알루미늄합금의 전신재와 주물,다이캐스팅 합금으로 나누거나 또는 열처리합금과 비열처리 합금으로 분류한다.

비열처리 합금	1000계	순도99.0% Al
	3000계	Al-Mn
	4000계	Al-Si
	5000계	Al-Mg
열처리 합금	2000계	Al-Cu
	6000계	Al-Mg-Si
	7000계	Al-Zn-Mg

알루미늄재질의 합금의 분류 및 특징.

1000계는

공업용 순Al(99.0~99.9%)과 고순도Al(99.9%) 나눌수 있고 타 합금재에 비하여

기계적 강도는 나쁘지만 내식성 및 빛의 반사성,전기 및 열의 전도성이 좋고 가공성 및

용접성도 우수하다. 공업용 Al은 가정용기구나 열교환기의 핀종류,건자재로 사용되고

고순도Al은 화공업용 탱크 식품용 용기, 반사판으로 주로 사용된다.

2000계는

Al-Cu와 Al-Cu-Mg계로 분류할수 있는데 Al-Cu계는 내식성이 나쁘기 때문에 항공용

으로 사용할시는 내식성을 개선하기 위하여 순Al을 압연한 Clad재를 사용한다.Al-Cu-Mg계

합금은 상온시효성이 좋으며 두랄루민(2017)은 강도가 강(철)의 수준이다. 2000계는 용접성

및 브레이징성이 나쁘기 때문에 용접용으로 사용하지 않고 기계부품이나 항공기기,광학부품

용으로 많이 사용한다. 그러나 Cu을 다량으로 함유한 2219는 용접이 가능하다.

3000계는

비열처리계지만 냉간가공에 의한 다양한 성질을 얻을수 있는 종류이다,

주로 1~1.5%의 Mn을 합금한것으로 대표적인것으로 Mn 1.3%을 함유한 3003을 많이 사용한다.

이것은 성형성과 내식성이 순Al과 동등하지만 Al보다 강도가 약간 높고 용접성이 양호하다.

4000계는

Si을 12%이상 증가에 따라 융점이 저하되지만 취화되지 않는 범위내에서 Si을

첨가하게 되면 용융상태에서의 유동성이 좋아지고 응고시 균열이 잘 발생되지 않는다. 따라서

Al-Cu와 같이 균열감수성이 높은 합금용접재의 용가재로 많이 사용한다. 4000계는 주로 용접

재료,브래이징재료,주물재,빌딩의 외장재 판넬에 많이 사용한다.

5000계는

주로 사용하고 저온액화가스설비나 가드레일, 육교에 사용

되기도 한다.Mg의 첨가량에 따라 인장강도가 증가하고 변형에 대한 저항도 증가하게 되나

가공성이 저하되는 문제가 발생하게 된다, Mg의 량이 5%이상이 함유되면 응력부식이 발생하게

됨으로 통상 Mn이나 Cr등을 첨가하여 방지한다,

5052(Mg-2.5%),5083(Mg-4.5%)합금은 200~300MPa의 인장강도을 가지며 용접구조용 재료로 많이

사용한다, 5083재료는 비열처리 합금으로는 강도가 가장 우수한것으로 용접성,내식성,가공성이

양호하여 차량,선박 화학플렌트에 사용된다.

6000계는

합금은 성형가공성과 강도,내식성이 우수하며 용접성도 그다지 나쁘지는 않지만

용접부가 용접열에 의하여 연화되는 단점이 있다. 주로 6061와 6063, 6N01가 많이 사용되고

있다. 6061는 차량,건축등의 구조용재로 사용되고 6063은 건축용 샤시재, 6N01는 대형용접용

으로 철도차량,선박용으로 많이 사용된다.

