 시행착오의 위험 없이 제작할 수 있습니다, HonTitan 가 도와드리겠습니다. 당사는 전문 제작 서비스를 제공하여 업계의 특정 요구 사항에 맞게 인증되고 X-레이 테스트를 거쳐 바로 설치할 수 있는 티타늄 솔루션을 제공합니다.
참고 자료 및 추가 자료
이 가이드에서 설명하는 표준, 코드 및 기술에 대한 자세한 내용은 다음 리소스를 참조하세요:
TWI 글로벌: 티타늄 및 그 합금의 용접 (직무 지식 109) - 티타늄 반응성 및 “게터” 속성에 대한 기술 데이터를 확인하세요.
용접 팁과 요령: TIG 용접 티타늄: 나쁜 탱크의 현실 - 실제 문제 해결 및 실용적인 차폐 조언.
제작자: 티타늄 용접에 대한 사실 - AWS D1.9 색상 허용 기준에 대한 심층 토론.
ASME: 프로세스 배관 코드 B31.3 - 화학 및 산업용 배관 시스템의 표준입니다.
