스프레이 용접이란?- 공정 및 기술

스프레이(분무) 용접이란?

용사 용접은 용사 형태의 여러 용접 공정을 말합니다. 분말 또는 와이어를 압축 가스로 고속으로 분무하여 금속 표면에 분사하는 산업 활동입니다.

스프레이 용접에는 산업용 플라즈마, 화염, 폭발 총, 아크 스프레이 및 고속 산소 연료의 사용이 포함됩니다. 스패터 용접에서 발생하는 상당한 열로 인해 사람과 환경에 해를 끼치지 않도록 절차와 규정을 주의 깊게 일관되게 따라야 합니다.

 

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스프레이 용접 작동원리

열 스프레이는 다중 코팅 공정을 나타내는 일반적인 용어입니다. 전체 용접에는 다양한 에너지 원에 의해 녹는 막대, 분말 또는 와이어와 같은 코팅 재료의 사용이 포함됩니다.

간단히 말해서 열원과 코팅 물질을 녹여 액적으로 만들어 고속으로 분사하는 산업용 코팅 공정으로 정의할 수 있습니다. 분무는 분무 제트 또는 가스에 의해 기판을 향해 추진됩니다.

열 분무는 매우 다양한 공정이며 매우 효율적인 것으로 알려져 있습니다. 열처리 또는 질화물 처리, 크롬, 니켈 도금, 아노다이징 등의 여러 표면 처리에 대한 좋은 대안이 될 수 있습니다.

코팅 두께는 개인 취향에 따라 다릅니다. 코팅은 마모된 부품 및 기본 기계 부품을 수리합니다. 또한 소자의 성능과 내구성을 향상시키기 위해 적용될 수 있습니다. 이것은 잘 치료하면 최대 70% 더 오래 지속될 수 있습니다.

 

 

스프레이 용접 기술의 다른 유형

1. 스프레이 아크 용접
스프레이 아크 용접은 용가 와이어보다 직경이 작은 많은 작은 액적 형태로 용융 물질을 전달하는 방법 중 하나입니다. 단락이 없기 때문에 아크가 안정적이고 스패터가 없습니다.
성공적인 스프레이 아크 용접의 전제 조건은 전류 및 전압 값이 특정 한계 이상이어야 한다는 것입니다. 그 결과, 쇼트 아크 용접보다 공작물에 더 많은 열이 공급되며, 스프레이 아크 용접에는 두께가 5mm 이상인 재료만 적합합니다.
높은 입열량으로 인해 용접 풀도 크기 때문에 수평 위치에서 용접을 수행해야 합니다. 순수한 스프레이 아크는 차폐 가스로 CO2를 사용할 수 없다는 점에 유의해야 합니다.
차폐 가스는 순수한 아르곤이어야 하며 가급적이면 소량의 CO2(최대 25%) 또는 O2를 포함해야 합니다. 스프레이 아크 용접은 차폐 가스가 주로 아르곤인 알루미늄 및 스테인리스강의 MIG 용접에 특히 적합합니다.
스프레이 아크 용접은 두꺼운 용가 와이어보다 가는 용가 와이어를 사용하여 더 낮은 전류에서 성공적으로 수행할 수 있습니다.
아크 전압은 단락 없는 아크를 유지하기에 충분히 높게 설정해야 합니다. 필러 와이어는 일반적으로 양극에 연결됩니다.

장점
스프레이 아크 용접은 매우 효율적인 공정입니다. 이 프로세스의 주요 이점은 다음과 같습니다.

▷ 높은 증착율,
▷ 좋은 융합 및 침투,
▷ 용접의 좋은 외관,
▷ 더 큰 직경의 전극 와이어를 사용할 수 있는 능력 및
▷ 아주 작은 스패터의 존재.

제한 사항
스프레이 아크 용접의 한계는 다음과 같습니다.