7000계는

구리가 주된 첨가원소이며 Mg는 소량으로 첨가된다, 인장강도가 300MPa로 용접성이

우수하고 주로 용접구조재로 사용된다. 상온의 시효성이 우수하여 용접열에 의한 저하된

연화부(경도저하)가 용접후의 시간이 경과됨에 따라 원래의 상태로 스스로 복귀한다는 특징이

있다. 7075합금(Al-Zn-Mg-Cu)은 초두랄루민계로 항공기등에 사용되고 T6 열처리를 하면

(용체화후 인공시효 경화처리)를 하면 Al합금중 최고의 인장강도을 갖게된다(570MPa)

하지만 용접의 균열감수성이 높아 주의해야 한다.

나머지 8000계는

위에서 언급되지 않은 원소의 합금을 나타내고 9000계는 예비용이다.

합금재의 처리기호

F : 제조상태 그대로인것으로 기계적 성질의 제한이 없는 것을 말함.

O : 어닐얼링하고 재결정한 금속.

H : 가공경화된것으로 가공경화의 정도에 따라 H1~H3로 분류한다.

H1: 가공경화만 한것이며 H2 : 가공경화후 일부 어닐얼링을 한 것, H3 : 가공경화시킨

다음 안정화처리을 한 것.

W : 고용화 열처리을 한 것.

T : 시효경화시킨것으로 T1~T10으로 분류하고 가공온도에서 자연시효와 인공시효, 고용화처리

상태에서 자연시효와 인공시효시킨것으로 분류한다.

* 자연시효 및 인공시효란 : 통상 550도에서 Cu이 5.6%함유된 상태에서 퀜칭에 의한 급냉을

한경우 Cu가 과포화된 알파의 고용체을 얻어지며 개끗한 미세조작을 얻을수 있고 이를 서냉

하게되면 약간의 편석이 존재하는 미세조직을 얻을수 있다 이때 알파고용체을 상온에서

장시간 방치하면 자연시효라 하고 130~190도의 온도로 재가열을 하면 인공시효라 한다.

첨언하자면 이러한 자연시효, 인공시효에 의한 과포화된 Cu이 석출하기 위하여 핵생성이

일어나지만 온도가 낮기 때문에 핵의 성장이 어려워 미세한 입자로 존재하고 이러한 미세한

입자는 모재(알파고용체)와 정합하여 미세한 정합변형을 유발하여 합금을 경화시킨다.

시효온도 혹은 그이상의 온도에서 장시간 유지하면 모재와 부정합을 이루는 평형석출상

(CuAl2)가 석출되어 성장하면서 과시효의 현상이 나타나며 합금은 연화한다.

용융온도, 용융잠열, 열팽창, 전기전도도,산화피막

Al 및 이들의 합금은 철에 비하여 융점이 상당히 낮은 편으로 순Al의 경우 660도, Al-Mg는

570~650도,Al-Zn-Mg는 475~650도로 적열온도이하에서 용융됨으로 가열온도의 판단이 어렵다,

그럼으로 과도하게 가열되면 재료가 열화되거나 국부용융이 발생하기 때문에 온도관리가

중요하다하겠다.

Al합금은 비열 및 잠열이 크기 때문에 용융에 필요한 열량이 Cu보다도 크다. 또한 열전도율이

철에 비하여 3배정도 크기때문에 열의 전도가 쉽다. 이러한 이유로 Al을 용접할시는 철보다

많은 열량을 급속히 가열해야 함으로 높은 전류로 빠르게 용접해야한다.

Al은 열전도도가 우수하여 열이 모재에 넓게 분포하고 온도상승에 따라 팽창이 일어나면

열변형을 쉽게 유발한다.특히 탄성계수가 작고 고온강도낮기 때문에 변형은 더욱커진다.

따라서 모재쪽으로의 열확산을 줄이거나 충분한 구속의 방안이 필요하다.

