[공학나라] 기계 공학 기술정보

래핑 (lapping)

연한금속이나 비금속재료의 랩 (lab)과 공작물 사이에 절삭 분말 입자인 랩제 (abrasives)를 넣고 상대 운동을 시켜 공작물을 미소한 양으로 깎아 내는 가공면을 얻는 공작법

적용 대상 : 블록게이지, 한계게이지 등의 게이지류, 볼, 롤러 등의 정밀기계 부품, 렌즈, 프리즘등의 광학유리

장점

거울면과 같은 가공면

기하학적 정밀도가 높음

다량 생산이 가능

작업방법이 간단하고 설비가 적음

가공면의 내식성 내마멸성 우수

단점

잔류 랩제가 제품의 마멸을 유발

고도의 숙력이 필요

공정

습식법 (wet method)

랩제와 래핑액 (일종의 기름) 을 혼합하여 공작물에 주입하는 방법

래핑입자가 구르면서 연마되어 가공면이 광택이 적고 능률이 높다.

건식법 (dry method)

보통 습식 래핑후에 더 정밀하고 광택을 높이기 위해 적용

블록게이지 등에 제작에 이용

랩의 성질

입자가 균일하고 큰 흠이나 개제물이 없을 것

쉽게 마모되지 않을 것

주철이 가장 많이 사용됨

랩제 (래핑 분말)

능률에 가장 큰 영향을 미침

경도, 예리함, 인성이 필요함

다이아몬드, 탄화규소, 산화알루미늄 등.

납접 (soldering)

용융점이 낮은 금속을 용가재로 모재를 용융시키지 않고 접합시키는 방법이다.

쉽게 말해 금속을 녹여 접착제로 사용하는 방식이다. 

용가재의 용융온도에 따라 연납땜과 경납땜으로 구분된다.

연납땜 (soft soldering)

450 도씨 이하에서 용융되는 연납을 이용한 접합이다. 접합강도가 크지 않은 경우에 사용된다. 샌드페이퍼 등으로 접합부분의 산화물과 불순물을 제거하고 가열된 납땜 인두로 연납을 용융시켜 접한한다. 연납은 주석과 납의 합금으로 주석이 많을수록 접착력이 증가한다. 

경납땜 (hard soldering)

450 도씨 이상에서 용융되는 연납을 이용한 접합이다. 접합강도가 큰 경우에 사용된다. 경납분말과 용제분말을 물로 반죽하여 접합부에 바른뒤 토치 등으로 가열하여 경납을 용융시켜 접합한다. 경납에는 황동납, 은납, 금납, 양은납 등이 있다.

가스 용접

가연성 가스 + 산소의 혼합가스를 연소시켜 고온의 불꽃으로 용접부를 가열하여 접합시키는 방법이다.

가연성 가스 

아세틸렌가스 (최고화염온도 3000 도씨), 

수소 (최고화염온도 2900 도씨), 

프로판 (최고화염온도 2820 도씨), 

메탄 (최고화염온도 2700 도씨), 

일산화탄소 (2820 도씨)등이 있으나 

발열량이 많고 최고 연소온도가 3000도씨 이상되는 아세틸렌 가스를 주로 사용한다.

아크용접 대비 장단점

용접불꽃의 온도가 낮고 열효율이 불량

가열되는 범위가 넓어 용접변형이 크다.

장치 운반이 용이하며 시설비가 저렴

용융온도가 낮거나 두께가 얇은 금속의 용접에 적합

가스 용접 장치

산소통과 아세틸렌병

압력조정기

토치

호스

불꽃

탄화불꽃 (아세틸렌가스 과잉)

붉은 담황색, 스테인리스강 용접에 이용

중성불꽃

산소와 아세틸렌 혼합비가 반반인 경우, 백색, 거의 모든 금속의 용접에 이용

산화불꽃 (산소 과잉)

길이가 짧음. 높은 온도가 요구될 때 이용되며 구리합금에 적용됨.

용접봉

가능한 모재와 같은 특성의 재질을 사용

용제 (Flux)

용제 분말을 물이나 알코올로 반죽하고 용접 부위에 얇게 발라서 

용착 금속을 보호한다. (용제는 용접 중 발생하는 불순물과 결합하여 슬래그 (slag)가 되고 용융부 표면에 떠오른다)

용접중에 공기와 차단하여 산화작용을 방지한다.

