회사 소식 텅스텐 탄화물 은 강철 으로 용접 될 수 있는가?

산업 생산에서 내마모성 텅스텐 카바이드 부품(예: 내마모 라이너, 공구 절삭 날)과 고강도 강철 부품(예: 장비 베이스, 브래킷)을 결합해야 하는 경우가 많습니다. 이러한 조합은 텅스텐 카바이드의 내마모성과 강철의 인성을 활용합니다. 이 시점에서 많은 사람들이 궁금해합니다. "텅스텐 카바이드를 강철에 직접 용접할 수 있습니까?" 이러한 문제를 수년간 다뤄온 업계 실무자로서 명확한 답변은 다음과 같습니다.네, 가능하지만 쉽지 않습니다..

텅스텐 카바이드와 강철의 재료 특성(예: 융점, 열팽창 특성)의 큰 차이는 일반적인 용접 방법이 종종 균열을 유발한다는 것을 의미합니다. 그러나 올바른 용접 공정을 선택하고 주요 기술을 숙달하면 안정적인 접합을 얻을 수 있습니다. 이 기사에서는 용접이 어려운 핵심 이유, 3가지 실행 가능한 산업 방법, 실제 적용 시나리오 및 실패를 방지하기 위한 주의 사항을 설명합니다. 이는 실제 공장 경험을 바탕으로 하여 산업 사용에 명확성과 관련성을 보장합니다.

텅스텐 카바이드(WC)를 강철(예: 탄소강, 스테인리스강)에 용접하는 근본적인 문제는 주로 세 가지 측면에서 나타나는 뚜렷한 재료 특성에서 비롯됩니다.

강철은 일반적으로 1,450~1,550°C의 융점을 갖는 반면, 텅스텐 카바이드의 경우 고온에서 불안정합니다. 1,300°C 이상에서는 분해(탄소 방출)되는 경향이 있으며 심지어 부서지기 쉬워집니다. 일반적인 용접(예: 아크 용접, 종종 1,500°C를 초과함)의 고온은 텅스텐 카바이드에 직접적인 손상을 입혀 강력한 접합이 형성되기 전에 효과가 없게 만듭니다.

용접 중에는 재료가 가열되면 팽창하고 냉각되면 수축합니다. 강철은 텅스텐 카바이드보다 훨씬 높은 열팽창 계수를 갖습니다. 예를 들어, 탄소강의 계수는 약 12×10⁻⁶/°C인 반면, 텅스텐 카바이드는 5×10⁻⁶/°C에 불과합니다. 냉각 중 강철은 텅스텐 카바이드보다 훨씬 더 많이 수축하여 용접 균열 또는 텅스텐 카바이드 파손을 유발하는 엄청난 열 응력을 생성합니다.

강철은 파손 없이 응력 하에서 변형될 수 있는 연성 금속입니다. 반대로, 텅스텐 카바이드(텅스텐-탄소 결정과 코발트 바인더로 구성됨)는 세라믹과 유사한 복합 재료이며 본질적으로 부서지기 쉽습니다. 이러한 차이는 용접 후 하중 하에서 강철의 변형이 텅스텐 카바이드로 직접 전달되어 취성 파괴를 유발한다는 것을 의미합니다.

산업 사례: 한 작업장에서 일반적인 아크 용접을 사용하여 텅스텐 카바이드 블레이드를 강철 공구 홀더에 용접하려고 시도했습니다. 냉각 중 강철 홀더의 수축으로 인한 열 응력으로 인해 텅스텐 카바이드 블레이드가 용접부를 따라 완전히 균열이 발생하여 전체 부품 배치가 쓸모없게 되었습니다.

어려움에도 불구하고 이 용접 작업에 대한 성숙한 산업 솔루션이 존재합니다. 핵심 전략은 "텅스텐 카바이드 보호를 위한 온도 제어"와 "균열 방지를 위한 응력 완화"입니다. 다음은 가장 널리 사용되는 세 가지 방법입니다.

• 공정 원리: 가열 온도는 800~1,100°C 사이로 제어됩니다. 이는 필러를 녹일 만큼 높지만 텅스텐 카바이드 분해 또는 취성을 방지할 만큼 낮습니다. 냉각되면 응고된 필러가 기계적 및 부분적인 야금학적 접합을 생성합니다.
• 장점: 낮은 장비 요구 사항(화염 또는 저항로 가열 작동), 저렴한 비용, 대량 생산에 적합, 텅스텐 카바이드에 대한 최소한의 열 손상 및 높은 용접 효율.
• 단점: 융합 용접보다 낮은 접합 강도, 낮은 충격 저항 및 고부하 또는 고주파 충격 적용에 부적합.
• 적용 시나리오:
  • 광산 장비용 내마모 라이너(예: 텅스텐 카바이드 블록을 강철 분쇄기 베이스에 용접);
  • 일반 절삭 공구(예: 텅스텐 카바이드 날을 강철 목공 평면 본체에 접합);
  • 펌프용 내마모 링(예: 텅스텐 카바이드 링을 강철 펌프 케이싱의 내벽에 용접하여 내마모성 향상).

