스테인리스를 연강에 용접할 수 있나요? 공정, 충진재 및 열 제어 가이드

예, 스테인리스강은 연강에 용접될 수 있습니다. 조인트는 올바르게 실행될 때 달성 가능하고 구조적으로 건전하며 배기 시스템, 식품 가공 장비, 구조 지지대, 해양 설비 및 건축 금속 가공 모두가 정기적으로 이 두 재료를 결합하는 산업 전반의 실제 제작 작업에 나타납니다. 짧은 대답은 문제가되지 않습니다.

답을 복잡하게 만드는 것은 그 답을 따르는 모든 것입니다. 스테인레스강과 연강은 열팽창률, 열전도도, 화학적 조성, 부식 거동이 다릅니다. 이러한 각각의 차이점으로 인해 표준 동일 재질 용접에서는 발생하지 않는 실패 모드가 발생합니다. 잘못된 필러로 조인트를 용접하면 열 영향을 받는 부분이 부서지기 쉽습니다. 열을 잘못 관리하면 연강이 반대 방향으로 당기는 동안 스테인리스가 휘게 됩니다. 조인트를 밀봉하지 않은 상태로 놔두면 야외 노출 후 몇 달 이내에 갈바닉 부식이 연강 측면을 공격합니다. 짧은 답변을 올바르게 얻으려면 호가 발생하기 전에 이러한 변수를 모두 이해해야 합니다.

야금학적 과제: 열, 팽창 및 희석

핵심적인 어려움은 스테인리스강과 연강이 세 가지 복합 방식으로 열에 다르게 반응한다는 것입니다.

첫째, 열팽창 . 오스테나이트계 스테인리스강(제조 시 가장 일반적으로 사용되는 304 및 316 등급)은 온도 상승에 따라 연강보다 약 50% 더 팽창합니다. 함께 용접하고 양면이 고르지 않게 가열되면 용접 중에 스테인리스 쪽이 연강 쪽보다 더 많이 늘어나고 냉각 중에 더 많이 수축됩니다. 이러한 차동 움직임은 접합부에 잔류 응력을 생성합니다. 즉, 용접 용착물이 이를 흡수할 만큼 연성이 없으면 조립품이 냉각되면서 균열이 발생하는 응력입니다.

둘째, 열전도율 . 연강은 스테인리스강보다 약 3배 빠르게 용접 영역에서 열을 전도합니다. 이는 열이 접합부의 스테인리스 면에 집중되어 연강 면이 빠르게 냉각되는 동안 더 오랫동안 뜨거운 상태를 유지한다는 것을 의미합니다. 그 결과 불균일한 열 분포, 불균일한 뒤틀림, 용접공이 열 입력을 적극적으로 관리하지 않을 경우 스테인리스 측면이 과열되는 경향이 발생합니다.

셋째, 용접 풀 희석 . 두 가지 기본 금속이 용접 풀에 녹으면서 화학 물질이 혼합됩니다. 이러한 희석(연강에서 탄소를 흡수하고 스테인레스에서 크롬-니켈 함량의 균형)을 수용하기 위해 필러 금속 화학을 선택하지 않으면 결과 용접 용착물에 강도와 연성을 모두 손상시키는 취성 마르텐사이트 또는 시그마 상 구조가 포함될 수 있습니다. 이것이 바로 필러 선택이 이러한 유형의 접합에서 가장 중요한 기술적 결정인 이유입니다.

필러 금속 선택: ER309L을 표준 선택으로 선택

필러 금속은 화학적으로 호환되지 않는 두 기본 재료를 연결합니다. 희석이 발생한 후 스테인리스 면이나 연강 면만 독립적으로 사용할 수 있는 것이 아니라 조인트의 양면과 호환되는 용접 용착물을 생성하도록 공식화해야 합니다.

ER309L은 오스테나이트 스테인리스-연강 접합을 위한 업계 표준 필러입니다. 309L 등급에는 특히 탄소강으로의 희석을 고려하여 표준 스테인리스 필러보다 더 높은 크롬(23~25%) 및 니켈(12~14%) 함량이 포함되어 있습니다. 연강이 용접 풀에 혼합되어 합금 함량이 감소하면 309L 용착물의 높은 시작 화학 성분이 보상되어 오스테나이트, 연성 및 내식성을 유지하는 최종 용접 구성이 생성됩니다. "L" 지정은 낮은 탄소 함량을 나타냅니다. 이는 스테인레스 면의 열 영향부에서 민감화(결정립계에 탄화물 석출) 위험을 줄이는 중요한 요소입니다. 다양한 스테인레스 등급에 대한 자세한 필러 금속 선택 지침을 보려면 적용 분야별 권장 용가재 선택과 함께 스테인레스강 용접에 대한 Hobart Brothers 기술 가이드 기계적 및 부식 성능 요구 사항을 모두 고려한 등급별 권장 사항을 제공합니다.