Al은 Cu에 비하여 1,5배 작은 전기전도도을 가지지만 철에 비하여는 4배정도 큰 전기전도도을

가진다. 따라서 저항용접시 대전류가 필요하다(점용접시 철의 2~4배)

Al의 산화피막은 내식성 측면에서는 유용하지만 용접시에는 유해한 경우가 많다, 산화피막내

함유된 결정수가 아크용접중 분해되어 수소을 방출함으로 기공의 발생을 유요하게 하며

브래이징 용접시 산화피막이 삽입재의 wetting을 방해하고 산화피막은 부도체임으로

저항용접시 전도성을 방해하여 결함을 유발한다.따라서 기계적방법이던 화학적인 방법을

동원하여 용접중 또는 용접전에 제거되어야 한다.

알루미늄 판재의 인장강도 및 항복강도, 연신율.

종 류	처리별	인장강도	항복강도	연신율(%)
1100 1200	O	78~108MPa	29MPa이상	20~28이상
	H12,H22	98~127MPa	78MPa이상	4~9이상
	H14,H24	118~147MPa	98MPa이상	3~6이상
	H16,H26	137~167MPa	118MPa이상	2~4이상
5052	O	176~216MPa	69MPa이상	18~20이상
	H12,H22,H32	216~265MPa	157MPa이상	5~11이상
	H14,H24,H34	235~284MPa	176MPa이상	4~10이상
	H16,H26,H36	255~304MPa	201MPa이상	4~14이상
	H18,H38	274MPa이상	225MPa이상	4이상
	R	196MPa이상	108MPa이상	7~12이상
6061	O	147MPa이하	78MPa이상	16~18이상
	T4	206MPa이상	108MPa이상	16이상
	T6	394MPa이상	245MPa이상	10이상

가장 대표적인것만 기입했음으로 나머지는 찾아볼 것.

연신율은 두께가 두께워 질수록 높아짐(0.5~0.8, 0.8~1.3, 1.3~6, 6~50t로 4단계분류)

온도에 따른 특성

Al은 면심입방정(FCC)구조임으로 철과 같이 저온취성이 없다. 따라서 액화천연가스나

액체핼륨용기등의 저온구조용 재료에 많이 사용되며 인장강도 및 항복강도는 온도가 낮아짐에

따라 증가하고 연신율도 Al-Zn-Mg계을 제외한 극저온에서도 상온보다 오히려 커져 저온에서

연성이 증대된다. 그러나 150~200도이상의 고온이 되면 강도는 급격히 저하함으로 150이하에서

주로 사용한다.

Al 합금강의 경우 명확한 피로한계값이 존재하지 않음으로 일반적으로 S-N곡선에서 107회의

피로응력값을 피로한계값으로 한다.피로강도는 인장강도와 관계가 깊으며 Al표면의 거칠기,

노치,온도,부식환경에 영향을 받는다.

용접방법

GTAW는 Al용접중 박판이나 소형부재,보수용접에 많이 사용되는 용접방법으로 Ar,He불활성가스

분위기내 비소모성 전극을 이용하여 용접하는 방법으로 사용전극은 순수텅스텐 전극이나

토륨1~2% 또는 지르코늄전극봉을 사용한다

사용하는 극성에 따라 아크안정성과 용접작업성이 달라지는데 직류정극성의 경우 전극의

발열이 적은데신(전극의 오염이 적고 수명이 길어지는 장점이 있다) 모재의 용입이 깊고

판의 두께 방향으로 균일하고 둥근용입을 얻을수 있어 편면용접이 용이하고 용접의 변형도

적다, 그러나 산화피막을 제거하는 청정효과가 없음으로 모재의 전처리 공정이 추가되어

경제적손실이 있고 형상의 정밀도가 요구됨으로 가공비의 손실을 감안해야 함으로 현장에

적용되는 사례는 적다, 직류역극성의 경우 청정효과는 있지만 전극의 발열이 많아 전극의

손실이 많음으로 정극성의 전극봉에 비하여 4배정도 큰 전극봉을 사용하는 것이 바람직하다,

정극성이나 역극성의 경우 장,단점이 있음으로 GTAW용접시는 교류극성을 사용함이 바람직하다.

교류용접을 할시는 고주파전류을 중첩시켜 용접하고 이런경우 전극봉이 모재에 직접 접촉하지

않아도 아크가 발생함으로 전극의 오염도 막을수 있고 아크가 극히 안정화된다.