▷ 두께가 1/8인치(3mm)이고 더 두꺼운(핸드헬드) 재료에만 사용됩니다.
▷ 평면 및 수평 필렛 용접 위치로 제한됩니다.
▷ 열린 루트 기능이 없기 때문에 항상 좋은 맞춤이 필요합니다.

2. 화염 분사 공정
산소/아세틸렌 연소 분무라고도 하는 화염 분무는 약 100년 전에 개발된 독창적인 용사 기술입니다. 용접 토치의 기본 원리를 사용하고 고속 기류를 추가하여 용융 입자를 기판으로 밀어냅니다.
코팅 재료는 와이어 또는 분말 형태일 수 있습니다. 화염 스프레이 코팅은 접착력과 코팅 밀도를 향상시키기 위해 도포 후 녹는 경우가 많습니다.

장점
▷ 높은 증착률
▷ 낮은 표면 가열
▷ 변하기 쉽다.
▷ 프로세스가 간단하고 사용자 친화적입니다.

단점
▷ 상대적으로 낮은 접착력
▷ 가열 효율 증가
▷ 융점이 2,800°C를 초과하는 금속과 호환되지 않음

3. 고속 순산소 연료(HVOF)
HVOF(고속 산소 연료) 공정은 산소와 프로판, 프로필렌 또는 수소를 포함한 가연성 가스의 선택된 그룹을 연소합니다. HVOF 시스템은 연소의 기본 원리를 사용하지만 스프레이 건은 표준 산소 연료 스프레이 건과 다르게 설계되었습니다.
HVOF 건의 차이는 더 높은 화염 온도와 더 빠른 속도를 생성합니다. 그 결과 코팅 재료의 녹은 입자를 "평탄화"하는 데 사용할 수 있는 더 완전히 녹은 분말과 더 많은 운동 에너지가 생성됩니다. HVOF 공정은 우수한 접착 강도와 코팅 밀도를 생성합니다.
HVOF 공정은 텅스텐 카바이드 및 크롬 카바이드와 같은 금속 합금 및 용융 온도가 높은 금속을 증착하는 데 가장 일반적으로 사용됩니다.

장점
▷ 두꺼운 코팅을 강력하게 지원합니다.
▷ 낮은 다공성 수준
▷ 높은 접착 수준
▷ 화염 분무 또는 플라즈마에 비해 더 많은 잔류 탄화물

단점
▷ 최대 130dB의 소음 수준으로 상대적으로 시끄럽습니다.
▷ 낮은 증착율
▷ 약간 비싸다

 

4. 플라즈마 분무 공정(PTA)
플라즈마 스프레이 공정(전이되지 않은 아크)은 전극을 지나 공급되는 불활성 가스를 사용하여 가스의 "플라즈마" 상태를 유도합니다. 가스가 총 장치의 노즐을 빠져 나와 정상 상태로 돌아오면 엄청난 양의 열이 방출됩니다.
분말 코팅 재료가 플라즈마 "불꽃"에 주입되고 기판에 추진됩니다.
세라믹 코팅은 높은 용융 온도로 인해 플라즈마 스프레이를 사용하여 가장 자주 적용됩니다. (종종 > 3500F). 플라즈마 스프레이를 사용하여 여러 유형의 세라믹 코팅을 적용할 수 있습니다.

장점
▷ 적용하기 쉬움
▷ 서멧 입자는 크기가 더 큽니다.
▷ 내마모성
▷ 매우 낮거나 0인 다공성
▷ 두꺼운 코팅
▷ GTAW에 비해 낮은 기판 가열