산업 사례: 콘크리트 믹서 제조업체는 구리 기반 납땜을 사용하여 작은 텅스텐 카바이드 블록을 강철 믹서 블레이드에 부착했습니다. 블레이드의 수명은 3개월에서 12개월로 연장되었으며 전체 비용은 약 30% 절감되었습니다.

• 공정 원리: 저온과 고압의 조합은 텅스텐 카바이드 분해를 방지하는 동시에 원자 확산을 촉진합니다. 필러 금속이 필요하지 않습니다. 접합은 재료 자체 내의 원자 이동에 의존하여 기본 재료와 거의 동일한 용접 강도를 얻습니다.
• 장점: 매우 높은 접합 강도, 눈에 보이는 용접 인터페이스 없음, 우수한 밀봉, 정밀 부품 또는 고강도 요구 사항에 적합하며 용접 후 재료 특성에 미치는 영향 최소화.
• 단점: 높은 장비 투자(특수 고온, 고압 확산로 필요), 긴 생산 주기(각 용접에 몇 시간 소요), 높은 비용, 크거나 불규칙한 부품에 부적합.
• 적용 시나리오:
  • 유압 밸브용 스풀(예: 누출 없는 성능을 위해 텅스텐 카바이드 밀봉 표면을 강철 스풀에 용접);
  • 정밀 금형 인서트(예: 치수 정확도를 위해 텅스텐 카바이드 펀치를 강철 냉간 스탬핑 다이 프레임에 접합);
  • 고강도 항공우주 부품(강철의 인성과 텅스텐 카바이드의 내마모성 모두 필요하며 엄격한 신뢰성 요구 사항 포함).

• 공정 원리: 레이저의 집중된 에너지는 가열을 작은 영역(용융 풀 직경 일반적으로 0.5~2mm)으로 제한하여 온도 및 열 투입을 정밀하게 제어할 수 있습니다. 이는 열 응력을 최소화합니다. 필러 금속은 텅스텐 카바이드와 강철 간의 재료 차이를 보상하여 용접 호환성을 향상시킵니다.
• 장점: 빠른 용접 속도, 작은 열 영향부, 복잡한 모양(예: 곡면, 작은 구멍 가장자리) 용접 능력, 소량 생산 또는 부품 수리에 적합하며 미적 용접 외관.
• 단점: 높은 장비 비용(파이버 레이저 용접기는 고가), 작업자에 대한 높은 기술 요구 사항(레이저 초점의 정밀한 제어가 필요), 초대형 부품에 부적합.
• 적용 시나리오:
  • 마모된 부품 수리(예: 텅스텐 카바이드 층을 용접하여 마모된 강철 샤프트의 치수 복원);
  • 불규칙한 공구 제조(예: 맞춤형 밀링 커터용 텅스텐 카바이드 절삭 헤드를 강철刀柄에 접합);
  • 작은 정밀 부품(예: 직경이 10mm 이하인 강철 밸브 코어에 텅스텐 카바이드 마모 지점 용접).

올바른 용접 방법을 사용하더라도 부적절한 작동은 용접 균열, 텅스텐 카바이드 분리 또는 기타 문제를 야기할 수 있습니다. 산업 경험을 바탕으로 다음 네 가지 중요한 단계에 집중하십시오.

용접 표면의 오일, 산화물 층 또는 녹은 필러 금속 습윤 또는 원자 확산을 손상시켜 접합 실패를 초래합니다. 구체적인 단계:

• 텅스텐 카바이드 표면: 균일한 금속 광택이 보일 때까지 800~1,000방 그릿 사포로 샌딩하여 산화물을 제거합니다. 샌딩 먼지와 오일을 제거하기 위해 알코올 또는 아세톤으로 닦습니다.
• 강철 표면: 와이어 브러시 또는 산 피클링으로 녹을 제거한 다음 필러 금속과의 접착력을 향상시키기 위해 거친 표면(거칠기 Ra 1.6~3.2μm)을 생성하도록 샌딩합니다. 마지막으로 보푸라기가 없는 천을 사용하여 아세톤으로 청소합니다.

부정적인 사례: 한 작업장에서 경납땜 전에 강철 베이스에서 오일을 완전히 제거하지 못했습니다. 초기 검사에서는 양호한 접합이 나타났지만, 텅스텐 카바이드 블록은 작동 1주 후에 분리되었습니다. 이는 필러 금속과 오염된 강철 간의 접착 불량 때문입니다.

