전자빔 용접시 열변형 > 기술 및 AS상담

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전자빔 용접은 고에너지 밀도 열원을 사용하는 정밀 용접 방식이지만, 여전히 재료의 열변형(thermal distortion)이 발생할 수 있습니다. 특히 얇은 판재, 비대칭 구조, 또는 고강도 재료를 용접할 때 열팽창 및 수축에 따른 변형이 문제가 될 수 있습니다.

1. 전자빔 용접 시 변형이 발생하는 이유
- 국부 고온: 빔이 한 점에 강하게 에너지를 집중 → 용접부 팽창
- 급냉: 진공 상태에서 냉각이 빠름 → 수축 → 인장 응력 축적
- 구조 비대칭성: 비대칭 용접 → 변형 방향 제어 어려움
- 고강도 재료일수록: 열응력에 더 민감하여 변형이 크게 나타남
- 단측 용접 시: 한쪽만 수축 → 반대쪽으로 휘거나 뒤틀림

2. 전자빔 용접에서 변형이 다른 용접보다 적은 이유
- 열영향부(HAZ) 작음 → 전체 변형량이 상대적으로 작음
- 빔 직경이 매우 좁음 (0.21mm) → 국부 열팽창 제한
- 심층용입 → 단일 패스 → 반복 용접 불필요 → 누적 응력 ↓
- 진공 상태 → 산화로 인한 열 흡수 변화 없음
* 따라서, 변형은 존재하지만 다른 용접에 비해 훨씬 적습니다. 하지만 얇은 판재, 대형 구조물에선 여전히 고려해야 합니다.

3. 전자빔 용접 시 나타나는 변형 형태 예
- 종방향 수축 (longitudinal shrinkage): 용접 방향으로 길이 줄어듦 (예: 1m → 약 0.5mm 수축)
- 횡방향 휨 (angular distortion): 비대칭 열유입 시 판재가 휘어짐
- 뒤틀림 (twist): 길고 얇은 부품에서 회전 변형 발생
- 보우잉(bowing): 한 방향 용접 시 반대쪽으로 만곡 발생

4. 변형을 줄이는 대책
- 양측 대칭 용접: 변형을 상쇄시킬 수 있도록 배치
- 클램핑(고정구) 사용: 부품을 용접 중에 강하게 고정
- 예열: 열팽창 차이를 줄여 응력 완화
- 후열처리 (PWHT): 잔류 응력 제거, 균형 복원
- 시뮬레이션 기반 설계: 용접 전 변형 예측하여 반대 휨 적용 등
- 속도 조절: 지나치게 느린 빔 이동은 변형 증가 요인 → 최적 속도 유지