3.3.1.1 용접
진공 장비에서 연강과 스테인레스강의 구성품은 보통 용기 와 접합부에서 용접됩니다. 또한 알루미늄 구성품을 함께 용 접하는 것도 가능합니다. 용접 후 진공 밀폐 상태인지 확인하 려면 균열이나 빈 공간이 없고 표면이 매끄럽고 그리스가 없 는 적절한 재료를 사용할 필요가 있습니다. 또한 비진공 어플 리케이션에 사용한 보통의 용접 연결과는 때때로 다른 특수 한 기하학적 설계가 필요합니다. 공학적 관점에서 가능하다 면 진공 측면 틈과 균열을 소위 잠재적 또는 가상적 누출을 피하기 위하여 내부 용접을 해야 합니다. 이것이 가능하지 않 을 경우엔 용접을 진공 측면까지 연장해야 합니다. 필요할 경 우엔 기계적 안정성을 높이기 위하여 추가 대기 측면 용접을 채용할 수 있습니다. 이런 연결에서는 필요할 경우 누출 탐지 를 가능하게 하고 공기 유입을 완전히 차단하기 위하여 이런 추가 용접을 연속으로 행하지 않는 것이 좋습니다.
진공 구성품과 진공실의 용접은 특별한 지식이 필요하며, 용 접 직원은 전문 자격증이 있어야 합니다. 보통 용접 회사는 독립적인 검사 기관을 통하여 용접공을 정기적으로 테스트 하여 이 사실을 문서화합니다. 또한 각 용접 재료와 용접 기 하학에 대한 용접 절차 테스트를 수행해야 합니다. 특별히 훈 련 받은 용접 인력(예: 용접 엔지니어 또는 용접 기술자)은 용 접 작업을 따라다니며 평가합니다.
용접 열과 상대적으로 빠른 냉각은 재료의 속성을 변화시킬 수 있습니다. 예를 들어 오스테나이트 스테인레스강의 용접 시 구조의 변화는 자기화성을 증가시키거나 알루미늄 용접 시 일어나는 기공과 고온 균열로 이어질 수 있습니다(이 점은 3.2.1.1 “스테인레스강”과 3.2.1.3 “알루미늄”에서 이미 언급 했음). 또한 용접 영역의 높은 잔류 응력은 구성품의 왜곡을 이끄는데, 이런 왜곡은 가능한 한 낮게 유지되어야 합니다. 밀봉 표면과 같은 기능 영역이 영향을 받을 경우엔 다시 작업 해야 합니다. 재작업이 가능하지 않을 경우엔 전체 작업의 손 상으로 이어질 수 있습니다. 하지만 이를 방지하기 위하여 적 절한 용접 기하학과 용접 순서를 결합한 적절한 용접 방법, 용접 준비와 용접 후 처리, 특히 용접공의 자격과 경험을 포 함하여 다양한 용접 측정이 이루어질 수 있습니다.
진공 기술에서는 텅스텐 불활성 기체 용접(TIG)이 자주 사용 됩니다. 또한 벽이 얇은 구성품을 위한 마이크로-플라스마 용 접이나 파이프 구성품을 위한 궤도 용접과 같은 특수한 방법 뿐만 아니라 다른 유형의 기체 차폐 금속 아크 용접이 사용됩 니다. 훨씬 더 정교한 기계 절차는 레이저 용접과 전자 빔 용 접입니다. 둘 다 섬세한 구성품과 깊은 곳의 용접에 적합합니 다. 커다란 알루미늄 밸브 하우징의 용접에는 마찰 교반 용접 이 사용되는데, 이것은 용접 왜곡이 적은 정교한 기계 절차입 니다.
텅스텐 불활성 기체 용접(TIG)은 소모성 전극을 요구하지 않 으며, 접합 부품은 추가 재료 없이 직접 용접할 수 있습니다. 예를 들어 안정성의 이유로 추가 용접이 필요할 경우엔 용접 소모품을 사용할 수 있습니다. 이 방식의 다른 이점은 실제로 후두둑 떨어지는 소리가 없고, 슬래그 형성이 없고 범용적이 라는 것입니다. 스테인레스강, 알루미늄, 구리 역시 TIG 용접 이 가능합니다. 용접 속도 이외에도 고급 용접이 필요할 경우 엔 TIG 방식이 선호됩니다.
그림 3.4: 레이저 용접의 횡단면 이미지
레이저 빔 용접 또는 레이저 용접(줄임말)은 빠른 용접 속도 와 낮은 열 왜곡이 특징입니다. 레이저의 고농축 에너지 입력 은 좁은 면적의 용접을 가능하게 하며 가열 면적의 범위를 제 한합니다. 내력 구조에 대한 깊고 좁은 용접이 가능할 뿐만 아니라 초점의 너비와 레이저 강도를 설정하면 얇은 막을 생 성할 수 있습니다. 이런 방식으로 챔버 구성품을 추가 용접 없이 설계할 수 있고, 용접 중인 플랜지 링은 밀봉 표면 기하 학의 정교한 재작업 요구 없이 파이프 말단 깊숙한 곳까지 관 통하여 용접할 수 있습니다. 접합부의 더 큰 틈새 폭은 어느 정도까지는 연결할 수 있습니다. 사용된 추가 재료가 여기서 부분적으로 사용됩니다. 단점은 투자 비용이 많다는 것입니 다.
그림 3.5: WIG 궤도 용접의 횡단면 이미지
궤도 용접은 한결같은 고급 솔기를 제공하는 완전히 기계적 인 불활성 기체 용접 공정입니다. 왜냐하면 아크가 기계적으 로 그리고 파이프 또는 둥근 구성품 주변에서 제어된 조건 하 에서 유도되기 때문입니다. 시스템 비용은 TIG 용접보다 비 쌉니다. 궤도 용접 봉은 파이프 직경의 제한된 범위만 담당합 니다. 직경 외부의 각 튜브 역시 파이프를 잡는데 적합한 장 치를 요구합니다.
전자 빔 용접 시 빠르고 집중적인 전극이 용접 지역에 필요한 에너지를 공급합니다. 전자의 산란과 흡수를 방지하기 위하 여 이 공정은 고진공 상태에서 수행됩니다. 이것은 또한 반응 이 예민한 재료의 용접을 가능하게 해줍니다. 시스템 가격이 비싸고 필요한 장비가 구성되어야만 용접 준비가 가능하기 때문에 일반적으로 용접 절차의 가격이 비싸고 주로 시리즈 구성품에 대한 사용이 제한됩니다.
오스테나이트 스테인레스강의 용접 후에는 기계적으로 매끄 러운 표면이 존재하게 됩니다. 그래서 기복 없는 평평한 크롬 산화물 보호막 층이 형성됩니다. 예를 들어 불활성 기체 차폐 (루트 베이스에 포함)는 600°C 이상의 온도에서 표면의 스케 일링을 방지합니다. 완전한 헹군 다음 기계적 또는 화학적 마 감은 표면의 탈색을 제거하고 구성품을 깨끗하게 해줍니다.
