알루미늄 합금 (Aluminum & Aluminum Based-Alloy)
1. 종류 및 성질
Aluminum 합금은 그 합금 원소의 성분에 따라 Table 1, 2 에서 제시된 바와 같이
1000 시리즈부터 7000 시리즈까지 4 행의 숫자로 표시되어 있다.
각각의 첫 번째 숫자가 의미하는 내용은 다음과 같이 구분된다.
Al 순도 99.0% 또는 그 이상의 순 Al 1XXX
Al-Cu 계 합금 2XXX
Al-Mn 계 합금 3XXX
Al-Si 계 합금 4XXX
Al-Mg 계 합금 5XXX
Al-Mg-Si 계 합금 6XXX
Al-Zn-(Mg, Cu)계 합금 7XXX
기타 합금 원소 8XXX
사용되지 않는 강종 (예비 번호) 9XXX
Fig. 1 알루미늄 합금의 계통도
Table 1 Aluminum 합금의 구분
2
Alloy Group Material 특성
1000 시리즈
순 Al 로서, 내식성이 좋고, 광의 반사성, 열의 도전성이 뛰어나다.
강도는 낮지만 용접 및 성형가공이 쉽다.
2000 시리즈
Cu 를 주첨가 성분으로 한 것에 Mg 등을 함유한 열처리 합금이다.
열처리에 따라 강도는 높지만 내식성 및 용접성이 떨어지는 것이 많
다. (단 2219 합금의 용접성은 우월하다.)
Rivet 접합에 의한 구조물, 특히 항공기재로서 이용된다.
3000 시리즈
Mn 을 주첨가 성분으로 한 냉각가공에 의해 각종 성질을 갖는 비열
처리 합금이다. 순 Al 에 비해 강도는 약간 높고, 용접성, 내식성, 성
형 가공성 등도 좋다.
4000 시리즈
Si 를 주첨가 성분으로 한 비열처리 합금이다.
용접 재료로서 이용된다.
5000 시리즈
Mg 를 주첨가 성분으로 한 강도가 높은 비열처리 합금이다.
용접성이 양호하고 해수 분위기에서도 내식성이 좋다.
6000 시리즈
Mg 와 Si 를 주첨가 성분으로 한 열처리 합금이다.
용접성, 내식성이 양호하며 형재 및 관 등 구조물에 널리 이용되고
있다.
7000 시리즈
Zn 을 주첨가 성분으로 하지만, 여기에 Mg 을 첨가한 고강도 열처리
합금이다.
Table 2 대표적인 Al 합금재의 종류와 화학 성분
명 화 학 성 분 (%)
칭 Si Fe Cu Mn Mg Zn Cr Ti 기 타 Al
1060 0.25 0.35 0.05 0.03 0.03 0.05 - 0.03 ≥99.6
1100 1.0 0.05~
0.20 0.05 - 0.10 - - ≥99.0
2011 0.40 0.7 5.0 ~
6.0 - - 0.30 - - Pb : 0.20~0.6
Bi : 0.20~0.6 Remainder
2014 0.50
~ 1.2 0.7 3.9 ~
25.0
0.40
~ 1.2
0.20
~ 0.8 0.25 0.10 - Zr + Ti : 0.20 Remainder
2024 0.5 0.5 3.8 ~
4.9
0.30
~ 0.9
1.2 ~
1.8 0.25 0.10 - Zr + Ti : 0.20 Remainder
2219 0.20 0.30 5.8 ~
6.8
0.20~
0.40 0.02 0.10 -
0.02
~
0.10
V : 0.05~0.15
Zr : 0.10~0.25 Remainder
3003 0.6 0.7 0.05~
0.20
1.0 ~
1.5 - 0.10 - - Remainder
3004 0.30 0.7 0.25 1.0 ~
1.5
0.8 ~
1.3 0.25 - - Remainder
3005 0.6 0.7 0.30 1.0 ~
1.5
0.20
~ 0.6 0.25 0.10 0.10 Remainder
4032 11.0 ~
13.5 1.0 0.50
~ 1.3 - 0.8 ~
1.3 0.25 0.10 - Ni : 0.5 ~ 1.3 Remainder
3
명 화 학 성 분 (%)
칭 Si Fe Cu Mn Mg Zn Cr Ti 기 타 Al
4043 4.5 ~
6.0 0.8 0.03 0.05 0.05 0.10 - 0.20 Remainder
5005 0.30 0.70 0.20 0.20 0.5 ~
1.1 0.25 0.10 - Remainder
5052 0.25 0.40 0.10 0.10 2.2 ~
2.8 0.10 0.15~
0.35 - Remainder
5083 0.40 0.40 0.10 0.40
~ 1.0
4.0 ~
4.9 0.25 0.05~
0.25 0.15 Remainder
5082 0.20 0.35 0.15 0.15 4.0 ~
5.0 0.25 0.15 0.10 Remainder
6061 0.40
~ 0.8 0.7 0.15~
0.40 0.15 0.8 ~
1.2 0.25 0.04~
0.35 0.15 Remainder
6063 0.20
~ 0.6 0.35 0.10 0.10 0.45
~ 0.9 0.10 0.10 0.10 Remainder
6N01 0.40
~ 0.9 0.35 0.35 0.50 0.40
~ 0.8 0.25 0.30 0.10 Remainder
6951 0.20~
0.50 0.8 0.15~
0.40 0.10 0.40
~ 0.8 0.20 - - Remainder
7003 0.30 0.35 0.20 0.30 0.50
~ 1.0
5.0 ~
6.5 0.20 0.20 Zr : 0.05~0.25 Remainder
7072 0.7 0.10 0.10 0.10 0.8 ~
1.3 - - Remainder
7075 0.40 0.5 1.2 ~
2.0 0.30 2.1 ~
2.9
5.1~
6.1
0.18
~
0.35
- Zr + Ti : 0.25 Remainder
7N01 0.30 0.35 0.20 0.20
~ 0.7
1.0 ~
2.0
4.0 ~
5.0 0.30 0.20 Zr : 0.25
V : 0.10 Remainder
� 이상에 표기된 알루미늄 합금의 명칭은 Aluminum Association 의 명명법에 따른
명칭이다.
1.1 Aluminum 합금의 특성
알루미늄과 그 합금은 항공 우주 산업이나 가정용 기물 외에 일반 공업용
차량, 토목, 건축, 조선, 화학 및 식품 등 많은 공업 분야에 널리 사용된다.
알루미늄은 pH 4.5 ~ 8.5 의 환경에서 산화 피막이 모재를 보호하기 때문에
내식성은 우수하나 이온화 경향이 커서 부식 환경하에서 Fe, Cu, Pb 등과 접
촉하면 심하게 부식되고 수은은 ppm 단위만 있어도 심하게 부식된다.
순수 알루미늄은 강도가 낮으므로 각종 원소 (Mn, Si, Mg, Cu, Zn, Cr 등)를 첨
가하여 주로 석출 경화에 의한 강도 향상을 도모하여 사용한다.
자성이 없으며 일반 탄소강에 비해 열 및 전기 전도도는 약 4 배 정도로 크
고, 선팽창계수는 약 2 배 정도 커서 용접성은 많이 떨어지는 재료이다.
4
1.1.1 알루미늄의 일반적인 특성
(1) 가공경화
Al 합금은 순 Al 에 합금 원소가 첨가되어, 여기에 가공 경화 및 열처리
에 의해 강도가 향상된다. 비열처리 합금에는 각각 Mn, Si, Mg 등이 첨
가되어 H 시리즈의 특별 기호가 붙은 가공 경화의 정도에 따라 일정한
강도가 얻어진다.
(2) 열전도도, 전기전도도
Al 합금의 열전도도는 Cu 보다 낮지만, 강의 4~5 배가 되기 때문에 국부
가열이 곤란하다.
(3) 열팽창, 응고 수축율
Al 합금의 선팽창 계수는 강의 약 2 배이다. 따라서 용접 변형이 발생
하기 쉽고, 더욱이 응고 수축율이 강의 약 1.5 배이기 때문에 합금에 따
라서는 응고 균열이 발생하기 쉽다.
(4) 산화성
Al 합금은 상당히 산화하기 쉽고, 실온에서도 공기중의 산소와 반응하
여 50~100Å 두께의 산화 알루미늄을 그 표면에 생성한다.
이 산화 Al 의 융점은 2270~3070K 의 고온으로 일반적인 Arc 용접시에
는 용융되지 않은 산화 피막에 의해 Al 합금 상호의 융합이 방해를 받게
된다. 또 이 산화물의 비중이 3.75~4.0 으로 Al 합금에 비해 크기 때문
에 용융금속의 아래 부분에 깔리게 되고 더욱이 이 산화물의 결정수가
분해하여 수소를 방출하기 때문에 용접 금속에 기공이 형성되어 건전한
용접부가 얻어지지 않는다. 따라서 Al 합금의 용접에서는 이들 산화물
을 미리 제거하여 용접에 임하여야 한다.
1.2 알루미늄 합금의 구분
이하에서는 알루미늄 합금을 열처리에 의한 경화여부에 기준을 두어 구분하
고 각각의 특징을 개략적으로 설명한다.
1.2.1 비열처리 알루미늄 합금
비열처리 알루미늄 합금의 강도는 실리콘(Si), 철(Fe), 망간(Mn), 마그네슘
(Mg) 등의 원소에 의한 고용 강화 혹은 분산 강화에 의해 결정된다.
이 분류에 속하는 금속은 앞서 제시된 Table 1 과 2 의 1XXX, 3XXX, 4XXX,
5XXX 에 속하는 금속들이다. 근본적으로 석출물에 의해서 경화하는 조직
5
상의 특성을 가지고 있기에 열처리에 의해 경화하지 않는다.
이들 합금을 경화하기 위해서는 가공 경화의 방법이 적용된다. 가공 경화
된 이들 합금의 강도를 저하하기 위해서는 343 ~ 410℃의 범위에서 열처리
를 실시한다.
비열처리 알루미늄 합금을 용융 용접하게 되면 열영향부의 강도가 저하한
다. 대표적인 비열처리 합금의 성분과 용도를 Table 3 에 표시한다.
Table 3 대표적인 비열처리 알루미늄 합금의 성분과 용도
Nominal Composition (%) 합금명 Cu Mn Mg Cr 대표적인 용도
1080 99.8% Min. Aluminum
1070 99.7% Min. Aluminum
1060 99.6% Min. Aluminum
1050 99.5% Min. Aluminum
강도는 낮지만 열, 전기 전
도성 높음. 성형성, 용접성,
내식성 양호
반사판, 조명기구, 장
식품, 화학공업용
Tank 도전재등
1020 99.2% Min. Aluminum
1100 99.0% Min. Aluminum
강도는 비교적 낮으나, 성
형성, 용접성, 내식성 양호
일반기물, 건축용재,
전기기구, 각종용기,
기타강도를 요구하는
성형품
3003 0.12 1.2 - -
강도는 1100 보다 약간 크
고, 용접성, 내식성도 1100
과 같은 정도
일반용기물, 건축용
재, 차량용재, 선박용
재, 각종용재 등
3004 - 1.2 1.0 -
3003 보다 강도가 높고
Deep Draw 성이 우수하고
내식성도 양호
Can Body, 전구
Base, 지붕재, Color
Al 등
5005 - - 0.8 -
3003 과 같은 정도의 강도
를 가지며 내식성, 용접성,
가공성 양호
차량 내장등 低응력
부품 구조재, 조리용
기구, 일반용기물 등
5050 - - 1.4 -
표면이 미려하고
3003 이나 5005 보다
높은 강도
5052,
5652 - - 2.5 -
내식성 특히 내해수성이 우
수하고 성형성, 용접성 양
호
선박용 구조 부품재,
연료 Tank, 가정용기
구 등
5082 - - 4.5 0.15
5083 에 가까운 강도를 가
지며 성형가공성, 내식성이
좋음
Can End 등
5083 - 0.7 4.4 0.15
비열처리용 합금중 최고의
강도를 가지나, 성형성은
약간 떨어짐. 내식성, 용접
성 양호
선박용재, 차량용재,
압력용기, 용접구조용
재등
6
Nominal Composition (%) 합금명 Cu Mn Mg Cr 대표적인 용도
5086 - 0.45 4.0 0.15 해양 구조물, 저장조
5154,
5254 - - 3.5 0.25
5052 와 5083 의 中정도의
강도를 가지며 성형성, 내
식성, 용접성 양호
선박용재, 차량용재,
압력용기, 용접구조용
재 등
5454 - 0.8 2.7 0.12 고온용 구조물, 고온
압력기기
5456 - 0.8 5.1 0.12 해양 구조물, 압력 용
기
5N01 - - 0.4 - 화학 또는 전해연마하여 양
극산화 처리후 극히 광택성
이 좋고 성형성, 내식성, 용
접성 양호
고급기물, 장식품, 반
사판등
비열처리 알루미늄 합금은 명칭 뒤에 –X 와 같은 첨자를 붙여서 강의 제조
상태를 표시한다.
