폭발용접·초음파용접

폭발용접(Explosion Welding, EXW)은 폭약의 폭발력으로 두 금속판을 고속 충돌시켜 접합하는 고상 용접 프로세스입니다.

원리: 모재(Base Plate) 위에 일정 간격(Stand-off Distance)을 두고 플라이어(Flyer Plate)를 배치합니다. 플라이어 위에 폭약을 설치하고 한쪽 끝에서 기폭하면, 폭발파(Detonation Wave)가 진행하면서 플라이어가 고속(200~500m/s)으로 모재에 충돌합니다.

충돌 시 접합면에 제팅(Jetting) 현상이 발생합니다. 두 금속 표면의 산화막과 불순물이 고속 금속 제트에 의해 접합면 밖으로 배출되고, 청정한 금속면끼리 금속학적 결합이 형성됩니다.

접합 계면을 현미경으로 관찰하면 특징적인 파형 계면(Wavy Interface)이 나타납니다. 이 물결 무늬는 폭발용접의 고유한 미세조직 특징입니다.

폭발용접의 적용: 클래드 판(Clad Plate) 제조

폭발용접의 가장 중요한 산업 적용은 클래드 판(Clad Plate) 제조입니다. 저렴한 탄소강 모재에 내식성이 우수한 스테인리스강, 니켈합금, 티타늄 등을 클래딩합니다.

대표적 클래드 조합:
- 탄소강 + 스테인리스강 (304, 316L)
- 탄소강 + 니켈합금 (Inconel 625)
- 탄소강 + 티타늄
- 알루미늄 + 구리 (전기 접속용 전이재)

이러한 클래드 판은 압력용기, 열교환기, 화학 반응기 등에서 경제적으로 내식성을 확보하는 데 널리 사용됩니다.

초음파용접(Ultrasonic Welding, USW)은 고주파 기계적 진동(20~40kHz)을 접합면에 가하여, 마찰열과 소성 변형으로 금속을 접합하는 고상 용접 프로세스입니다.

원리: 상부 공구(Sonotrode/Horn)가 초음파 주파수로 횡방향 진동하면서 접합면에 마찰을 발생시킵니다. 이 마찰로 인해 접합면의 산화막이 파괴되고, 국부적 소성 변형과 발열이 일어나 금속학적 결합이 형성됩니다.

주요 적용 분야:
- 배터리 탭 용접: 리튬이온 배터리의 구리/알루미늄 탭을 전극에 접합. EV 산업에서 대량 사용
- 플라스틱 접합: 초음파용접이 가장 많이 사용되는 분야. 열가소성 플라스틱의 고속 접합
- 금속 박판 접합: 알루미늄 박, 구리 박 등 얇은 금속의 접합
- 와이어 본딩: 반도체 패키징에서 금선/알루미늄선 접합

장점: 매우 짧은 용접 시간(수십 ms~수 s), 저에너지, 이종 재료 접합 가능, 표면 준비 요구가 적음
한계: 접합 두께와 면적에 제한(박판·소형 부품 전용), 고출력 장비의 진동/소음