ER312는 알려지지 않은 연강 구성 또는 더 높은 탄소 함량을 포함하는 조인트에 대한 2차 선택입니다. 312 등급은 309L보다 페라이트 함량이 훨씬 높아 희석률이 높은 시나리오에서 열간 균열에 대한 저항력이 더 뛰어납니다. 309L보다 가격이 더 비싸고 재고가 적기 때문에 일상적인 첫 번째 선택보다는 기본 재료의 화학적 성질이 불확실할 때 올바른 선택이 됩니다.

사용하지 말아야 할 것: 연강 충진재(ER70S-6 와이어 또는 이에 상응하는 것). 스테인리스-연강 접합부의 연강 필러는 접합선에서 녹이 슬게 되는 용접 침전물을 생성합니다. 스테인리스 쪽은 괜찮습니다. 용접 자체가 부식됩니다. 표준 스테인리스 필러(ER308L, 304 스테인리스에서 304 스테인리스까지의 동일 재료 필러)도 적합하지 않습니다. 탄소강과의 희석을 견디는 데 필요한 높은 합금 함량이 부족하고 스테인리스 측면에 부적절한 내식성을 지닌 용접을 생성할 수 있습니다.

용접 공정: TIG, MIG 및 옥시-아세틸렌 옵션

스테인리스와 연강 접합에는 일반적으로 세 가지 공정이 사용되며, 각각 뚜렷한 장점이 있습니다.

TIG(GTAW) 정밀 작업, 얇은 단면 재료(3mm 미만) 및 용접 외관이 중요한 응용 분야(음식 서비스 장비, 건축 패널 및 눈에 보이는 구조 접합부)에 선호되는 공정입니다. TIG는 작업자에게 열 입력, 퍼들 크기 및 필러 추가 속도를 최대한 제어할 수 있는 기능을 제공합니다. 아르곤 차폐 가스(스테인리스 작업의 경우 100% 아르곤)는 스패터가 최소화되고 슬래그가 없는 깨끗한 용접을 생성합니다. 절충점은 속도와 기술 요구 사항입니다. TIG는 전류량, 토치 각도, 이동 속도 및 필러 추가를 동시에 제어해야 하므로 대량 생산 환경과 프로세스에 대한 숙련도를 개발하지 못한 작업자에게는 적합하지 않습니다.

MIG(GMAW) ER309L 와이어를 사용하는 것은 구조적 및 무거운 제작 작업을 위한 생산 선택입니다. MIG는 TIG보다 빠르고, 배우기 쉽고, 두꺼운 재료 섹션을 효율적으로 처리할 수 있습니다. 스테인리스에서 연강까지의 MIG 작업을 위한 차폐 가스는 일반적으로 고아르곤 혼합물(98% Ar / 2% CO2 또는 아르곤, 헬륨 및 CO2의 삼혼합물)입니다. CO2 함량이 높은 표준 연강 차폐 가스는 스테인리스 측면을 산화시키고 용접 영역의 내식성을 저하시킵니다.

옥시-아세틸렌 용접 TIG 장비를 사용할 수 없는 박판 및 소단면 작업에 적합합니다. 개방형 불꽃은 전기 아크보다 열을 덜 정확하게 전달하여 스테인리스 측면이 과열되기 쉽기 때문에 이 공정에서는 세심한 열 관리가 필요합니다. 중성 불꽃(산소 대 아세틸렌 비율이 약 1:1)이 필수입니다. 산화 불꽃이 스테인리스의 산화 크롬 층을 공격하여 다공성을 유발합니다. 에이 정밀 작업을 위한 소형 산소-아세틸렌 용접 및 가열 토치 얇은 이종 금속 접합에 필요한 정밀한 화염 제어 기능을 작업자에게 제공합니다. 현장 사용을 위한 휴대용 가스 용접 및 가열 토치 아크 장비를 사용할 수 없는 현장 수리 및 현장 제작으로 이 기능을 확장합니다. 용접 팁 자체에 대해서는 견고한 옥시아세틸렌 용접 토치 팁 더 무거운 부분의 작업을 처리하는 동시에 경량 옥시아세틸렌 용접 토치 팁 열 제어가 우선시되는 더 얇은 게이지 판금 응용 분야에 적합합니다.

열 제어 및 변형 관리

스테인리스강에서 연강까지의 용접에서 열 관리는 양쪽이 서로 다른 속도로 열에 반응하기 때문에 동일 재료 용접보다 더 까다롭습니다. 목표는 스테인리스 면이 예민화 또는 과도한 왜곡이 발생할 만큼 오랫동안 고온에 머무르는 것을 허용하지 않고 융합을 달성할 수 있을 만큼 충분한 열을 전달하는 것입니다.