비열처리 알루미늄 합금의 제조 상태는 다음과 같이 표시한다.
Table 4 비열처리 알루미늄 합금의 제조 상태와 용도
표기 제조 상태 주요 용도
- 0 Annealed,
recrystallized
낮은 강도를 가지고 연성과 인성을 향상하여
형상의 안정성을 꾀하는 주조재
- F As fabricated 형강 제조용 재료, 기계적 특성에 제한이 없
다. 가공 경화가 가능하다.
- H1 Strain hardened only
- H2 Strain hardened and
then partial annealed
- H3 Strain hardened and
then stabilized
별도의 열처리 없이 가공 경화만으로 원하는
강도를 얻게 한다. 뒤에 붙은 숫자는 가공
경화의 정도를 의미한다.
Table 5 비열처리 알루미늄 합금의 기계적 특성
합금명
/ 제조상태
항복강도
Yield
Strength
(Kgf/mm2)
인장강도
Tensile
Strength
(Kgf/mm2)
연신율
Elongation
thickness
(1.6mm %)
Brinell
Hardness
전단강도
(Kgf/mm2)
피로강도
(Kgf/mm2)
1070 -O
-H14
-H18
4.50
8.00
15.00
7.00
11.00
16.00
37
8
5
18
32
38
1050 –O
-H14
-H16
-H18
3.00
10.50
12.50
15.00
8.00
11.00
13.50
16.00
39
10
8
7
20
32
36
40
6.50
7.00
8.00
8.50
3.00
3.50
4.00
5.00
1100 –O 3.50 9.00 35 23 6.50 3.50
7
합금명
/ 제조상태
항복강도
Yield
Strength
(Kgf/mm2)
인장강도
Tensile
Strength
(Kgf/mm2)
연신율
Elongation
thickness
(1.6mm %)
Brinell
Hardness
전단강도
(Kgf/mm2)
피로강도
(Kgf/mm2)
-H12
-H14
H16
-H18
10.50
12.00
14.00
15.50
11.00
12.50
15.00
17.00
12
9
6
5
28
32
38
44
7.00
7.50
8.50
9.00
4.00
5.00
6.50
6.50
1200 –O
-H14
-H16
-H18
4.00
11.50
13.50
17.00
9.50
12.00
14.50
18.00
38
9
6
6
23
32
38
44
6.50
8.00
8.50
9.00
3.50
5.00
6.00
6.00
3003–O
-H12
-H14
-H16
-H18
4.00
12.50
15.00
17.50
19.00
11.00
13.50
15.50
18.50
20.50
30
10
8
5
4
28
35
40
47
55
7.50
8.50
10.00
10.50
11.00
5.00
5.50
6.50
7.00
7.00
3004–O
-H32
-H34
-H36
-H38
7.00
17.50
20.50
23.00
25.50
18.50
22.00
24.50
26.50
29.00
20
10
9
5
5
45
52
63
70
77
11.00
12.00
12.50
14.00
15.00
10.00
10.50
10.50
11.00
11.00
5005–O
-H12
-H14
-H16
-H18
-H32
-H34
-H36
-H38
4.00
13.50
15.50
17.50
19.50
12.00
14.00
17.00
19.00
12.50
14.00
16.00
18.50
20.50
14.00
16.00
18.50
20.50
25
10
6
5
4
11
8
6
5
28
-
-
-
-
36
41
46
51
7.50
10.00
10.00
10.50
10.00
11.00
10.00
10.50
11.00
-
-
-
-
-
-
-
-
-
5052–O
-H32
-H34
-H36
-H38
9.00
19.50
22.00
24.50
26.00
19.50
23.00
26.50
28.00
29.50
25
12
10
8
7
47
60
68
73
77
12.50
14.00
15.00
16.00
17.00
11.00
12.00
12.50
13.50
14.00
5056–O
-H18
-H38
15.50
41.50
35.00
29.50
44.50
42.00
-
-
-
65
105
100
18.50
24.00
22.50
14.00
15.50
15.50
5083–O
-H321
15.00
23.00
29.50
32.50
-
-
-
-
17.50
-
-
16.00
5086–O
-H32
-H34
-H38
12.00
21.00
26.00
13.50
26.50
29.50
33.00
27.50
22
12
10
14
-
-
-
-
16.00
-
19.00
-
-
-
-
5086–O
-T4, T451
-T6, T651
5.50
15.00
28.00
12.50
24.50
31.50
25
22
12
30
25
17
8.5
17.00
21.00
6.50
10.00
10.00
8
1.2.2 열처리 알루미늄 합금
알루미늄 합금의 강도는 합금 원소에 의해서 결정된다. 구리(Cu), 망간
(Mn), 아연(Zn), 규소(Si) 등의 원소는 알루미늄 합금의 온도가 올라갈수록
고용도가 높아진다. 따라서 열처리에 의해서 이들 합금 원소의 석출과 고
용화에 의한 경화를 이룰 수 있다. 이러한 의미에서 이들 합금 원소가 첨
가된 알루미늄 합금을 열처리 알루미늄 합금이라고 구분하다.
여기에 속하는 합금은 2XXX, 6XXX 와 7XXX 그리고 합금 원소 조합에 따
라 일부 4XXX 가 있다. 가장 널리 사용되는 열처리 알루미늄 합금의 합금
조성과 용도를 아래에 표시한다.
Table 6 주요 열처리 알루미늄 합금의 성분과 용도
Nominal Composition (%) 합금명 Cu Si Mn Mg Zn Ni Cr 주요 용도
2014 4.4 0.8 0.8 0.5 - - -
2017 4.0 0.5 0.7 0.6 - - -
내식성은 떨어지나, 강도가 매우 높
고, 열간 가공성도 좋음
구조용 강재, 항공기나 자동차용 부
품 단조재
2024 4.4 - 0.6 1.5 - - -
2017 보다 강도가 높고 절삭성 양호,
가공 경화후 인공시효성 큼 耐응력부
식성도 양호.
구조용, 내식용 재료, 자동차
2036 2.6 - 0.25 0.45 - - - 자동차용 철판
2090 2.7 - - - - - - 구조용, 항공기용
2218 4.0 - - 1.5 - 2.0 - 단조품, 고온용 강재, 피스톤, 우수한
강도와 경도
2219 6.3 - 0.30 - - - - 구조용, 고온용 강재, 우수한 용접성,
항공기용
2519 5.8 - 0.30 0.17 0.06 - - 구조용, 고강도 군사용 재료
2618 2.3 0.18 - 1.6 - 1.0 - 단조품, 고온용 강재, 피스톤, 우수한
강도와 경도
6005 - 0.8 - 0.50 - - - 구조용, 건축용
6009 0.40 0.8 0.50 0.6 0.25 - 0.10 자동차용 철판
6010 0.40 1.0 0.50 0.8 0.25 - 0.10 자동차용 철판
6013 0.9 0.25 0.35 0.95 - - - 6061 보다 우수한 강도, 구조용 강재
6061 0.25 0.6 - 1.0 - - 0.20
내식성, 용접성이 좋고 중간정도의
강도로 냉각 가공성은 열처리합금으
로서 양호. 우수한 내식성, 강도, 용
접성 우수, 해수용 기자재, 건축용
6063 - 0.40 - 0.7 - - -
양극산화 대막은 현저하게 양호, 압
축 가공성 우수. 건축용 재료, 배관
재
6070 - 1.4 - 0.8 - - - 구조용 재료, 배관재
6101 0.50 - - 0.6 - - - 전기용 재료
6262 0.28 - - 1.0 - - 0.09 회전기기, 배관재
6351 - 1.0 0.6 0.6 - - - 6061 와 동일
6951 - 0.35 - 0.6 - - - Brazing 용 재료
9
7004 - - - 1.5 4.2 - - 인발 가공재, 차량용 부재
7005 - - 0.45 1.4 4.5 - 0.13 인발 가공재, 차량용 부재
7039 - - 0.30 2.8 5.6 - 0.23 군사용 교량, 무기 재료
7075 1.6 - - 2.5 5.6 - 0.23
2024 보다 매우 높은 강도를 가지며,
현재 Al 합금중 최고의 강도 유지.
고강도 항공기용 재료, 내식용 재료
7079 0.6 - - 3.3 4.3 - 0.20 두께가 76.2mm 이상의 후판에 적용
되는 고강도 합금, 항공기 재료
7178 2.0 - - 2.8 6.8 - 0.23 항공기 재료, 7075 보다 우수한 강도
비열처리 합금과 마찬가지로 열처리 알루미늄 합금의 경우에도 명칭 뒤에
–X 와 같은 첨자를 붙여서 제조 상태를 표시한다.
다음의 표에 열처리 알루미늄 합금의 제조 상태 표시법을 정리한다.
Table 7 열처리 알루미늄 합금의 제조 상태와 용도
표기 제조 상태 주요 용도
- 0 Annealed 낮은 강도로 인해 인성이 좋고, 형상의 안정성
이 우수하다.
- F As fabricated 기계적 특성에 제한이 없고, 형강의 제조에 사
용된다.
- W Solution heat treated 고용화 열처리 이후에 실온에서 시효하여 사용
한다.
- T1
고온 성형후 냉각하여 시효처리 한다. 고온 성
형 이후에 냉간 가공하지 않거나 냉간 가공에
의한 경화가 기계적 특성에서 고려되지 않는
곳에 사용한다.
- T2
Cooled from an elevatedtemperature
shaping
process and naturally
aged to a subsequent
stable condition
고온 성형후 냉각하여 시효처리 한다. 고온 성
형 이후에 냉간 가공하지 않거나 냉간 가공에
의한 경화가 기계적 특성치의 한계를 넘지 않
는 곳에 사용한다.
- T3
Solution heat treated, cold
worked, and naturally
aged to a substantially
stable condition.
고용화 열처리 이후에 냉각하면서 자연스럽게
시효처리 한다. 냉간 가공으로 경화 시키거나
냉간 가공에 의한 경화가 기계적 특성치의 한
계를 넘지 않는 곳에 사용한다.
- T4
Solution treated and
naturally aged to a
substantially stable
condition
고용화 열처리 이후에 냉각하면서 자연스럽게
시효처리 한다. 냉간 가공을 실시하지 않거나
냉간 가공에 의한 경화가 기계적 특성치의 한
계를 넘지 않는 곳에 사용한다.
- T5
Cooled from an elevatedtemperature
shaping
process and then
artificially aged
고온 성형후 냉각하여 인위적으로 시효처리 한
다. 냉간 가공하지 않거나 냉간 가공에 의한
경화가 기계적 특성에서 고려되지 않는 곳에
사용한다.
- T6 Solution heat treated and
stabilized
고용화 열처리 이후에 냉간 가공을 하지 않거
나 냉간 가공에 의한 경화가 기계적 특성에서
고려되지 않는 곳에 사용한다.
10
표기 제조 상태 주요 용도
- T7 Solution heat treated and
stabilized
높은 강도 및 특별한 장점을 가지게 하기 위해
고용화 열처리 이후에 안정화 열처리 실시
- T8
Solution heat treated, cold
worked, and then
artificially aged
강도 향상을 위해 냉간 가공하거나, 냉간 가공
에 의한 경화가 기계적 특성치의 한계를 넘지
않는 곳에 사용한다.
- T9
Solution heat treated,
artificially aged, then cold
worked
강도 향상을 위해 냉간 가공을 실시한다.
- T10
Cooled from an elevatedtemperature
shaping
process, cold worked, and
then artificially aged.
강도 향상을 위해 냉간 가공을 실시하거나, 냉
간 가공에 의한 경화가 기계적 특성치의 한계
를 넘지 않는 곳에 사용한다.
Table 8 열처리 알루미늄 합금의 기계적 특성
합금명 /
제조 상태
항복강도
Yield
Strength
(Kgf/mm2)
인장강도
Tensile
Strength
(Kgf/mm2)
연신율
Elongation
thickness
(1.6mm %)
Brinell
Hardness
전단강도
(Kgf/mm2)
피로강도
(Kgf/mm2)
2014–O
-T4, T451
-T6, T651
10.00
29.50
42.00
19.00
43.50
49.00
-
-
-
45
105
135
12.50
26.50
29.50
9.00
14.00
12.50
2017–O
-T4, T451
7.00
28.00
18.00
43.50
-
-
45
105
12.50
26.50
9.00
12.50
2024–O
-T3
-T351,T4
-T36
8.00
35.00
33.00
40.00
19.00
49.00
48.00
50.50
20
18
20
13
47
120
120
130
12.50
29.00
29.00
29.50
9.00
14.00
14.00
12.50
6063–O
-T1
-T4
-T5
-T6
-T83
-T831
-T832
5.00
9.00
9.00
15.00
22.00
24.50
19.00
27.50
9.00
15.50
17.50
19.00
24.50
26.00
21.00
29.50
-
20
22
12
12
9
10
12
25
42
-
60
73
82
70
95
7.00
10.00
-
12.00
15.50
15.50
12.50
19.00
5.50
6.50
-
7.00
7.00
-
-
-
7075–O
-T6,T651
10.50
47.00
22.50
53.50
17
11
-
-
15.50
32.50
-
-
11
2. 알루미늄 합금의 용접
2.1 용접 재료
2.1.1 용접 재료의 종류
용접 재료는 JIS Z 3232 에 용접봉 (BY) 및 전극 Wire (WY)로 규정되어 있
고 ASME Sec. II Part C 에는 SFA 5.10 에 제시되어 있다.
