차단층 형성

물리화학적 작용 메커니즘

액체 알루미늄과 고체 강의 경계면에서 철과 알루미늄 원자가 서로 확산한다. 냉각 시 FeAl3 또는 Fe2Al5와 같은 취성 금속간 화합물 상이 형성된다. 이 상들은 슬립면이 없는 매우 규칙적인 결정 구조를 가지며 경도는 1000 HV까지 도달한다. 층 두께는 온도와 접촉 시간이 증가함에 따라 지수적으로 성장한다. 급속 냉각은 얇지만 단단한 층을 고정시킨다.

용접 시 야금학적 관련성 및 위험

취성 층은 거의 변형이 불가능하다. 냉각 시 수축 응력 하에서 층을 따라 즉시 균열이 발생한다. 접합부는 작은 하중에도 파손된다. 약 10 µm의 층 두께부터 전체 용접부가 사용 불가능해진다. 알루미늄과 강의 열팽창 차이는 추가 응력을 발생시킨다. 접합 영역에 산화물이나 수분이 갇히면 기공이 생길 수 있다.

현장 실무 및 조치 지침

차단층 형성은 최소화할 수만 있고 완전히 방지할 수는 없다. 용융지 접촉 시간을 0.5초 이하로 유지하라. 짧은 아크, 높은 용접 속도, 낮은 전류로 입열을 제한하라. 목표는 금속간 화합물 층 두께를 5 µm 이하로 하는 것이다. 폭발 압접된 알루미늄-강 이재(異材) 연결부를 사용하거나 정확한 에너지 제어가 가능한 마찰 용접 또는 레이저 빔 용접을 적용하라. 접합면을 철저히 청소하고 산화층을 제거하라. 강의 예열은 피하라, 열은 확산을 가속화한다.