여러 가지 기술이 이 문제를 직접적으로 해결합니다. 백스텝 용접 - 전체 이동 방향과 반대 방향으로 짧은 용접 세그먼트를 실행 - 연속 순방향 용접보다 조인트를 따라 열을 더 고르게 분산시켜 스테인리스를 휘게 만드는 열 집중을 줄입니다. 간헐적인 가열 , 특히 옥시아세틸렌 작업과 관련된 작업은 열을 가하고 스테인리스 측면의 온도가 일부 낮아지도록 잠시 멈췄다가 다시 시작하는 것을 의미합니다. 이는 스테인레스가 왜곡 임계값을 초과하여 열을 축적하는 것을 방지합니다.

긴 조인트의 경우 클램핑 및 고정은 선택 사항이 아닙니다. 스테인레스 면은 더 많이 팽창하고 더 천천히 냉각되기 때문에 용접이 진행됨에 따라 고정되지 않은 조인트가 당겨지고 뒤틀리게 됩니다. 전체 비드를 실행하기 전에 일정한 간격으로 고정하고 어셈블리를 평평한 고정 플레이트 또는 스트롱백에 고정하면 열 순환을 통해 조인트 정렬을 유지합니다. 스테인리스 면에는 스테인리스 전용 와이어 브러시를 사용하고 다른 면에는 전용 연강 브러시를 사용하십시오. 탄소강 입자가 스테인리스 표면에 교차 오염되면 시간이 지남에 따라 부식 구멍으로 발전하는 녹 반점이 생성됩니다.

다중 용접 패스를 실행하는 경우 패스 사이에 접합부를 냉각시키십시오. 스테인리스-연강 조인트의 핫 패스 위에 핫 패스를 쌓으면 열 입력이 발생하고 스테인리스에 대한 감작과 연강 열 영향 구역의 과도한 입자 성장을 유발할 위험이 있습니다. 는 용접 안전을 위한 아세틸렌 역화방지기 반복적인 가열 주기로 인해 역화 현상을 유발하는 압력 변동이 발생할 수 있는 연장된 용접 작업에 사용되는 산소-아세틸렌 설정의 토치 입구에 장착해야 합니다.

용접 후 처리: 접합부를 장기적으로 보호

구조적으로 건전한 스테인리스-연강 용접은 작업의 절반에 불과합니다. 처리하지 않은 상태로 놔두면 접합부는 기계적으로 파손되기 오래 전에 부식으로 인해 파손됩니다. 왜냐하면 습기와 전기적으로 접촉하는 두 금속이 연강 쪽의 녹을 가속화하는 갈바니 전지를 생성하기 때문입니다.

갈바니 부식 이는 스테인리스강이 연강보다 전기화학적으로 더 귀족적이기 때문에 발생합니다. 전해질(수분, 습도, 염수)이 있는 경우 연강은 희생 양극 역할을 하며 단독으로 있을 때보다 더 빨리 부식됩니다. 환경이 공격적일수록 이 프로세스가 더 빠르게 실행됩니다. 실내 건식 응용 분야의 경우 갈바닉 효과가 최소화됩니다. 실외, 해양 또는 습도가 높은 환경의 경우 관절을 적극적으로 보호해야 합니다.

스테인리스 쪽에는, 패시베이션 - ASTM A967에 따라 질산 또는 구연산으로 처리 - 용접 열로 인해 파괴된 크롬 산화물 층을 복원하여 스테인리스 표면을 설계된 내식성 수준으로 되돌립니다. 이 단계는 식품 서비스, 제약 및 해양 스테인리스 제조의 표준 관행이므로 스테인리스 표면이 부식제에 노출되는 경우 건너뛰어서는 안 됩니다.

연강 쪽에서는, 밀봉 및 코팅 주요 방어 수단입니다. 연강 면에 적용된 페인트, 에폭시 프라이머 또는 아연이 풍부한 프라이머는 갈바닉 부식을 유발하는 수분 경로를 방해합니다. 침수 또는 해양 응용 분야의 경우 연강 면에 결합된 아연 희생 양극은 강철 대신 우선적으로 부식되어 전기화학적 보호를 제공합니다. 적절한 실란트로 용접 토우를 밀봉하면 접합선 자체에 습기가 침투하는 것을 방지할 수 있습니다. 이는 주변 표면이 코팅되어 있어도 틈새 부식이 시작될 수 있는 가장 취약한 지점인 경우가 많습니다.

올바른 용가재, 제어된 열 입력 및 적절한 용접 후 처리를 통해 스테인리스-연강 조인트는 주변 구조물의 사용 수명과 일치합니다. 이러한 단계 중 하나를 건너뛰면 수명이 눈에 띄게 단축됩니다. 따라서 짧은 대답("예, 가능합니다")은 전체 프로세스가 포함된 경우에만 유용합니다.