ASME Sec. II Part C 에 규정된 SFA 5.10 알루미늄 및 알루미늄 합금의 용
접 재료와 그 화학성분을 다음에 소개한다.
Table 9 알루미늄 합금의 용접 재료 (SFA-5.10)
합금 성분 (wt%) Others
용접 재료 UNS No.
Si Fe Cu Mn Mg Cr Ni Zn Ti Each Total
Aluminu
m
ER1100
R1100 A91100 Si + Fe＜
0.95
0.05
~
0.20
0.10 0.05 A 0.15 99.0%
Min.
ER1188 B
R1188 B A91188 0.06 0.06 0.00
5 0.01 0.01 0.03 0.01 0.01 A 99.88%
Min.
ER2319 C
R2319 C A92319 0.20 0.30 5.8 ~
6.8
0.20
~
0.40
0.02 0.10
0.10
~
0.20
0.05 A 0.15 Rem.
ER4009
R4009 A94009 4.5 ~
5.5 0.20 1.0 ~
1.5 0.10 0.45
~ 0.6 0.10 0.20 0.05 A 0.15 Rem.
ER4010
R4010 A94010 6.5 ~
7.5 0.20 0.20 0.10
0.30
~
0.45
0.10 0.20 0.05 A 0.15 Rem.
R4011 A94011 6.5 ~
7.5 0.20 0.20 0.10 0.45
~ 0.7 0.10
0.04
~
0.20
0.05 A 0.15 Rem.
ER4043
R4043 A94011 4.5 ~
6.0 0.8 0.30 0.05 0.05 0.10 0.20 0.05 A 0.15 Rem.
ER4047
R4047 A94047
11.0
~
13.0
0.8 0.30 0.05 0.05 0.20 0.05 A 0.15 Rem.
ER4145
R4145 A94515 9.3 ~
10.7 0.8 3.3 ~
4.7 0.15 0.15 0.15 0.20 0.05 A 0.15 Rem.
ER4643
R4643 A94643 3.6 ~
4.6 0.8 0.10 0.05
0.10
~
0.30
0.10 0.15 0.05 A 0.15 Rem.
ER5183
R5183 A95183 0.40 0.40 0.10 0.50
~ 1.0
4.3 ~
5.2
0.05
~
0.25
0.25 0.15 0.05 A 0.15 Rem.
ER5356
R5356 A95356 0.25 0.40 0.10
0.05
~
0.20
4.5 ~
5.5
0.05
~
0.20
0.10
0.06
~
0.20
0.05 A 0.15 Rem.
ER5554
R5554 A95554 0.25 0.40 0.10 0.50
~ 1.0
2.4 ~
3.0
0.05
~
0.20
0.25
0.05
~
0.20
0.05 A 0.15 Rem.
ER5556
R5556 A95556 0.25 0.40 0.10
0.50
~
0.10
4.7 ~
5.5
0.05
~
0.20
0.25
0.05
~
0.20
0.05 A 0.15 Rem.
ER5654
R5654 A95654 Si + Fe＜
0.45 0.05 0.01 3.1 ~
3.9
0.15
~
0.35
0.20
0.05
~
0.15
0.05 A 0.15 Rem.
R-206.0 D A902060 0.10 0.15 4.2 ~
5.0
0.20
~
0.50
0.15
~
0.35
0.05 0.10
0.15
~
0.33
0.05 0.15 Rem.
http://www.technonet.co.kr
12
합금 성분 (wt%) Others
용접 재료 UNS No.
Si Fe Cu Mn Mg Cr Ni Zn Ti Each Total
Aluminu
m
0
R-C355.0 A33550 4.5 ~
5.5 0.20 1.0 ~
1.5 0.10 0.40
~ 0.6 0.10 0.20 0.05 0.15 Rem.
R-A356.0 A13560 6.5 ~
7.5 0.20 0.20 0.10
0.25
~
0.45
0.10 0.20 0.05 0.15 Rem.
R-357.0 A03570 6.5 ~
7.5 0.15 0.05 0.03 0.45
~ 0.6 0.05 0.20 0.05 0.15 Rem.
R-A357.0 E A13570 6.5 ~
7.5 0.20 0.20 0.10 0.40
~ 0.7 0.10
0.04
~
0.20
0.05 0.15 Rem.
Note :
A : Beryllium content shall be 0.0008% maximum.
B : Vanadium content shall be 0.05% maximum. Gallium content shall be 0.03% maximum.
C : Vanadium content shall be 0.5 ~ 0.15%. Zirconium content shall be 0.10 ~ 0.25%.
D : Tin content shall not exceed 0.05%
E : Berylium content shall be 0.04 ~ 0.07%
Rem : Remainder
2.1.2 용접 재료 선정 방법
용도와 모재 특성에 적합한 용접 재료를 선정하기 위해서는 다음과 같은
사항들에 대한 세심한 주의가 반드시 필요하다.
1) 용접부의 균열
2) 용접 금속의 강도
3) 사용 온도
4) 내식성
5) 전기 전도성
6) Anodizing 이후의 색깔
(1) 용접부의 균열
균열 예방은 모든 금속의 용접과 열처리 및 기계가공에 있어서 매우 중
요한 항목이고 반드시 이루어져야 하는 필수 사항이다.
열처리가 가능하지 않는 알루미늄의 합금은 모재와 동일한 재료로 용접
을 시행하면 된다. 그러나, 열처리가 가능한 합금의 경우에는 매우 복
잡한 조직 변화가 수반되고, 그에 따라서 고온 균열(Hot short)의 발생
가능성이 높다. 열처리가 가능한 것과 열처리가 불가능한 이종 금속의
용접일 경우에는 열처리가 가능한 금속 보다 더 낮은 융점을 가지고 있
으면서 강도가 비슷하거나 더 낮은 용접재료를 선택하여 용접에 임해야
한다. 그림 7-9 에는 일반적으로 Al-Si (4XXX 계열), Al-Mg (5XXX 계열),
13
Al-Cu (2XXX 계열), 그리고 Al-Mg2Si (6XXX 계열) 합금은 균열에 매우
민감성을 비교 설명하고 있다.
그림에서 보는 바와 같이 Silicon 과 Manganese 의 양이 많은 합금은
용접 균열 발생 가능성이 적기 때문에 쉽게 용접할 수 있다.
그림 7-9 알루미늄 합금의 균열 발생 감도 비교
(2) 용접 금속의 강도
용접 이음부의 강도 및 연성은 용접 금속의 합금성분에 따라 영향을 받
게 된다. 또한 용접후열처리를 행하는 경우에는 그 성분에 따라 충분
한 강도가 얻어지지 않는 경우가 있다. 특히 모재와 다른 합금계의 용
접 재료를 이용하는 경우에는 이러한 점을 고려하여 용접 재료를 선정
하는 것이 중요하다.
(3) 사용 온도
Al-Mg 계 합금중 3%이상의 Mg 을 함유하는 합금은 약 66℃ 이상의 온
도에서 사용하는 경우에 응력부식 균열의 위험이 있으므로 사용을 피해
야 한다. 이 경우는 Mg 량이 낮은 용접 재료를 사용한다.
알루미늄 합금의 용접재료는 어느 것이나 저온 및 극저온 사용에는 문
제가 없다. 고온용으로 적합한 용접재료는 다음과 같다.
14
Table 10 고온용 알루미늄 용접 재료
용접 주요 합금 성분, wt% 기타 원소
재료 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Each Total
Al
1100 Si + Fe < 0.95 0.05~
0.20 0.05 - - 0.10 - 0.05 0.15 99.0 Min.
1188 0.06 0.06 0.005 0.01 0.01 - 0.03 0.01 0.01 - 99.88 Min.
2319 0.20 0.03 5.8 ~
6.8
0.20~
0.40 0.02 - 0.10 0.10~
0.20 0.05 0.15 Remainder
4009 4.5~
5.5 0.20 1.0~
1.5 0.10 0.45~
0.6 - 0.10 0.10~
0.20 0.05 0.15 Remainder
4010 6.5~
7.5 0.20 0.20 0.10 0.30~
0.45 - 0.10 0.20 0.05 0.15 Remainder
4011 6.5~
7.5 0.20 0.20 0.10 0.45~
0.7 - 0.10 0.04~
0.20 0.05 0.15 Remainder
4043 4.5~
6.0 0.8 0.30 0.05 0.05 - 0.10 0.20 0.05 0.15 Remainder
4047 11.0~
13.0 0.8 0.30 0.15 0.10 - 0.20 - 0.05 0.15 Remainder
4145 9.3~
10.7 0.8 3.3~
4.7 0.15 0.15 0.15 0.20 - 0.05 0.15 Remainder
4643 3.6~
4.6 0.8 0.10 0.05 0.10~
0.30 - 0.10 0.15 0.05 0.15 Remainder
5183 0.40 0.40 0.10 0.50~
0.10
4.3~
5.2
0.05~
0.25 0.25 0.15 0.05 0.15 Remainder
5356 0.25 0.40 0.10 0.05~
0.20
4.5~
5.5
0.05~
0.20 0.10 0.06~
0.20 0.05 0.15 Remainder
5554 0.25 0.40 0.10 0.50~
0.10
2.4~
3.0
0.05~
0.20 0.25 0.05~
0.20 0.05 0.15 Remainder
5556 0.25 0.40 0.10 0.50~
0.10
4.7~
5.5
0.05~
0.20 0.25 0.05~
0.20 0.05 0.15 Remainder
5654 Si + Fe < 0.45 0.05 0.01 3.1~
3.9
0.15~
0.35 0.20 0.05~
0.15 0.05 0.15 Remainder
(4) 내식성
부식 환경에서 사용되는 구조물에는 고순도 합금 또는 특정의 합금성분
이 엄격히 제한되는 합금이 이용되기 때문에 이들 모재에 대한 용접 재
료의 화학 성분에도 충분히 주의하여야 한다.
또 모재와 용접 금속 사이의 이종 금속의 접촉에 따른 Galvanic 작용에
의한 부식을 최소화 하는 것도 중요하다. 여기에는, 모재와 가까운 성
분의 용접 재료를 사용하는 것이 중요하다. Al-Mg 성분의 용접재료는
비슷한 조성을 가진 알루미늄 합금에 있어서 매우 양호한 내식성을 나
타낸다.
(5) 전기 전도성
용접 이음부에 높은 전도성이 필요한 경우도 용접 재료의 합금 성분에
주의하지 않으면 안된다. 예를 들면 합금 성분으로서 Si 보다 Mg 의 도
15
전성이 현저히 떨어지기 때문에 Al-Si 계의 4043 의 용접 재료를 사용하
는 편이 좋다.
(6) Anodizing 이후의 색깔
건축물이나 장식용으로 사용되는 용접 구조물의 경우에는 외관을 보기
좋게 하기 위해 화학적 혹은 전기화학적으로 표면 처리를 하게 된다.
이런 경우에 용접 금속에 포함된 합금 원소로 인해 용접부와 모재 사이
에 색깔이 틀리게 나타날 수 있다. 용접금속의 색을 좌우하는 가장 큰
합금 원소는 규소(Si)와 크롬(Cr)이다.
규소(Si)는 그 함량이 증가할수록 용접 금속의 색이 회색에서 검은색에
가깝게 바뀐다. 그러므로 Al-Si 용접재료로 용접을 하게 되면, 모재와
확연하게 드러나는 경계가 나타나게 된다.
크롬(Cr)은 함량이 증가함에 따라 노란색 혹은 황금색을 나타낸다.
이외에 구리(Cu)와 망간(Mn)은 약간 어두운 색을 보여 주므로 사전에
고려해야 한다.
2.2 용접 방법
이하에서는 Aluminum 용접에 적용 가능한 용접 방법을 간단하게 소개한다.
2.2.1 Gas Tungsten Arc Welding
Al 합금의 교류 GTAW 용접에서는 Cleaning 작용에 의해 모재의 산화 피막
이 제거되기 때문에 Ar 가스에 의한 보호 기능과 높은 집중열에 의해 외
관이 우수한 건전한 용접부가 얻어진다. GTAW 작류 역극성을 사용할 수
도 있으나, 교류를 사용하는 것이 보다 건전한 용접부를 얻을 수 있다.
실제 용접에 있어서 용접봉을 Arc 로 녹여서 용접하기는 매우 어렵다.
알루미늄 합금의 표면에 형성된 산화물로 인해 용융이 어렵기 때문이다.