단점
▷ 분무된 재료의 높은 산화
▷ 1mm 이하의 얇은 층을 얻기 어렵다

5. 폭발 분사
폭발 분무는 표면 특성을 변경하기 위해 재료에 초음속 속도로 보호 코팅을 적용하는 데 사용되는 여러 형태의 열 분무 기술 중 하나입니다. 이것은 주로 구성 요소의 내구성을 향상시키기 위한 것입니다.
1955년 H.B. 사전트, R.M. Poorman, 및 H. Lamprey 및 특수 설계된 Detonation Gun(D-gun)을 사용하여 구성 요소에 적용됩니다. 강력하게 결합된 폭발 스프레이 코팅을 달성하기 위해 모든 표면 오일, 그리스, 파편을 제거하고 표면을 거칠게 처리하여 스프레이되는 구성 요소를 올바르게 준비해야 합니다.
이 프로세스에는 다른 모든 형태의 용사 기술과 비교하여 코팅 재료의 최고 속도(≈3500 m/s 충격파)와 코팅 재료의 온도(≈4000 °C)가 포함됩니다.
이것은 폭발 스프레이가 낮은 하중에서 부식, 마모 및 접착을 방지하는 낮은 다공성(1% 미만) 및 낮은 산소 함량(0.1-0.5% 사이) 보호 코팅을 적용할 수 있음을 의미합니다.
이 공정을 통해 내마모성 코팅으로 유용한 매우 단단하고 조밀한 표면 코팅을 적용할 수 있습니다. 이러한 이유로 폭발 스프레이는 일반적으로 항공기 엔진, 플러그 및 링 게이지, 절삭날(스카이빙 나이프), 관형 드릴, 로터 및 고정자 블레이드, 가이드 레일 또는 마모가 심한 기타 금속 재료의 보호 코팅에 사용됩니다.
일반적으로 폭발 스프레이 동안 구성 요소에 스프레이되는 재료는 금속 분말, 금속 합금 및 서멧입니다. 뿐만 아니라 그들의 산화물(알루미늄, 구리, 철 등).
폭발 분무는 안전한 환경에서 올바르게 수행되지 않으면 위험할 수 있는 산업 공정입니다. 따라서 이 용사 기술을 사용할 때 준수해야 하는 많은 안전 예방 조치가 있습니다.

 

6. 콜드 스프레이 공정
콜드 스프레이(CS)는 코팅 증착 방법입니다. 고체 분말(직경 1 ~ 50 마이크로미터)은 초음속 가스 제트에서 최대 ca. 1200m/s 기판과의 충돌 중에 입자는 소성 변형을 거쳐 표면에 부착됩니다.
균일한 두께를 얻기 위해 스프레이 노즐은 기판을 따라 스캔됩니다. 금속, 폴리머, 세라믹, 복합 재료 및 나노결정질 분말은 냉간 스프레이를 사용하여 증착할 수 있습니다.
기체의 팽창에 의해 공급된 입자의 운동 에너지는 결합 중에 소성 변형 에너지로 변환됩니다. 플라즈마 용사, 아크 용사, 화염 용사 또는 고속 산소 연료(HVOF)와 같은 용사 기술과 달리 분말은 용사 과정에서 녹지 않습니다.

스프레이 용접의 장점
▷ 부드러운 용접을 보장하는 스프레이 용접
▷ 침투력이 높아 3/16보다 두꺼운 금속에 적합
▷ 용착률이 높아 생산성이 향상됩니다.
▷ 아주 작은 스패터의 존재
▷ 저렴함: 저렴한 재료 사용 및 스프레이로 강화
▷ 스프레이 용접은 다목적이며 대부분의 금속, 세라믹 및 플라스틱에 스프레이할 수 있습니다.
▷ 다양한 두께로 작업
▷ 빠른 처리 속도: 3~60lb/시간의 스프레이 시간(사용된 공정에 따라 다름)

스프레이 용접의 단점
▷ 스프레이에 대한 특별한 용접기 교육이 필요합니다.
▷ 더 높은 아르곤 농도로 인해 가스 비용이 더 높습니다(>85%).
▷ 플랫 위치 및 수평 필렛에만 권장됨
▷ 높은 열은 용접공을 불편하게 할 수 있습니다.
▷ 특히 용접 모서리에서 언더컷 가능성
▷ 코팅은 금속이 아닌 기계적으로 결합됩니다.
▷ 시선 처리 과정
▷ 정확한 로딩을 위한 코팅의 낮은 저항