온도와 시간은 용접 품질에 매우 중요합니다. 방법 및 재료 유형에 따라 조정하십시오.

• 경납땜: 온도를 800~1,100°C 사이로 유지합니다(텅스텐 카바이드 분해를 방지하기 위해 1,100°C를 초과하지 않도록 합니다). 가열 시간은 필러를 녹이고 틈을 채울 만큼 충분해야 합니다(일반적으로 부품당 10~30초).
• 확산 접합: 온도를 600~1,000°C로 유지하고 균일한 압력을 유지합니다(국부 응력으로 인한 텅스텐 카바이드 파손을 방지하기 위해). 유지 시간은 부품 두께에 따라 다릅니다(전체 원자 확산의 경우 일반적으로 1~3시간).
• 레이저 용접: 부품 두께에 따라 레이저 출력을 조정합니다(일반적으로 500~1,500W). 과열을 방지하기 위해 펄스 가열(열-일시 중지-열 사이클)을 펄스당 1~2초 사용합니다.

불일치하는 열팽창을 해결하기 위해 텅스텐 카바이드와 강철 사이에 전이층(예: 니켈 합금 시트, 구리 합금 시트)을 삽입합니다. 열팽창 계수는 두 재료 사이에 있으며 냉각 응력을 줄이는 완충재 역할을 합니다.

• 구현: 전이층을 용접 영역 크기에 맞게 자르고 텅스텐 카바이드와 강철 사이에 끼워 조립품을 함께 용접합니다. 층 두께는 0.1~0.5mm여야 합니다(과도한 두께는 전체 접합 강도를 감소시킴).
• 결과: 한 광산 장비 제조업체는 텅스텐 카바이드 내마모 라이너를 용접할 때 니켈 합금 전이층을 추가하여 용접 균열률을 40%에서 8% 미만으로 줄였습니다.

용접 후 급속 냉각(예: 물에 담금)은 열 응력을 악화시키고 균열을 유발합니다. 응력을 해소하기 위해 서서히 냉각하십시오.

• 자연 서서히 냉각: 용접된 부품을 건조하고 바람이 없는 환경에 놓고 24시간 이상 자연적으로 냉각시킵니다. 저온 또는 통풍에 노출되지 않도록 합니다.
• 저온 템퍼링: 가능한 경우 부품을 템퍼링로에 넣고 200~300°C에서 2~4시간 동안 유지한 다음 로와 함께 실온으로 냉각합니다. 이는 내부 응력을 더욱 해소하고 접합 안정성을 향상시킵니다.

과도한 용접 강도를 추구하는 것은 역효과를 낳습니다. 텅스텐 카바이드의 본질적인 취성은 과도하게 강한 접합이 강철 변형을 텅스텐 카바이드로 직접 전달하여 파손을 유발한다는 것을 의미합니다. 좋은 용접은 취성 파손을 방지하기 위해 "신뢰성"과 "응력 완충"의 균형을 맞춥니다.

코발트 함량은 용접성에 큰 영향을 미칩니다. 코발트 함량이 낮은 텅스텐 카바이드(<5%)는 필러 또는 기본 금속에 대한 접착력이 좋지 않아 용접 실패를 초래합니다. 더 나은 호환성을 위해 8~15% 코발트 등급을 선택하십시오.

검사는 품질을 보장하는 데 매우 중요합니다. 용접 후 균열, 기공)에 대한 육안 검사, 기계적 테스트(인장, 충격 테스트) 및 밀봉 테스트(밀봉된 부품의 경우)를 수행하여 결함이 있는 부품이 장비 고장을 일으키는 것을 방지합니다.

텅스텐 카바이드를 강철에 용접하는 것은 완전히 가능하지만 부품의 목적, 크기 및 성능 요구 사항에 따라 올바른 방법을 선택해야 합니다.

• 복잡한 모양 또는 수리의 경우 경납땜을 선택하십시오.
• 복잡한 모양 또는 수리의 경우 확산 접합을 선택하십시오.
• 복잡한 모양 또는 수리의 경우 레이저 용접을 선택하십시오.

표면 준비, 온도 제어, 전이층 사용 및 서서히 냉각을 엄격하게 따르면 균열 및 분리를 방지하여 텅스텐 카바이드의 내마모성과 강철의 인성을 결합하는 안정적인 접합을 얻을 수 있습니다.

부품에 특수한 작업 조건(예: 초대형, 초고압, 강한 부식)이 포함되어 있고 적합한 용접 공정에 대해 확신이 없는 경우, 언제든지 문의하십시오. 최종 제품이 산업 요구 사항을 충족하는지 확인하기 위해 맞춤형 솔루션을 제공하고 샘플 용접 테스트를 수행할 수도 있습니다.