따라서 용접금속은 모재만의 용융물이거나 모재와 일부 용접봉의 혼합물이
되기 쉽다. 현장 용접에서는 용접봉을 사용이 반드시 필요한 것은 아니며,
제살을 녹여서 시행하는 용접도 많이 적용된다.
용접시에는 용접금속을 보호하기 위한 Shielding Gas 를 충분하게 사용해야
한다. 용접부 보호가 불충분하게 되면, 용접금속의 산화로 인한 결함과
기공 등이 발생하게 된다.
16
2.2.2 Gas Metal Arc Welding
(1) Short Circuit Arc 용접
주로 박판의 구조물을 용접할 때 적용되는 용접 방식이다. 용융 금속
이 이행(Metal Transfer)가 단락시에만 이행하는 것이다. 전극 Wire 직
경 ø0.6~1.2mm, 용접전류 20~150A 의 범위에서 3mm 이하의 박판에
적용된다.
(2) Pulsed Arc 용접
MIG 용접에서는 사용하는 전극 Wire 직경에 따라 임계 전류가 결정된
다. 이 전류 이상에서는 안정한 스프레이상(Spray)의 용적 이행이 되지
만, 그 이하에서는 Drop 또는 Globular 이행이 되어 안정한 이행 및
Arc 가 얻어지지 않는다. 펄스 Arc 용접은 용접 전류가 임계전류 이하
에서도 주기적으로 그 전류보다는 높은 피크(Peak) 전류를 주는 것에
의해 인공적으로 안정한 Arc 를 얻기 때문에 박판 및 중후판에 적용된
다. 전극 Wire 직경으로서는 1.2, 1.6 ø, 2.4 ø 의 것이 사용된다.
(3) Spray Arc 용접
보통 GMAW 라면 이것을 지칭하며 사용 Wire 직경은 1.0~2.4mm ø 로
서, 임계 전류 이상의 전류를 사용한다.
용접 전류는 100~500A 의 넓은 범위가 이용된다.
2.2.3 가스 용접
가스 용접은 장치가 간단하고, 가격이 저렴하며, 박판의 용접이 용이한
장점이 있지만, Al 표면의 강고한 산화 피막을 제거하기 위해서는, 부식
성이 강한 염화물 등의 Flux 를 사용하여야 한다.
또 열집중이 떨어지기 때문에 변형이 발생하기 쉽고, 균열, 강도면에서
적용 가능한 합금의 종류가 제한된다.
열원으로서는 산소-아세틸렌, 산소-수소가스 등이 이용된다.
2.2.4 기타
이상에서 거론된 용접 방법 이외에 알루미늄 용접에 적용되는 용접법으
로는 스터드 용접(Stud Welding), 전자빔 용접 (Electron Beam Welding),
Plasma Arc 용접, 레이저 용접 등이 있다. 최근에는 자동차 제조에
Stud Welding 뿐만 아니라 레이저 용접이 많이 적용되고 있다.
17
2.3 용접 시공에 관한 일반적인 사항
2.3.1 용접 준비
(1) 절단 및 개선 가공
Al 합금에 이용되는 주된 절단법은 기계적인 방법과 GTAW, MIG 의 Arc
에 의한 절단, 고품질을 위한 Air-plasma 절단 등이 있다.
단, Air plasma 절단의 품질은 그대로 용접부 개선 가공으로 사용할 수
없고, 다시 기계 가공할 필요가 있다.
(2) 전처리
건전한 용접부를 얻기 위해서는 모재 표면의 산화 피막, 수분, 유지, 기
타 이물질을 사전에 제거해 둘 필요가 있다.
이와 같은 전처리는 가능한 한 용접직전에 하는 것이 바람직하다.
전처리 방법으로서는 주로 화학적인 부식 방법이 많이 사용되며 Grind
와 같은 기계적인 방법들이 병행되기도 한다.
Table 11 알루미늄 합금의 화학적 전처리 방법
화학 약품 농도 온도 적용 방법 목적
NaOH
50 grams with
1ℓWater
140 ~ 160℉
(60 ~ 71℃)
10 ~ 60 초간 담갔다가
차고 맑은 물로 헹군
다.
Sodium
Hydroxide
(Caustic Soda 처
리후에 Nitric Acid
를 사용한다).
Nitric Acid
HNO3 (68%)와
동등의 물 상온
30 초간 담근 후에, 찬
물로 씻어내고 더운 물
로 헹구어 건조 시킨
다.
표면의 두꺼운
산화 피막을 제
거한다.
Sulfuric-Chromic
H2SO4 1 gal
(3.79ℓ)
CrO3 45oz
(1.28kg)
Water 9 gal
(34.1ℓ)
160 ~ 180℉
(60 ~ 82℃)
2 ~ 3 분간 담근 후에,
찬물로 씻어내고 더운
물로 헹구어 건조 시킨
다.
열처리 과정에
서 발생한 산화
층 제거
Phosphoric-
Chromic
H3PO4 (75%)
3.5gal (13,3ℓ)
CrO3 1.75Ib
(79.4 grams)
Water 100gal
(379ℓ)
200℉(93℃)
5 ~ 10 분간 담근 후
에, 찬물로 씻어내고
더운 물로 헹구어 건조
시킨다.
열처리 과정에
서 발생한 산화
층 제거
Sulfuric Acid
H2SO4 5.81 oz
(165 grams)
Water 0.26 gal
(1ℓ)
165℉(73℃)
5 ~ 10 분간 담근 후
에, 찬물로 씻어내고
더운 물로 헹구어 건조
시킨다.
약간의 부식,
표면의 산화 피
막 제거
Ferrous Sulfate Fe2SO4H2 10%
by Volume 80℉(26.8℃)
5 ~ 10 분간 담근 후에
찬물로 씻어내고 더운
물로 헹구어 건조 시킨
다.
산화 피막의 제
거
18
(3) 용접시공
1) 가접 (Tack Weld)
Al 합금은 용접 변형이 발생하기 쉽기 때문에 구속 치구나 고정구
(JIG)에 의한 구속도 중요하다. 단, 직류를 이용하는 경우는 자기
흡입 방지를 위해 비자성재를 이용한다.
Table 12 가접(Tack Weld)를 위한 용접 예
용접 방법 두께 (mm) 비이드 길이 피치 간격
GTAW 5 ~ 8 20 ~30mm 50 ~ 150mm
MIG 5 ~ 8 30 ~ 50mm 100 ~ 200mm
2) 조립
구조물의 용접 조립 과정에서 여러 개의 용접 이음부가 인접되어 조
립되는 경우에는 열영향부의 중복을 피하기 위해 판 두께의 3 배이
상, 경우에 따라서 100mm 이상 떨어져 용접하는 것이 바람직하다.
알루미늄 합금은 이음부 용접이 어렵기 때문에 가능한 용접 이음매
의 수를 줄여야 한다.
2.3.2 용접 결함 및 방지 대책
(1) 용접균열
1) 종류와 원인
Al 합금에 발생하는 균열은 응고 균열과 용해 균열로 크게 구분된다.
용접 금속내의 균열은 거의 응고 균열이고, 다층 용접시 용접 금속
의 재가열 구역 및 열영향부에서의 미세균열은 용해 균열에 해당된
다. 균열의 대부분은 고온 균열이고, 주로 결정입계에 있어서 합금
원소의 편석 또는 저융점 물질의 존재에 기인한다.
응고 균열은 용접 금속이 응고할 때, 응고시의 수축응력 또는 외력
이 작용할 때 발생하고, 용해 균열은 고온에서 가열된 입계가 국부
적으로 용융하여 팽창 할 때 발생한다.
19
Fig. 알루미늄 합금의 용접부 균열
2) 모재, 용접 재료와 용접 균열
1000, 3000, 4000, 5000 시리즈는 모두 균열발생에 대한 저항성이 있
고, 용접성도 양호하다.
5000 시리즈의 Al-Mg.계 합금에서는 Mg 량이 증가함에 따라 용접균
열이 발생하기 어렵기 때문에 가능한 한 Mg 함유량이 많은 재료를
선정하는 것이 좋다. 단 Mg 량이 너무 많으면 가공성 또는 고온에
서의 내식성 등이 떨어지기 때문에 이러한 점을 고려할 필요가 있다.
6000 시리즈의 Al-Mg-Si 계 합금에서는 같은 조성의 용접 재료로 용
접하면 용접균열이 발생하기 쉽기 때문에 Al-Mg 계 또는 Al-Si 계의
용접 재료를 이용하여 균열방지를 억제시킨다.
6000 시리즈의 모재는 Mg 과 Si 이 주요 원소로서 과대한 입열을
주는 경우에는 모재에 미세한 균열이 발생할 수도 있기 때문에 용접
조건의 관리에 주의할 필요가 있다.
3) 용접 시공과 용접 균열
용접 조건 중에서, 용접 속도의 영향이 가장 현저하고, 용접 속도가
증가하는데 따라 균열 감수성이 크게 된다. 개선내 Butt 용접 초층,
Fillet 용접시에는 용착량을 어느 정도 많이 하는 편이 좋다.
용접 전류를 너무 세게 하면 변형이 커지고, 너무 낮게 하면 급속한
응고를 초래하기 때문에 적정한 전류를 선정하는 것이 중요하다.
Arc 전압은 거의 균열에 영향을 미치지 않는다.
Bead 의 처음과 끝나는 부위 및 이음부에는 균열 발생이 쉽다.
이러한 것을 방지하기 위해 End TAB 을 설치하는 방법이 안전하고
이것이 여의치 않을 경우 Crater 처리를 하는 것이 좋다.
다층 용접시에는 다음 층의 용접열에 의해 전층의 입계가 국부적으
로 용융하여 미소 균열이 발생하는 경우가 있다.
이와 같은 균열은 용접 입열이 클수록 또 층간 온도가 높을수록 발
생하기 쉽다.
20
(2) 기공
Al 합금의 용접에는 기공이 발생하기 쉽다. 용접 금속에 균일하게 분산
된 기공은 이음부의 강도에는 큰 영향을 주지 않지만, 국부적으로 집중
하거나, 크기가 큰 기공 등은 영향을 미친다.
기공의 발생은 주로 수소에 의한 것이다. Al 합금의 용융 응고시 수소
의 용해도 변화가 현저하기 때문이다. 용해도 차이에 의해 조직내로
빠져 나온 수소가 외부로 방출되지 못하고 조직내에 남아서 기공이 되
는 것이다. 수소 발생원으로서는 모재, 용접 재료중의 용해수소, 표면
에 부착한 수분, 유기물, 산화막에 부착한 수분, 보호 가스중의 수소, 분
위기중에 침입하는 공기중의 수분 등이다. 이중에서 가장 문제가 되는
것은 공기중의 수분 침입이고 다음이 용접 재료 표면의 수소 발생원이
다. 기공의 방지 대책은 아래 Table 10 과 같다.
Fig. 알루미늄 합금 용접부의 기공
Table 13 종합적인 관점에서 본 기공방지 대책
요 인 방 지 대 책
설 계
1. 기공이 발생하기 쉬운 용접부를 설계 단계에서 제외
① 횡향, 상향 용접부의 감소
② 어려운 자세 또는 복잡한 형상의 용접개소를 적게 한다.
2. 용접선을 감소시킨다.
① 폭이 넓은 판재의 사용
② 형재 (形材)의 사용
시공 및
시공관리
1. 적정한 용접조건을 선정한다.
① 판두께, 용접자세, 용접법, 적정전류, 전압, 용접속도의 선정
② 보호가스 유량의 선정
2. 적정한 전처리법을 채용한다.
① 판표면의 이물질 제거, 개선면의 아세톤 탈지
② 산화피막의 제거
3. 모재, 용접 재료 관리
① 모재, 개선면의 보호
② 용접 재료를 건조로 또는 청정한 장소에 보관
4. 용접기기를 점검한다.
① Torch 의 수냉 유무 확인
21
요 인 방 지 대 책
② Touch 선단에서의 보호 가스 이슬점의 계측 (233K 이하)
③ 작업 개시 전 Arc 상태의 확인
5. 적정한 start 처리를 한다.
① 가스흐름 확인
② End-TAB 사용
③ Bead 이음부 처리 (전층의 start 부 제거)
6. 환경관리를 행한다.
① 고습도하에서 방습조치 (습도 85~90% 이상에서는 특히 주의)
② 용접시의 방풍조치 (풍속 1m/sec 이상에서는 특히 주의)
검 사
1. 실제 시공전에 시험판으로 검사를 실시 시공법이 적정한가 확인
한다.
2. 구조물 건조의 초기단계에서 검사를 도입한다.
3. 검사 결과를 용접 감독관에게 신속히 Feedback 시킨다.
(3) 기타 결함
Al 합금에서는 개선부 부근의 산화피막 제거 및 층간의 청소가 불충분한
경우에, 산화피막에 기인하는 융합불량이 발생하기 쉽기 때문에 주의가
필요하다. GTAW 용접에서는 과대전류에 의한 텅스텐 전극의 선단이
용융하여 용융지에 혼입하여 개재물로 된다.