또한 열집중을 위하여 Ar을 보호가스을 사용하면 비드폭이 약간 넓으면서 형태을 가질수 있다.

GMAW의 보호가스는 GTAW와 같이 Ar이나 He을 사용하고 전류는 정극성이나 교류대신

직류역극성을 주로 사용한다.

직류역극성을 사용하면 청정의효과와 더불어 깊은 용입을 얻을수 있으며 스프레이이행의

형태로 아름다운 비드형상을 가지며 아크자기제어작용이 형성되어 토치의 움직임이나 모재

표면의 요철등에도 거의 일정한 아크길이을 유지함으로 용접성변수에 큰 영향을 받지 않는다,

이러한 이유는 전극와이어의 돌출길이부분의 전기저항발열이나 아크복사열 때문인것으로

알려지고 있다.

가스용접은 선소-아세틸렌용접이 가장 많이 사용되고 있고 중성 또는 약간의 환원성 불꽃을

이용하여 용접하는 것이 좋다

산화막 제거을 위하여 염화물이 포함된 플럭스을 사용하고 용제는 부식성이 강함으로

용접후는 가능한한 빨리 세정하는것이 좋다

플라즈마아크용접은 주로 후판의 Al용접에 많이 사용되는데 완전용입을 할수 있으며

이음부의 가공이 불필요한 잇점이 있다 또한 용접변형의 감소와 용접층수가 감소되고

고품질의 용접부을 얻을수 있다.종래에는 산화피막으로 인해 플라즈마용접은 양호한

용접부을 얻을수 없었으나 용접전원의 인버터가 채용됨으로 역극성과 정극성을 조정가능하여

알맞은 용접품질을 얻을수 있게 되었다.

(역극성의 전류값을 정극성의 전류값보다 약간높게하여 사용해야 함)

모재조합에 따른 용접봉 선정

모재	AC4D	AC4C ADC12	AC7A	A7N01	A6061 A6063 A6101 A6151	A5056	A5154	A5083	A5052	A5005 A5N01	A1100 A1200 A3003 A3203
A1060 A1070	-	A4043	A4043 주3	A4043	A4043 주4	A5356 주3	A4043 주3	A5356 주3	A4043 주3	A1100 주1.2	A1100 주1.2
A1100 A1200 A3003 A3203	-	A4043	A4043 주3	A4043	A4043 주4	A5356 주3	A4043 주3	A5356주3	A4043	A4043	A1100 주1.2
A5005 A5N01	A4043	A4043	A5154 주2.3	A5356 주3	A4043 주4	A5356 주3	A5356 주4	A5356주3	A4043	A4043
A5052	A4043	A4043	A5154 주3	A5356 주3	A5356 주3	A5356 주3	A5356 주3	A5356주3	A5154 주3
A5083	-	A5356 주3	A5356 주3	A5356 주3	A5356 주3	A5356 주3	A5356주3	A5183주3
A5154	-	A5356 주2.3	A5154 주3	A5356 주3	A5356 주3	A5356 주3	A5154 주3
A5056	-	A5356 주3	A5356 주3	A5356 주3	A5356 주3	A5356 주3
A6061 A6063 A6101 A6151	A4043	A4043	A5356 주3	A5356 주3	A4043 주4
A7N01	A4043	A4043	A5356 주3	A5356 주3.6
AC7A	-	A4043	A5356 주3
AC4C ADC12	A4043	A4043
AC4D	A4043

주1-A1200을 사용하여도 좋다.

주2-경우에 따라 A4043을 사용하여도 좋다,

주3-A5356,A5183,A5556을 사용하여도 좋다.

주4-양극화 처리후 변색되면 안될경우 A5356을 사용하는 것이 좋다,

주5-A5154,A5554을 사용하여도 좋다.(A5554는 고온용에 적합하다)

주6-고강조을 요구할시는 A7N01을 사용하여도 좋다