특수 용접

일반적으로 많이 알려진 용접과 압접 등을 제외한 특수 용접에 대해 알아본다.

테르밋 용접 (thermit weld)

알루미늄 분말과 산화첼 분말을 1대3의 비율로 혼합한 다음 그 위에 점화재 분말을 넣고 점홯하면 테르밋 반응에 의해 열이 발생하여 용접하는 방법

원리 

테르밋 반응 (금속산화물의 산소를 알루미늄이 가져가는 현상)에 의해 알루미늄은 알루미나 (Al2O3)가 되고 산화철분말은 용융철이 되는 현상을 이용함.

특징

전원이 필요없고 용접기구가 간단함

용접시간이 짧고 용접후 변형이 적음

접합강도가 낮음

용융 테르밋 및 가압 테르및 용접이 있음.

플라즈마 용접

*플라즈마 :  고온상태에서 전자와 이온으로 분리된 기체

플라즈마 아크 용접과 플라즈마 제트 용접이 있다.

스터드 용접

작은 볼트 등을 간편하게 모재에 용접하는 방법으로 매우 짧은 시간 동안의 아크열로 용접시키는 방법.

열응력이 작지만 빠른 공냉으로 경화성이 큰 모재는 균열이 생길 수 있어 예열이 필요하다.

원자수소 용접

2개의 텅스텐 전극 사이에 아크에 의해 분자 수소 (H2)가 원자 수소 (H)가 되었다가 다시 분자 수소가 되면서 발생하는 열을 이용하는 용접

일레트로 슬래그용접 (electro slag weld)

와이어 전극을 용융 슬래그 속으로 계속 공급하여 전기 저항열에 의해 모재와 전극와이어가 용융 접합되는 용접법

전자빔 용접

진공에서 음극의 텅스텐 필라멘트를 가열하여 방출되는 전자를 양극의 고전압으로 가속하고 전자코일로 집속한 전자빔을 모재에 충돌 시켜 열을 발생하는 용접법이다. 진공정도와 가속 전압에 따라서도 분류된다.

특징

고융점 재료, 고산화성 재료, 초합금 용접에 이용될 수 있다.

진공실 내에서 용접하므로 용접부 기계적 성질이 용이함

용접폭이 좁고 용입이 깊어 열변형이 적음

시설비가 비싸다.

레이저 용접

높은 에너지 밀도의 빔이므로 좁고 깊은 부위에 하는 용접

특징

에너지 밀도가 높으며 높은 융점의 금속에 이용

투명한 공기, 진공, 액체의 환경에서 적용 가능

불량도체 모재에도 용접이 가능

열영향부가 적음

작의 재료의 정밀 용접이 가능

전기 저항 용접 (electric resistance welding)

모재에 전극으로 전류를 흐르게하여 전기 저항열에 의해 고온이 되고 압력을 가하는 용접법

쉽게 말해 전기로 뜨겁게 한다음 꾹 눌러서 모재를 접합시키는 일종의 압접이다.

3 요소

용접전류

통전시간

가압력

특징

전극의 단면적이 작고 시간당 전류가 커야 쉽게 용접

용융온도가 높고 전기저항이 작으며 열전도율이 큰 금속은 어려움

용접봉이 용재가 불필요

용접속도가 빠르지만 설비가 삐삼

종류

스폿 용접 (spot weld)

환봉 전극 사이에 모재 판을 전극으로 가압하면서 전류를 보내 고온 상태에서 점(spot) 형태로 접합되는 용접

자동차 공장에서 차체를 용접할 때 많이 사용한다.

프로젝션 용접 (projection weld)

모재 한쪽 판에 돌기 (projection) 를 만들어 전극위에 겹쳐 놓고 움직이는 전극으로 통전과 동시에 가압하여 가열된 돌기를 접합시키는 용접

심 용접 (seal weld)

회전하는 두 개의 롤러 전극 사이에 모재를 넣어 통전, 가압하면서 "연속적"으로 점용접을 하는 방식

기밀이 필요로하는 드럼통등의 봉합 용접에 널리 이용됨.

1. 롤러 전극; 2 모재; 

플래시 용접 (flash weld)

두 모재에 전류를 공급하고 가까이하면 단면 사이에 아크가 발생하여 고온 상태가 되고 압축하여 접합