Wire brush 사용시 미세한 강선이 혼입되어 개재물로 된다
1. 종류 및 성질
Aluminum 합금은 그 합금 원소의 성분에 따라 Table 1, 2 에서 제시된 바와 같이
1000 시리즈부터 7000 시리즈까지 4 행의 숫자로 표시되어 있다.
각각의 첫 번째 숫자가 의미하는 내용은 다음과 같이 구분된다.
Al 순도 99.0% 또는 그 이상의 순 Al 1XXX
Al-Cu 계 합금 2XXX
Al-Mn 계 합금 3XXX
Al-Si 계 합금 4XXX
Al-Mg 계 합금 5XXX
Al-Mg-Si 계 합금 6XXX
Al-Zn-(Mg, Cu)계 합금 7XXX
기타 합금 원소 8XXX
사용되지 않는 강종 (예비 번호) 9XXX
Fig. 1 알루미늄 합금의 계통도
Table 1 Aluminum 합금의 구분
2
Alloy Group Material 특성
1000 시리즈
순 Al 로서, 내식성이 좋고, 광의 반사성, 열의 도전성이 뛰어나다.
강도는 낮지만 용접 및 성형가공이 쉽다.
2000 시리즈
Cu 를 주첨가 성분으로 한 것에 Mg 등을 함유한 열처리 합금이다.
열처리에 따라 강도는 높지만 내식성 및 용접성이 떨어지는 것이 많
다. (단 2219 합금의 용접성은 우월하다.)
Rivet 접합에 의한 구조물, 특히 항공기재로서 이용된다.
3000 시리즈
Mn 을 주첨가 성분으로 한 냉각가공에 의해 각종 성질을 갖는 비열
처리 합금이다. 순 Al 에 비해 강도는 약간 높고, 용접성, 내식성, 성
형 가공성 등도 좋다.
4000 시리즈
Si 를 주첨가 성분으로 한 비열처리 합금이다.
용접 재료로서 이용된다.
5000 시리즈
Mg 를 주첨가 성분으로 한 강도가 높은 비열처리 합금이다.
용접성이 양호하고 해수 분위기에서도 내식성이 좋다.
6000 시리즈
Mg 와 Si 를 주첨가 성분으로 한 열처리 합금이다.
용접성, 내식성이 양호하며 형재 및 관 등 구조물에 널리 이용되고
있다.
7000 시리즈
Zn 을 주첨가 성분으로 하지만, 여기에 Mg 을 첨가한 고강도 열처리
합금이다.
Table 2 대표적인 Al 합금재의 종류와 화학 성분
명 화 학 성 분 (%)
칭 Si Fe Cu Mn Mg Zn Cr Ti 기 타 Al
1060 0.25 0.35 0.05 0.03 0.03 0.05 - 0.03 ≥99.6
1100 1.0 0.05~
0.20 0.05 - 0.10 - - ≥99.0
2011 0.40 0.7 5.0 ~
6.0 - - 0.30 - - Pb : 0.20~0.6
Bi : 0.20~0.6 Remainder
2014 0.50
~ 1.2 0.7 3.9 ~
25.0
0.40
~ 1.2
0.20
~ 0.8 0.25 0.10 - Zr + Ti : 0.20 Remainder
2024 0.5 0.5 3.8 ~
4.9
0.30
~ 0.9
1.2 ~
1.8 0.25 0.10 - Zr + Ti : 0.20 Remainder
2219 0.20 0.30 5.8 ~
6.8
0.20~
0.40 0.02 0.10 -
0.02
~
0.10
V : 0.05~0.15
Zr : 0.10~0.25 Remainder
3003 0.6 0.7 0.05~
0.20
1.0 ~
1.5 - 0.10 - - Remainder
3004 0.30 0.7 0.25 1.0 ~
1.5
0.8 ~
1.3 0.25 - - Remainder
3005 0.6 0.7 0.30 1.0 ~
1.5
0.20
~ 0.6 0.25 0.10 0.10 Remainder
4032 11.0 ~
13.5 1.0 0.50
~ 1.3 - 0.8 ~
1.3 0.25 0.10 - Ni : 0.5 ~ 1.3 Remainder
3
명 화 학 성 분 (%)
칭 Si Fe Cu Mn Mg Zn Cr Ti 기 타 Al
4043 4.5 ~
6.0 0.8 0.03 0.05 0.05 0.10 - 0.20 Remainder
5005 0.30 0.70 0.20 0.20 0.5 ~
1.1 0.25 0.10 - Remainder
5052 0.25 0.40 0.10 0.10 2.2 ~
2.8 0.10 0.15~
0.35 - Remainder
5083 0.40 0.40 0.10 0.40
~ 1.0
4.0 ~
4.9 0.25 0.05~
0.25 0.15 Remainder
5082 0.20 0.35 0.15 0.15 4.0 ~
5.0 0.25 0.15 0.10 Remainder
6061 0.40
~ 0.8 0.7 0.15~
0.40 0.15 0.8 ~
1.2 0.25 0.04~
0.35 0.15 Remainder
6063 0.20
~ 0.6 0.35 0.10 0.10 0.45
~ 0.9 0.10 0.10 0.10 Remainder
6N01 0.40
~ 0.9 0.35 0.35 0.50 0.40
~ 0.8 0.25 0.30 0.10 Remainder
6951 0.20~
0.50 0.8 0.15~
0.40 0.10 0.40
~ 0.8 0.20 - - Remainder
7003 0.30 0.35 0.20 0.30 0.50
~ 1.0
5.0 ~
6.5 0.20 0.20 Zr : 0.05~0.25 Remainder
7072 0.7 0.10 0.10 0.10 0.8 ~
1.3 - - Remainder
7075 0.40 0.5 1.2 ~
2.0 0.30 2.1 ~
2.9
5.1~
6.1
0.18
~
0.35
- Zr + Ti : 0.25 Remainder
7N01 0.30 0.35 0.20 0.20
~ 0.7
1.0 ~
2.0
4.0 ~
5.0 0.30 0.20 Zr : 0.25
V : 0.10 Remainder
� 이상에 표기된 알루미늄 합금의 명칭은 Aluminum Association 의 명명법에 따른
명칭이다.
1.1 Aluminum 합금의 특성
알루미늄과 그 합금은 항공 우주 산업이나 가정용 기물 외에 일반 공업용
차량, 토목, 건축, 조선, 화학 및 식품 등 많은 공업 분야에 널리 사용된다.
알루미늄은 pH 4.5 ~ 8.5 의 환경에서 산화 피막이 모재를 보호하기 때문에
내식성은 우수하나 이온화 경향이 커서 부식 환경하에서 Fe, Cu, Pb 등과 접
촉하면 심하게 부식되고 수은은 ppm 단위만 있어도 심하게 부식된다.
순수 알루미늄은 강도가 낮으므로 각종 원소 (Mn, Si, Mg, Cu, Zn, Cr 등)를 첨
가하여 주로 석출 경화에 의한 강도 향상을 도모하여 사용한다.
자성이 없으며 일반 탄소강에 비해 열 및 전기 전도도는 약 4 배 정도로 크
고, 선팽창계수는 약 2 배 정도 커서 용접성은 많이 떨어지는 재료이다.
4
1.1.1 알루미늄의 일반적인 특성
(1) 가공경화
Al 합금은 순 Al 에 합금 원소가 첨가되어, 여기에 가공 경화 및 열처리
에 의해 강도가 향상된다. 비열처리 합금에는 각각 Mn, Si, Mg 등이 첨
가되어 H 시리즈의 특별 기호가 붙은 가공 경화의 정도에 따라 일정한
강도가 얻어진다.
(2) 열전도도, 전기전도도
Al 합금의 열전도도는 Cu 보다 낮지만, 강의 4~5 배가 되기 때문에 국부
가열이 곤란하다.
(3) 열팽창, 응고 수축율
Al 합금의 선팽창 계수는 강의 약 2 배이다. 따라서 용접 변형이 발생
하기 쉽고, 더욱이 응고 수축율이 강의 약 1.5 배이기 때문에 합금에 따
라서는 응고 균열이 발생하기 쉽다.
(4) 산화성
Al 합금은 상당히 산화하기 쉽고, 실온에서도 공기중의 산소와 반응하
여 50~100Å 두께의 산화 알루미늄을 그 표면에 생성한다.
이 산화 Al 의 융점은 2270~3070K 의 고온으로 일반적인 Arc 용접시에
는 용융되지 않은 산화 피막에 의해 Al 합금 상호의 융합이 방해를 받게
된다. 또 이 산화물의 비중이 3.75~4.0 으로 Al 합금에 비해 크기 때문
에 용융금속의 아래 부분에 깔리게 되고 더욱이 이 산화물의 결정수가
분해하여 수소를 방출하기 때문에 용접 금속에 기공이 형성되어 건전한
용접부가 얻어지지 않는다. 따라서 Al 합금의 용접에서는 이들 산화물
을 미리 제거하여 용접에 임하여야 한다.
1.2 알루미늄 합금의 구분
이하에서는 알루미늄 합금을 열처리에 의한 경화여부에 기준을 두어 구분하
고 각각의 특징을 개략적으로 설명한다.
1.2.1 비열처리 알루미늄 합금
비열처리 알루미늄 합금의 강도는 실리콘(Si), 철(Fe), 망간(Mn), 마그네슘
(Mg) 등의 원소에 의한 고용 강화 혹은 분산 강화에 의해 결정된다.
이 분류에 속하는 금속은 앞서 제시된 Table 1 과 2 의 1XXX, 3XXX, 4XXX,
5XXX 에 속하는 금속들이다. 근본적으로 석출물에 의해서 경화하는 조직
5
상의 특성을 가지고 있기에 열처리에 의해 경화하지 않는다.
이들 합금을 경화하기 위해서는 가공 경화의 방법이 적용된다. 가공 경화
된 이들 합금의 강도를 저하하기 위해서는 343 ~ 410℃의 범위에서 열처리
를 실시한다.
비열처리 알루미늄 합금을 용융 용접하게 되면 열영향부의 강도가 저하한
다. 대표적인 비열처리 합금의 성분과 용도를 Table 3 에 표시한다.
Table 3 대표적인 비열처리 알루미늄 합금의 성분과 용도
Nominal Composition (%) 합금명 Cu Mn Mg Cr 대표적인 용도
1080 99.8% Min. Aluminum
1070 99.7% Min. Aluminum
1060 99.6% Min. Aluminum
1050 99.5% Min. Aluminum
강도는 낮지만 열, 전기 전
도성 높음. 성형성, 용접성,
내식성 양호
반사판, 조명기구, 장
식품, 화학공업용
Tank 도전재등
1020 99.2% Min. Aluminum
1100 99.0% Min. Aluminum
강도는 비교적 낮으나, 성
형성, 용접성, 내식성 양호
일반기물, 건축용재,
전기기구, 각종용기,
기타강도를 요구하는
성형품
3003 0.12 1.2 - -
강도는 1100 보다 약간 크
고, 용접성, 내식성도 1100
과 같은 정도
일반용기물, 건축용
재, 차량용재, 선박용
재, 각종용재 등
3004 - 1.2 1.0 -
3003 보다 강도가 높고
Deep Draw 성이 우수하고
내식성도 양호
Can Body, 전구
Base, 지붕재, Color
Al 등
5005 - - 0.8 -
3003 과 같은 정도의 강도
를 가지며 내식성, 용접성,
가공성 양호
차량 내장등 低응력
부품 구조재, 조리용
기구, 일반용기물 등
5050 - - 1.4 -
표면이 미려하고
3003 이나 5005 보다
높은 강도
5052,
5652 - - 2.5 -
내식성 특히 내해수성이 우
수하고 성형성, 용접성 양
호
선박용 구조 부품재,
연료 Tank, 가정용기
구 등
5082 - - 4.5 0.15
5083 에 가까운 강도를 가
지며 성형가공성, 내식성이
좋음
Can End 등
5083 - 0.7 4.4 0.15
비열처리용 합금중 최고의
강도를 가지나, 성형성은
약간 떨어짐. 내식성, 용접
성 양호
선박용재, 차량용재,
압력용기, 용접구조용
재등
6
Nominal Composition (%) 합금명 Cu Mn Mg Cr 대표적인 용도
5086 - 0.45 4.0 0.15 해양 구조물, 저장조
5154,
5254 - - 3.5 0.25
5052 와 5083 의 中정도의
강도를 가지며 성형성, 내
식성, 용접성 양호
선박용재, 차량용재,
압력용기, 용접구조용
재 등
5454 - 0.8 2.7 0.12 고온용 구조물, 고온
압력기기
5456 - 0.8 5.1 0.12 해양 구조물, 압력 용
기
5N01 - - 0.4 - 화학 또는 전해연마하여 양
극산화 처리후 극히 광택성
이 좋고 성형성, 내식성, 용
접성 양호
고급기물, 장식품, 반
사판등
비열처리 알루미늄 합금은 명칭 뒤에 –X 와 같은 첨자를 붙여서 강의 제조
상태를 표시한다.
