용접의 원리 그리고 역사

  

1. 용접의 원리

 고체상태에 있는 두 개의 금속 재료를 열이나 압력 또는 열과 압력을 동시에 가해서  서로 접합시키는 기술을 용접이라 한다. 

용접은 야금적 접합법이라고도 하며 야금적 접합법은 금속과 금속을 물리적, 화화적으로 충분히 접근시켰을 때 생기는 원자와 원자 사이의 인력으로 접합되는 것으로 뉴턴(Newton)의 만류인력 법칙에 따라서 금속원자들 사이의 인력에 의해 두 금속은 굳게 결합된다. 

그러나 실제로 두 금속을 충분히 가까이 하여도 결합되지 않는 것은 금속표면에 매우 얇은 산화막이 덮여 있어서 금속의 원자들이 접근되지 못하는 경우이다. 

금속표면은 평활하게 보이지만 실제로 초현미경으로 확대하여 보면 굴곡이 많으며, 그대로는 넓은 면적에 원자간의 인력이 작용할 정도가 되지 못하므로 강력한 결합을 얻을 수 없다.

 따라서, 용접의 실용적 목적을 달성하기 위해서는 산화막 제거 및 산화물의 발생을 방지하며, 표면의 원자들이 서로 충분히 접근할 수 있도록 하여야 한다.

 

  2. 용접의 역사

 용접의 역사는 금속주조를 시초로 고대 미술 공예품의 조립에 납땜을 이용하였으며,열간 또는 냉간에서 금속을 해머 등으로 두드려 농기구 등을 단접하여 사용하여 왔으나 극히 일부에 지나지 않았다. 

근대 용접기술의 적용은 1800년대 아크(arc)의 발견솨 아크열을 이용한 용접방법이 개발된 이후이며 제 1차 세계 대전과 제2차 세계 대전 이후부터는 무기제작에 따른 연구로 철강 및 비철금속의 용접에 이르기까지 눈부신 발전을 하게 되었다. 

특히. 19세기에 들어오면서 패러디(Feraday)가 1831년 발전기의 발명으로 전기용접이 연구되어 1885년 베르나도스(Bernardos, N.)와 올젳프스키(Olszewski,S.)가 탄소전극을 사용하여 전극과 모재와의 사이에 아크열 발생시키고 이 아크열을 이용하는 탄소 아크용접(Carbon arc welding)을 고안하였다. 

1888년에 슬로비아노프(Slavianoff, N, G.)는 탄소전극 대신 금속전극을 사용하여 전극과 모재와의 사이에 아크를 발생시키고 모재를 녹임과 동시에 금속전극도 녹여서 용착금속을 형성하는 금속 아크용접(metal arc welding)을 발명하여 마침내 오늘에 이르러서는 금속접합법의 총아로 조선, 철도차량, 자동차, 항공기, 각종 구조물, 압력용기, 건축, 기계, 원자로, 가전제품 등에 이르기까지 제작이나 수리보수 등의 금속공업에 널리 이용되고 있다.

 

  <표 1-1>은 주요 용접법의 개발자와 그 시대를 나타내고 있으며 제2차 세계 대전 이후 용접 기술은 과학의 급속한 진보에 의하여 급속도로 발전하였다.

 

표  1-1  주용 용접법과 개발자
구분	용접방법	개발자
1885 ~ 1902년	탄소 아크 용접	베르나도스와 올제프스키(구소련)
	전기저항 용접	톰슨(미국)
	금속아크용접	슬라비아노프(구소련)
	테르및 용접	골드 슈미트(독일)
	가스 용접	푸세, 피카아르(프랑스)
1926 ~ 1936년	원자수소용접	랑그뮤어(미국)
	불활성가스 아크용접	호버트(미국)
	서브머지드 아크용접	케네디(미국)
	경납땜	왓사만(미국)
1948 ~ 1958년	냉간압접	소더(영국)
	고주파용접	구로호드 라트(미국)
	일렉트로 슬래그용접	빠돈(구소련)
	이산화탄소 아크용접	소와(미국)
	마찰용접	아니이니 초지코프(구소련)
	초음파 용접 전자빔 용접	비른 파워스(미국) 스틀(프랑스)