비열처리 알루미늄 합금의 제조 상태는 다음과 같이 표시한다.
Table 4 비열처리 알루미늄 합금의 제조 상태와 용도
표기 제조 상태 주요 용도
- 0 Annealed,
recrystallized
낮은 강도를 가지고 연성과 인성을 향상하여
형상의 안정성을 꾀하는 주조재
- F As fabricated 형강 제조용 재료, 기계적 특성에 제한이 없
다. 가공 경화가 가능하다.
- H1 Strain hardened only
- H2 Strain hardened and
then partial annealed
- H3 Strain hardened and
then stabilized
별도의 열처리 없이 가공 경화만으로 원하는
강도를 얻게 한다. 뒤에 붙은 숫자는 가공
경화의 정도를 의미한다.
Table 5 비열처리 알루미늄 합금의 기계적 특성
합금명
/ 제조상태
항복강도
Yield
Strength
(Kgf/mm2)
인장강도
Tensile
Strength
(Kgf/mm2)
연신율
Elongation
thickness
(1.6mm %)
Brinell
Hardness
전단강도
(Kgf/mm2)
피로강도
(Kgf/mm2)
1070 -O
-H14
-H18
4.50
8.00
15.00
7.00
11.00
16.00
37
8
5
18
32
38
1050 –O
-H14
-H16
-H18
3.00
10.50
12.50
15.00
8.00
11.00
13.50
16.00
39
10
8
7
20
32
36
40
6.50
7.00
8.00
8.50
3.00
3.50
4.00
5.00
1100 –O 3.50 9.00 35 23 6.50 3.50
7
합금명
/ 제조상태
항복강도
Yield
Strength
(Kgf/mm2)
인장강도
Tensile
Strength
(Kgf/mm2)
연신율
Elongation
thickness
(1.6mm %)
Brinell
Hardness
전단강도
(Kgf/mm2)
피로강도
(Kgf/mm2)
-H12
-H14
H16
-H18
10.50
12.00
14.00
15.50
11.00
12.50
15.00
17.00
12
9
6
5
28
32
38
44
7.00
7.50
8.50
9.00
4.00
5.00
6.50
6.50
1200 –O
-H14
-H16
-H18
4.00
11.50
13.50
17.00
9.50
12.00
14.50
18.00
38
9
6
6
23
32
38
44
6.50
8.00
8.50
9.00
3.50
5.00
6.00
6.00
3003–O
-H12
-H14
-H16
-H18
4.00
12.50
15.00
17.50
19.00
11.00
13.50
15.50
18.50
20.50
30
10
8
5
4
28
35
40
47
55
7.50
8.50
10.00
10.50
11.00
5.00
5.50
6.50
7.00
7.00
3004–O
-H32
-H34
-H36
-H38
7.00
17.50
20.50
23.00
25.50
18.50
22.00
24.50
26.50
29.00
20
10
9
5
5
45
52
63
70
77
11.00
12.00
12.50
14.00
15.00
10.00
10.50
10.50
11.00
11.00
5005–O
-H12
-H14
-H16
-H18
-H32
-H34
-H36
-H38
4.00
13.50
15.50
17.50
19.50
12.00
14.00
17.00
19.00
12.50
14.00
16.00
18.50
20.50
14.00
16.00
18.50
20.50
25
10
6
5
4
11
8
6
5
28
-
-
-
-
36
41
46
51
7.50
10.00
10.00
10.50
10.00
11.00
10.00
10.50
11.00
-
-
-
-
-
-
-
-
-
5052–O
-H32
-H34
-H36
-H38
9.00
19.50
22.00
24.50
26.00
19.50
23.00
26.50
28.00
29.50
25
12
10
8
7
47
60
68
73
77
12.50
14.00
15.00
16.00
17.00
11.00
12.00
12.50
13.50
14.00
5056–O
-H18
-H38
15.50
41.50
35.00
29.50
44.50
42.00
-
-
-
65
105
100
18.50
24.00
22.50
14.00
15.50
15.50
5083–O
-H321
15.00
23.00
29.50
32.50
-
-
-
-
17.50
-
-
16.00
5086–O
-H32
-H34
-H38
12.00
21.00
26.00
13.50
26.50
29.50
33.00
27.50
22
12
10
14
-
-
-
-
16.00
-
19.00
-
-
-
-
5086–O
-T4, T451
-T6, T651
5.50
15.00
28.00
12.50
24.50
31.50
25
22
12
30
25
17
8.5
17.00
21.00
6.50
10.00
10.00
8
1.2.2 열처리 알루미늄 합금
알루미늄 합금의 강도는 합금 원소에 의해서 결정된다. 구리(Cu), 망간
(Mn), 아연(Zn), 규소(Si) 등의 원소는 알루미늄 합금의 온도가 올라갈수록
고용도가 높아진다. 따라서 열처리에 의해서 이들 합금 원소의 석출과 고
용화에 의한 경화를 이룰 수 있다. 이러한 의미에서 이들 합금 원소가 첨
가된 알루미늄 합금을 열처리 알루미늄 합금이라고 구분하다.
여기에 속하는 합금은 2XXX, 6XXX 와 7XXX 그리고 합금 원소 조합에 따
라 일부 4XXX 가 있다. 가장 널리 사용되는 열처리 알루미늄 합금의 합금
조성과 용도를 아래에 표시한다.
Table 6 주요 열처리 알루미늄 합금의 성분과 용도
Nominal Composition (%) 합금명 Cu Si Mn Mg Zn Ni Cr 주요 용도
2014 4.4 0.8 0.8 0.5 - - -
2017 4.0 0.5 0.7 0.6 - - -
내식성은 떨어지나, 강도가 매우 높
고, 열간 가공성도 좋음
구조용 강재, 항공기나 자동차용 부
품 단조재
2024 4.4 - 0.6 1.5 - - -
2017 보다 강도가 높고 절삭성 양호,
가공 경화후 인공시효성 큼 耐응력부
식성도 양호.
구조용, 내식용 재료, 자동차
2036 2.6 - 0.25 0.45 - - - 자동차용 철판
2090 2.7 - - - - - - 구조용, 항공기용
2218 4.0 - - 1.5 - 2.0 - 단조품, 고온용 강재, 피스톤, 우수한
강도와 경도
2219 6.3 - 0.30 - - - - 구조용, 고온용 강재, 우수한 용접성,
항공기용
2519 5.8 - 0.30 0.17 0.06 - - 구조용, 고강도 군사용 재료
2618 2.3 0.18 - 1.6 - 1.0 - 단조품, 고온용 강재, 피스톤, 우수한
강도와 경도
6005 - 0.8 - 0.50 - - - 구조용, 건축용
6009 0.40 0.8 0.50 0.6 0.25 - 0.10 자동차용 철판
6010 0.40 1.0 0.50 0.8 0.25 - 0.10 자동차용 철판
6013 0.9 0.25 0.35 0.95 - - - 6061 보다 우수한 강도, 구조용 강재
6061 0.25 0.6 - 1.0 - - 0.20
내식성, 용접성이 좋고 중간정도의
강도로 냉각 가공성은 열처리합금으
로서 양호. 우수한 내식성, 강도, 용
접성 우수, 해수용 기자재, 건축용
6063 - 0.40 - 0.7 - - -
양극산화 대막은 현저하게 양호, 압
축 가공성 우수. 건축용 재료, 배관
재
6070 - 1.4 - 0.8 - - - 구조용 재료, 배관재
6101 0.50 - - 0.6 - - - 전기용 재료
6262 0.28 - - 1.0 - - 0.09 회전기기, 배관재
6351 - 1.0 0.6 0.6 - - - 6061 와 동일
6951 - 0.35 - 0.6 - - - Brazing 용 재료
9
7004 - - - 1.5 4.2 - - 인발 가공재, 차량용 부재
7005 - - 0.45 1.4 4.5 - 0.13 인발 가공재, 차량용 부재
7039 - - 0.30 2.8 5.6 - 0.23 군사용 교량, 무기 재료
7075 1.6 - - 2.5 5.6 - 0.23
2024 보다 매우 높은 강도를 가지며,
현재 Al 합금중 최고의 강도 유지.
고강도 항공기용 재료, 내식용 재료
7079 0.6 - - 3.3 4.3 - 0.20 두께가 76.2mm 이상의 후판에 적용
되는 고강도 합금, 항공기 재료
7178 2.0 - - 2.8 6.8 - 0.23 항공기 재료, 7075 보다 우수한 강도
비열처리 합금과 마찬가지로 열처리 알루미늄 합금의 경우에도 명칭 뒤에
–X 와 같은 첨자를 붙여서 제조 상태를 표시한다.
다음의 표에 열처리 알루미늄 합금의 제조 상태 표시법을 정리한다.
Table 7 열처리 알루미늄 합금의 제조 상태와 용도
표기 제조 상태 주요 용도
- 0 Annealed 낮은 강도로 인해 인성이 좋고, 형상의 안정성
이 우수하다.
- F As fabricated 기계적 특성에 제한이 없고, 형강의 제조에 사
용된다.
- W Solution heat treated 고용화 열처리 이후에 실온에서 시효하여 사용
한다.
- T1
고온 성형후 냉각하여 시효처리 한다. 고온 성
형 이후에 냉간 가공하지 않거나 냉간 가공에
의한 경화가 기계적 특성에서 고려되지 않는
곳에 사용한다.
- T2
Cooled from an elevatedtemperature
shaping
process and naturally
aged to a subsequent
stable condition
고온 성형후 냉각하여 시효처리 한다. 고온 성
형 이후에 냉간 가공하지 않거나 냉간 가공에
의한 경화가 기계적 특성치의 한계를 넘지 않
는 곳에 사용한다.
- T3
Solution heat treated, cold
worked, and naturally
aged to a substantially
stable condition.
고용화 열처리 이후에 냉각하면서 자연스럽게
시효처리 한다. 냉간 가공으로 경화 시키거나
냉간 가공에 의한 경화가 기계적 특성치의 한
계를 넘지 않는 곳에 사용한다.
- T4
Solution treated and
naturally aged to a
substantially stable
condition
고용화 열처리 이후에 냉각하면서 자연스럽게
시효처리 한다. 냉간 가공을 실시하지 않거나
냉간 가공에 의한 경화가 기계적 특성치의 한
계를 넘지 않는 곳에 사용한다.
- T5
Cooled from an elevatedtemperature
shaping
process and then
artificially aged
고온 성형후 냉각하여 인위적으로 시효처리 한
다. 냉간 가공하지 않거나 냉간 가공에 의한
경화가 기계적 특성에서 고려되지 않는 곳에
사용한다.
- T6 Solution heat treated and
stabilized
고용화 열처리 이후에 냉간 가공을 하지 않거
나 냉간 가공에 의한 경화가 기계적 특성에서
고려되지 않는 곳에 사용한다.
10
표기 제조 상태 주요 용도
- T7 Solution heat treated and
stabilized
높은 강도 및 특별한 장점을 가지게 하기 위해
고용화 열처리 이후에 안정화 열처리 실시
- T8
Solution heat treated, cold
worked, and then
artificially aged
강도 향상을 위해 냉간 가공하거나, 냉간 가공
에 의한 경화가 기계적 특성치의 한계를 넘지
않는 곳에 사용한다.
- T9
Solution heat treated,
artificially aged, then cold
worked
강도 향상을 위해 냉간 가공을 실시한다.
- T10
Cooled from an elevatedtemperature
shaping
process, cold worked, and
then artificially aged.
강도 향상을 위해 냉간 가공을 실시하거나, 냉
간 가공에 의한 경화가 기계적 특성치의 한계
를 넘지 않는 곳에 사용한다.
Table 8 열처리 알루미늄 합금의 기계적 특성
합금명 /
제조 상태
항복강도
Yield
Strength
(Kgf/mm2)
인장강도
Tensile
Strength
(Kgf/mm2)
연신율
Elongation
thickness
(1.6mm %)
Brinell
Hardness
전단강도
(Kgf/mm2)
피로강도
(Kgf/mm2)
2014–O
-T4, T451
-T6, T651
10.00
29.50
42.00
19.00
43.50
49.00
-
-
-
45
105
135
12.50
26.50
29.50
9.00
14.00
12.50
2017–O
-T4, T451
7.00
28.00
18.00
43.50
-
-
45
105
12.50
26.50
9.00
12.50
2024–O
-T3
-T351,T4
-T36
8.00
35.00
33.00
40.00
19.00
49.00
48.00
50.50
20
18
20
13
47
120
120
130
12.50
29.00
29.00
29.50
9.00
14.00
14.00
12.50
6063–O
-T1
-T4
-T5
-T6
-T83
-T831
-T832
5.00
9.00
9.00
15.00
22.00
24.50
19.00
27.50
9.00
15.50
17.50
19.00
24.50
26.00
21.00
29.50
-
20
22
12
12
9
10
12
25
42
-
60
73
82
70
95
7.00
10.00
-
12.00
15.50
15.50
12.50
19.00
5.50
6.50
-
7.00
7.00
-
-
-
7075–O
-T6,T651
10.50
47.00
22.50
53.50
17
11
-
-
15.50
32.50
-
-
11
2. 알루미늄 합금의 용접
2.1 용접 재료
2.1.1 용접 재료의 종류
용접 재료는 JIS Z 3232 에 용접봉 (BY) 및 전극 Wire (WY)로 규정되어 있
고 ASME Sec. II Part C 에는 SFA 5.10 에 제시되어 있다.
ASME Sec. II Part C 에 규정된 SFA 5.10 알루미늄 및 알루미늄 합금의 용
접 재료와 그 화학성분을 다음에 소개한다.
Table 9 알루미늄 합금의 용접 재료 (SFA-5.10)
합금 성분 (wt%) Others
용접 재료 UNS No.
Si Fe Cu Mn Mg Cr Ni Zn Ti Each Total
Aluminu
m
ER1100
R1100 A91100 Si + Fe＜
0.95
0.05
~
0.20
0.10 0.05 A 0.15 99.0%
Min.
ER1188 B
R1188 B A91188 0.06 0.06 0.00
5 0.01 0.01 0.03 0.01 0.01 A 99.88%
Min.
ER2319 C
R2319 C A92319 0.20 0.30 5.8 ~
6.8
0.20
~
0.40
0.02 0.10
0.10
~
0.20
0.05 A 0.15 Rem.
ER4009
R4009 A94009 4.5 ~
5.5 0.20 1.0 ~
1.5 0.10 0.45
~ 0.6 0.10 0.20 0.05 A 0.15 Rem.
ER4010
R4010 A94010 6.5 ~
7.5 0.20 0.20 0.10
0.30
~
0.45
0.10 0.20 0.05 A 0.15 Rem.
R4011 A94011 6.5 ~
7.5 0.20 0.20 0.10 0.45
~ 0.7 0.10
0.04
~
0.20
0.05 A 0.15 Rem.
ER4043
R4043 A94011 4.5 ~
6.0 0.8 0.30 0.05 0.05 0.10 0.20 0.05 A 0.15 Rem.
ER4047
R4047 A94047
11.0
~
13.0
0.8 0.30 0.05 0.05 0.20 0.05 A 0.15 Rem.
ER4145
R4145 A94515 9.3 ~
10.7 0.8 3.3 ~
4.7 0.15 0.15 0.15 0.20 0.05 A 0.15 Rem.
ER4643
R4643 A94643 3.6 ~
4.6 0.8 0.10 0.05
0.10
~
0.30
0.10 0.15 0.05 A 0.15 Rem.
ER5183
R5183 A95183 0.40 0.40 0.10 0.50
~ 1.0
4.3 ~
5.2
0.05
~
0.25
0.25 0.15 0.05 A 0.15 Rem.
ER5356
R5356 A95356 0.25 0.40 0.10
0.05
~
0.20
4.5 ~
5.5
0.05
~
0.20
0.10
0.06
~
0.20
0.05 A 0.15 Rem.
ER5554
R5554 A95554 0.25 0.40 0.10 0.50
~ 1.0
2.4 ~
3.0
0.05
~
0.20
0.25
0.05
~
0.20
0.05 A 0.15 Rem.
ER5556
R5556 A95556 0.25 0.40 0.10
0.50
~
0.10
4.7 ~
5.5
0.05
~
0.20
0.25
0.05
~
0.20
0.05 A 0.15 Rem.
ER5654
R5654 A95654 Si + Fe＜
0.45 0.05 0.01 3.1 ~
3.9
0.15
~
0.35
0.20
0.05
~
0.15
0.05 A 0.15 Rem.
R-206.0 D A902060 0.10 0.15 4.2 ~
5.0
0.20
~
0.50
0.15
~
0.35
0.05 0.10
0.15
~
0.33
0.05 0.15 Rem.
http://www.technonet.co.kr
12
합금 성분 (wt%) Others
용접 재료 UNS No.
Si Fe Cu Mn Mg Cr Ni Zn Ti Each Total
Aluminu
m
0
R-C355.0 A33550 4.5 ~
5.5 0.20 1.0 ~
1.5 0.10 0.40
~ 0.6 0.10 0.20 0.05 0.15 Rem.
R-A356.0 A13560 6.5 ~
7.5 0.20 0.20 0.10
0.25
~
0.45
0.10 0.20 0.05 0.15 Rem.
R-357.0 A03570 6.5 ~
7.5 0.15 0.05 0.03 0.45
~ 0.6 0.05 0.20 0.05 0.15 Rem.
R-A357.0 E A13570 6.5 ~
7.5 0.20 0.20 0.10 0.40
~ 0.7 0.10
0.04
~
0.20
0.05 0.15 Rem.
Note :
A : Beryllium content shall be 0.0008% maximum.
B : Vanadium content shall be 0.05% maximum. Gallium content shall be 0.03% maximum.
C : Vanadium content shall be 0.5 ~ 0.15%. Zirconium content shall be 0.10 ~ 0.25%.
D : Tin content shall not exceed 0.05%
E : Berylium content shall be 0.04 ~ 0.07%
Rem : Remainder
2.1.2 용접 재료 선정 방법
용도와 모재 특성에 적합한 용접 재료를 선정하기 위해서는 다음과 같은
사항들에 대한 세심한 주의가 반드시 필요하다.
1) 용접부의 균열
2) 용접 금속의 강도
3) 사용 온도
4) 내식성
5) 전기 전도성
6) Anodizing 이후의 색깔
(1) 용접부의 균열
균열 예방은 모든 금속의 용접과 열처리 및 기계가공에 있어서 매우 중
요한 항목이고 반드시 이루어져야 하는 필수 사항이다.
열처리가 가능하지 않는 알루미늄의 합금은 모재와 동일한 재료로 용접
을 시행하면 된다. 그러나, 열처리가 가능한 합금의 경우에는 매우 복
잡한 조직 변화가 수반되고, 그에 따라서 고온 균열(Hot short)의 발생
가능성이 높다. 열처리가 가능한 것과 열처리가 불가능한 이종 금속의
용접일 경우에는 열처리가 가능한 금속 보다 더 낮은 융점을 가지고 있
으면서 강도가 비슷하거나 더 낮은 용접재료를 선택하여 용접에 임해야
한다. 그림 7-9 에는 일반적으로 Al-Si (4XXX 계열), Al-Mg (5XXX 계열),
13
Al-Cu (2XXX 계열), 그리고 Al-Mg2Si (6XXX 계열) 합금은 균열에 매우
민감성을 비교 설명하고 있다.
그림에서 보는 바와 같이 Silicon 과 Manganese 의 양이 많은 합금은
용접 균열 발생 가능성이 적기 때문에 쉽게 용접할 수 있다.
그림 7-9 알루미늄 합금의 균열 발생 감도 비교
(2) 용접 금속의 강도
용접 이음부의 강도 및 연성은 용접 금속의 합금성분에 따라 영향을 받
게 된다. 또한 용접후열처리를 행하는 경우에는 그 성분에 따라 충분
한 강도가 얻어지지 않는 경우가 있다. 특히 모재와 다른 합금계의 용
접 재료를 이용하는 경우에는 이러한 점을 고려하여 용접 재료를 선정
하는 것이 중요하다.
(3) 사용 온도
Al-Mg 계 합금중 3%이상의 Mg 을 함유하는 합금은 약 66℃ 이상의 온
도에서 사용하는 경우에 응력부식 균열의 위험이 있으므로 사용을 피해
야 한다. 이 경우는 Mg 량이 낮은 용접 재료를 사용한다.
알루미늄 합금의 용접재료는 어느 것이나 저온 및 극저온 사용에는 문
제가 없다. 고온용으로 적합한 용접재료는 다음과 같다.
14
Table 10 고온용 알루미늄 용접 재료
용접 주요 합금 성분, wt% 기타 원소
재료 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Each Total
Al
1100 Si + Fe < 0.95 0.05~
0.20 0.05 - - 0.10 - 0.05 0.15 99.0 Min.
1188 0.06 0.06 0.005 0.01 0.01 - 0.03 0.01 0.01 - 99.88 Min.
2319 0.20 0.03 5.8 ~
6.8
0.20~
0.40 0.02 - 0.10 0.10~
0.20 0.05 0.15 Remainder
4009 4.5~
5.5 0.20 1.0~
1.5 0.10 0.45~
0.6 - 0.10 0.10~
0.20 0.05 0.15 Remainder
4010 6.5~
7.5 0.20 0.20 0.10 0.30~
0.45 - 0.10 0.20 0.05 0.15 Remainder
4011 6.5~
7.5 0.20 0.20 0.10 0.45~
0.7 - 0.10 0.04~
0.20 0.05 0.15 Remainder
4043 4.5~
6.0 0.8 0.30 0.05 0.05 - 0.10 0.20 0.05 0.15 Remainder
4047 11.0~
13.0 0.8 0.30 0.15 0.10 - 0.20 - 0.05 0.15 Remainder
4145 9.3~
10.7 0.8 3.3~
4.7 0.15 0.15 0.15 0.20 - 0.05 0.15 Remainder
4643 3.6~
4.6 0.8 0.10 0.05 0.10~
0.30 - 0.10 0.15 0.05 0.15 Remainder
5183 0.40 0.40 0.10 0.50~
0.10
4.3~
5.2
0.05~
0.25 0.25 0.15 0.05 0.15 Remainder
5356 0.25 0.40 0.10 0.05~
0.20
4.5~
5.5
0.05~
0.20 0.10 0.06~
0.20 0.05 0.15 Remainder
5554 0.25 0.40 0.10 0.50~
0.10
2.4~
3.0
0.05~
0.20 0.25 0.05~
0.20 0.05 0.15 Remainder
5556 0.25 0.40 0.10 0.50~
0.10
4.7~
5.5
0.05~
0.20 0.25 0.05~
0.20 0.05 0.15 Remainder
5654 Si + Fe < 0.45 0.05 0.01 3.1~
3.9
0.15~
0.35 0.20 0.05~
0.15 0.05 0.15 Remainder
(4) 내식성
부식 환경에서 사용되는 구조물에는 고순도 합금 또는 특정의 합금성분
이 엄격히 제한되는 합금이 이용되기 때문에 이들 모재에 대한 용접 재
료의 화학 성분에도 충분히 주의하여야 한다.
또 모재와 용접 금속 사이의 이종 금속의 접촉에 따른 Galvanic 작용에
의한 부식을 최소화 하는 것도 중요하다. 여기에는, 모재와 가까운 성
분의 용접 재료를 사용하는 것이 중요하다. Al-Mg 성분의 용접재료는
비슷한 조성을 가진 알루미늄 합금에 있어서 매우 양호한 내식성을 나
타낸다.
(5) 전기 전도성
용접 이음부에 높은 전도성이 필요한 경우도 용접 재료의 합금 성분에
주의하지 않으면 안된다. 예를 들면 합금 성분으로서 Si 보다 Mg 의 도
15
전성이 현저히 떨어지기 때문에 Al-Si 계의 4043 의 용접 재료를 사용하
는 편이 좋다.
(6) Anodizing 이후의 색깔
건축물이나 장식용으로 사용되는 용접 구조물의 경우에는 외관을 보기
좋게 하기 위해 화학적 혹은 전기화학적으로 표면 처리를 하게 된다.
이런 경우에 용접 금속에 포함된 합금 원소로 인해 용접부와 모재 사이
에 색깔이 틀리게 나타날 수 있다. 용접금속의 색을 좌우하는 가장 큰
합금 원소는 규소(Si)와 크롬(Cr)이다.
규소(Si)는 그 함량이 증가할수록 용접 금속의 색이 회색에서 검은색에
가깝게 바뀐다. 그러므로 Al-Si 용접재료로 용접을 하게 되면, 모재와
확연하게 드러나는 경계가 나타나게 된다.
크롬(Cr)은 함량이 증가함에 따라 노란색 혹은 황금색을 나타낸다.
이외에 구리(Cu)와 망간(Mn)은 약간 어두운 색을 보여 주므로 사전에
고려해야 한다.
2.2 용접 방법
이하에서는 Aluminum 용접에 적용 가능한 용접 방법을 간단하게 소개한다.
2.2.1 Gas Tungsten Arc Welding
Al 합금의 교류 GTAW 용접에서는 Cleaning 작용에 의해 모재의 산화 피막
이 제거되기 때문에 Ar 가스에 의한 보호 기능과 높은 집중열에 의해 외
관이 우수한 건전한 용접부가 얻어진다. GTAW 작류 역극성을 사용할 수
도 있으나, 교류를 사용하는 것이 보다 건전한 용접부를 얻을 수 있다.
실제 용접에 있어서 용접봉을 Arc 로 녹여서 용접하기는 매우 어렵다.
알루미늄 합금의 표면에 형성된 산화물로 인해 용융이 어렵기 때문이다.
따라서 용접금속은 모재만의 용융물이거나 모재와 일부 용접봉의 혼합물이
되기 쉽다. 현장 용접에서는 용접봉을 사용이 반드시 필요한 것은 아니며,
제살을 녹여서 시행하는 용접도 많이 적용된다.
용접시에는 용접금속을 보호하기 위한 Shielding Gas 를 충분하게 사용해야
한다. 용접부 보호가 불충분하게 되면, 용접금속의 산화로 인한 결함과
기공 등이 발생하게 된다.
16
2.2.2 Gas Metal Arc Welding
(1) Short Circuit Arc 용접
주로 박판의 구조물을 용접할 때 적용되는 용접 방식이다. 용융 금속
이 이행(Metal Transfer)가 단락시에만 이행하는 것이다. 전극 Wire 직
경 ø0.6~1.2mm, 용접전류 20~150A 의 범위에서 3mm 이하의 박판에
적용된다.
(2) Pulsed Arc 용접
MIG 용접에서는 사용하는 전극 Wire 직경에 따라 임계 전류가 결정된
다. 이 전류 이상에서는 안정한 스프레이상(Spray)의 용적 이행이 되지
만, 그 이하에서는 Drop 또는 Globular 이행이 되어 안정한 이행 및
Arc 가 얻어지지 않는다. 펄스 Arc 용접은 용접 전류가 임계전류 이하
에서도 주기적으로 그 전류보다는 높은 피크(Peak) 전류를 주는 것에
의해 인공적으로 안정한 Arc 를 얻기 때문에 박판 및 중후판에 적용된
다. 전극 Wire 직경으로서는 1.2, 1.6 ø, 2.4 ø 의 것이 사용된다.
(3) Spray Arc 용접
보통 GMAW 라면 이것을 지칭하며 사용 Wire 직경은 1.0~2.4mm ø 로
서, 임계 전류 이상의 전류를 사용한다.
용접 전류는 100~500A 의 넓은 범위가 이용된다.
2.2.3 가스 용접
가스 용접은 장치가 간단하고, 가격이 저렴하며, 박판의 용접이 용이한
장점이 있지만, Al 표면의 강고한 산화 피막을 제거하기 위해서는, 부식
성이 강한 염화물 등의 Flux 를 사용하여야 한다.
또 열집중이 떨어지기 때문에 변형이 발생하기 쉽고, 균열, 강도면에서
적용 가능한 합금의 종류가 제한된다.
열원으로서는 산소-아세틸렌, 산소-수소가스 등이 이용된다.
2.2.4 기타
이상에서 거론된 용접 방법 이외에 알루미늄 용접에 적용되는 용접법으
로는 스터드 용접(Stud Welding), 전자빔 용접 (Electron Beam Welding),
Plasma Arc 용접, 레이저 용접 등이 있다. 최근에는 자동차 제조에
Stud Welding 뿐만 아니라 레이저 용접이 많이 적용되고 있다.
17
2.3 용접 시공에 관한 일반적인 사항
2.3.1 용접 준비
(1) 절단 및 개선 가공
Al 합금에 이용되는 주된 절단법은 기계적인 방법과 GTAW, MIG 의 Arc
에 의한 절단, 고품질을 위한 Air-plasma 절단 등이 있다.
단, Air plasma 절단의 품질은 그대로 용접부 개선 가공으로 사용할 수
없고, 다시 기계 가공할 필요가 있다.
(2) 전처리
건전한 용접부를 얻기 위해서는 모재 표면의 산화 피막, 수분, 유지, 기
타 이물질을 사전에 제거해 둘 필요가 있다.
이와 같은 전처리는 가능한 한 용접직전에 하는 것이 바람직하다.
전처리 방법으로서는 주로 화학적인 부식 방법이 많이 사용되며 Grind
와 같은 기계적인 방법들이 병행되기도 한다.
Table 11 알루미늄 합금의 화학적 전처리 방법
화학 약품 농도 온도 적용 방법 목적
NaOH
50 grams with
1ℓWater
140 ~ 160℉
(60 ~ 71℃)
10 ~ 60 초간 담갔다가
차고 맑은 물로 헹군
다.
Sodium
Hydroxide
(Caustic Soda 처
리후에 Nitric Acid
를 사용한다).
Nitric Acid
HNO3 (68%)와
동등의 물 상온
30 초간 담근 후에, 찬
물로 씻어내고 더운 물
로 헹구어 건조 시킨
다.
표면의 두꺼운
산화 피막을 제
거한다.
Sulfuric-Chromic
H2SO4 1 gal
(3.79ℓ)
CrO3 45oz
(1.28kg)
Water 9 gal
(34.1ℓ)
160 ~ 180℉
(60 ~ 82℃)
2 ~ 3 분간 담근 후에,
찬물로 씻어내고 더운
물로 헹구어 건조 시킨
다.
열처리 과정에
서 발생한 산화
층 제거
Phosphoric-
Chromic
H3PO4 (75%)
3.5gal (13,3ℓ)
CrO3 1.75Ib
(79.4 grams)
Water 100gal
(379ℓ)
200℉(93℃)
5 ~ 10 분간 담근 후
에, 찬물로 씻어내고
더운 물로 헹구어 건조
시킨다.
열처리 과정에
서 발생한 산화
층 제거
Sulfuric Acid
H2SO4 5.81 oz
(165 grams)
Water 0.26 gal
(1ℓ)
165℉(73℃)
5 ~ 10 분간 담근 후
에, 찬물로 씻어내고
더운 물로 헹구어 건조
시킨다.
약간의 부식,
표면의 산화 피
막 제거
Ferrous Sulfate Fe2SO4H2 10%
by Volume 80℉(26.8℃)
5 ~ 10 분간 담근 후에
찬물로 씻어내고 더운
물로 헹구어 건조 시킨
다.
산화 피막의 제
거
18
(3) 용접시공
1) 가접 (Tack Weld)
Al 합금은 용접 변형이 발생하기 쉽기 때문에 구속 치구나 고정구
(JIG)에 의한 구속도 중요하다. 단, 직류를 이용하는 경우는 자기
흡입 방지를 위해 비자성재를 이용한다.
Table 12 가접(Tack Weld)를 위한 용접 예
용접 방법 두께 (mm) 비이드 길이 피치 간격
GTAW 5 ~ 8 20 ~30mm 50 ~ 150mm
MIG 5 ~ 8 30 ~ 50mm 100 ~ 200mm
2) 조립
구조물의 용접 조립 과정에서 여러 개의 용접 이음부가 인접되어 조
립되는 경우에는 열영향부의 중복을 피하기 위해 판 두께의 3 배이
상, 경우에 따라서 100mm 이상 떨어져 용접하는 것이 바람직하다.
알루미늄 합금은 이음부 용접이 어렵기 때문에 가능한 용접 이음매
의 수를 줄여야 한다.
2.3.2 용접 결함 및 방지 대책
(1) 용접균열
1) 종류와 원인
Al 합금에 발생하는 균열은 응고 균열과 용해 균열로 크게 구분된다.
용접 금속내의 균열은 거의 응고 균열이고, 다층 용접시 용접 금속
의 재가열 구역 및 열영향부에서의 미세균열은 용해 균열에 해당된
다. 균열의 대부분은 고온 균열이고, 주로 결정입계에 있어서 합금
원소의 편석 또는 저융점 물질의 존재에 기인한다.
응고 균열은 용접 금속이 응고할 때, 응고시의 수축응력 또는 외력
이 작용할 때 발생하고, 용해 균열은 고온에서 가열된 입계가 국부
적으로 용융하여 팽창 할 때 발생한다.
19
Fig. 알루미늄 합금의 용접부 균열
2) 모재, 용접 재료와 용접 균열
1000, 3000, 4000, 5000 시리즈는 모두 균열발생에 대한 저항성이 있
고, 용접성도 양호하다.
5000 시리즈의 Al-Mg.계 합금에서는 Mg 량이 증가함에 따라 용접균
열이 발생하기 어렵기 때문에 가능한 한 Mg 함유량이 많은 재료를
선정하는 것이 좋다. 단 Mg 량이 너무 많으면 가공성 또는 고온에
서의 내식성 등이 떨어지기 때문에 이러한 점을 고려할 필요가 있다.
6000 시리즈의 Al-Mg-Si 계 합금에서는 같은 조성의 용접 재료로 용
접하면 용접균열이 발생하기 쉽기 때문에 Al-Mg 계 또는 Al-Si 계의
용접 재료를 이용하여 균열방지를 억제시킨다.
6000 시리즈의 모재는 Mg 과 Si 이 주요 원소로서 과대한 입열을
주는 경우에는 모재에 미세한 균열이 발생할 수도 있기 때문에 용접
조건의 관리에 주의할 필요가 있다.
3) 용접 시공과 용접 균열
용접 조건 중에서, 용접 속도의 영향이 가장 현저하고, 용접 속도가
증가하는데 따라 균열 감수성이 크게 된다. 개선내 Butt 용접 초층,
Fillet 용접시에는 용착량을 어느 정도 많이 하는 편이 좋다.
용접 전류를 너무 세게 하면 변형이 커지고, 너무 낮게 하면 급속한
응고를 초래하기 때문에 적정한 전류를 선정하는 것이 중요하다.
Arc 전압은 거의 균열에 영향을 미치지 않는다.
Bead 의 처음과 끝나는 부위 및 이음부에는 균열 발생이 쉽다.
이러한 것을 방지하기 위해 End TAB 을 설치하는 방법이 안전하고
이것이 여의치 않을 경우 Crater 처리를 하는 것이 좋다.
다층 용접시에는 다음 층의 용접열에 의해 전층의 입계가 국부적으
로 용융하여 미소 균열이 발생하는 경우가 있다.
이와 같은 균열은 용접 입열이 클수록 또 층간 온도가 높을수록 발
생하기 쉽다.
20
(2) 기공
Al 합금의 용접에는 기공이 발생하기 쉽다. 용접 금속에 균일하게 분산
된 기공은 이음부의 강도에는 큰 영향을 주지 않지만, 국부적으로 집중
하거나, 크기가 큰 기공 등은 영향을 미친다.
기공의 발생은 주로 수소에 의한 것이다. Al 합금의 용융 응고시 수소
의 용해도 변화가 현저하기 때문이다. 용해도 차이에 의해 조직내로
빠져 나온 수소가 외부로 방출되지 못하고 조직내에 남아서 기공이 되
는 것이다. 수소 발생원으로서는 모재, 용접 재료중의 용해수소, 표면
에 부착한 수분, 유기물, 산화막에 부착한 수분, 보호 가스중의 수소, 분
위기중에 침입하는 공기중의 수분 등이다. 이중에서 가장 문제가 되는
것은 공기중의 수분 침입이고 다음이 용접 재료 표면의 수소 발생원이
다. 기공의 방지 대책은 아래 Table 10 과 같다.
Fig. 알루미늄 합금 용접부의 기공
Table 13 종합적인 관점에서 본 기공방지 대책
요 인 방 지 대 책
설 계
1. 기공이 발생하기 쉬운 용접부를 설계 단계에서 제외
① 횡향, 상향 용접부의 감소
② 어려운 자세 또는 복잡한 형상의 용접개소를 적게 한다.
2. 용접선을 감소시킨다.
① 폭이 넓은 판재의 사용
② 형재 (形材)의 사용
시공 및
시공관리
1. 적정한 용접조건을 선정한다.
① 판두께, 용접자세, 용접법, 적정전류, 전압, 용접속도의 선정
② 보호가스 유량의 선정
2. 적정한 전처리법을 채용한다.
① 판표면의 이물질 제거, 개선면의 아세톤 탈지
② 산화피막의 제거
3. 모재, 용접 재료 관리
① 모재, 개선면의 보호
② 용접 재료를 건조로 또는 청정한 장소에 보관
4. 용접기기를 점검한다.
① Torch 의 수냉 유무 확인
21
요 인 방 지 대 책
② Touch 선단에서의 보호 가스 이슬점의 계측 (233K 이하)
③ 작업 개시 전 Arc 상태의 확인
5. 적정한 start 처리를 한다.
① 가스흐름 확인
② End-TAB 사용
③ Bead 이음부 처리 (전층의 start 부 제거)
6. 환경관리를 행한다.
① 고습도하에서 방습조치 (습도 85~90% 이상에서는 특히 주의)
② 용접시의 방풍조치 (풍속 1m/sec 이상에서는 특히 주의)
검 사
1. 실제 시공전에 시험판으로 검사를 실시 시공법이 적정한가 확인
한다.
2. 구조물 건조의 초기단계에서 검사를 도입한다.
3. 검사 결과를 용접 감독관에게 신속히 Feedback 시킨다.
(3) 기타 결함
Al 합금에서는 개선부 부근의 산화피막 제거 및 층간의 청소가 불충분한
경우에, 산화피막에 기인하는 융합불량이 발생하기 쉽기 때문에 주의가
필요하다. GTAW 용접에서는 과대전류에 의한 텅스텐 전극의 선단이
용융하여 용융지에 혼입하여 개재물로 된다.
Wire brush 사용시 미세한 강선이 혼입되어 개재물로 된다