다이캐스팅 용탕 온도 편차 콜드셧 기포 점검 방법

다이캐스팅 라인에서 도가니 온도계는 정상인데 제품에는 콜드셧이 반복되는 상황, 현장에 있다면 한 번쯤 겪어보셨을 겁니다. 보온로 출구 온도만 보고 안심했던 게 제 착각이었습니다.

보온로 출구 온도만 믿었던 게 문제였습니다

알루미늄 다이캐스팅 라인을 맡으면서 콜드셧이 반복되는 제품을 거의 매주 마주했습니다. 처음엔 충진 끝부분 미성형이라는 증상만 보고 사출 속도를 올리는 쪽으로 접근했습니다. 속도를 높이면 용탕이 캐비티 끝까지 더 빨리 도달할 테니 당연히 해결될 거라고 봤습니다. 그런데 속도를 올려도 같은 위치에서 미성형이 반복됐고, 그때 처음으로 속도가 문제가 아닐 수도 있다는 생각이 들었습니다.

의심의 방향을 바꿔서 용탕 온도를 다시 확인했는데, 보온로 출구에서 측정한 값은 분명 정상 범위였습니다. 그런데 슬리브에 투입되는 순간의 온도를 별도로 재보니 이송 경로를 지나는 동안 생각보다 큰 폭으로 떨어져 있었습니다. 차가운 셧다운(콜드셧)은 금속이 다이 캐비티 안에서 서로 다른 흐름끼리 제대로 융합하지 못하고 가시적인 경계선으로 남는 현상으로, 일반적으로 금속 온도가 낮거나 압력이 충분하지 않을 때 나타납니다. 보온로 출구는 정상이었지만 슬리브 직전 온도는 이미 그 기준을 벗어나 있었던 셈입니다.

같은 로트인데 왜 표면 기포 비율이 들쑥날쑥했을까요

콜드셧 문제를 슬리브 투입 직전 온도 체크로 잡고 나니, 이번엔 같은 로트 안에서도 표면 미세 기포가 생기는 비율이 일정하지 않다는 게 눈에 들어왔습니다. 처음엔 금형 이형제 도포량 문제로 보고 도포 패턴을 바꿔봤습니다. 그런데 개선이 거의 없었습니다.

작업 교대 시간대별로 불량률을 나눠서 봤더니 패턴이 보였습니다. 특정 시간대에만 용탕 온도가 살짝 높게 유지되고 있었고, 그 구간에서 표면 기포 발생이 함께 늘어났습니다. 온도 편차는 ±10도 수준이었는데, 표면 품질에는 차이가 크게 났습니다. 알루미늄 용탕은 온도가 올라갈수록 수소 용해도가 급격히 증가하고, 응고가 시작되면서 그 수소가 빠져나가지 못하고 기공으로 남는다는 점을 고려하면, 이 ±10도 차이가 왜 그렇게 큰 영향을 줬는지 이해가 됐습니다. 수치만 보면 작은 차이지만, 실제로는 결과를 가르는 차이였습니다.

 

 

적정 온도 범위 안에 있어도 안심할 수 없는 이유

많은 분들이 용탕 온도를 적정 범위 안에서만 유지하면 문제가 없다고 생각하십니다. 저도 처음엔 그렇게 봤습니다. 그런데 실제로는 측정 지점과 시간대에 따라 같은 로트 안에서도 조건이 달라진다는 게 더 정확한 기준이었습니다. 용융 알루미늄의 수소 함량은 700도에서 720도 구간에서 비교적 안정적이며, 이 범위 안에서 작업하면 수축이나 기공 같은 결함을 줄이는 데 도움이 된다는 연구 결과가 있습니다. 다만 이 범위는 보온로 안에서 측정한 값일 때만 의미가 있습니다. 슬리브 투입 직전, 작업 교대 시간대, 도가니에서 슬리브까지의 이송 거리에 따라 같은 범위 안에서도 실제 충진 시점의 온도는 다르게 나타날 수 있습니다.

이 차이가 결과를 만듭니다.

제가 지금 적용하는 온도 점검 순서

이 두 가지 경험을 겪은 뒤로는 온도 점검 순서를 바꿨습니다. 보온로 출구 수치만 보고 끝내지 않습니다. 슬리브 투입 직전 온도를 별도로 체크하는 절차를 추가했고, 같은 설정값이라도 교대 시간대별로 실제 측정값을 비교하는 습관을 들였습니다.

증상이 특정 시간대나 특정 위치에서만 반복된다면, 원인을 공정 전체보다 그 구간 주변에서 먼저 좁혀야 합니다. 예를 들어 콜드셧이 충진 끝부분에서만 반복된다면 속도보다 그 지점까지 도달하는 동안의 온도 손실을 먼저 의심해 보는 게 순서상 맞습니다. 표면 기포가 특정 시간대에만 몰린다면 이형제보다 그 시간대의 온도 편차를 먼저 들여다봐야 합니다. 사출 압력이나 플런저 속도 같은 변수가 기공에 영향을 미치는 것도 분명하지만, 용탕 관리는 용탕 처리 못지않게 중요하다는 점이 여러 연구에서 반복적으로 확인되고 있습니다. 금속 이송 중 발생하는 가스, 윤활제와의 상호작용, 충진 시 난류 같은 요인들이 보온로 안에서는 보이지 않다가 슬리브 투입 이후에 나타나기 때문입니다.

용탕 온도 편차를 점검했다면, 슬리브 충진율 설정 기준과 사출 속도 구간별 적용 원칙도 함께 확인해두면 도움이 됩니다. 탈가스 처리 주기와 용탕 청정도 관리도 기공 문제와 직접 연결되는 주제여서 함께 살펴볼 만합니다.

 

 

측정 지점을 하나 더 늘리는 것만으로 달라지는 것들

온도가 정상 범위에 있다는 확인은 어디서 측정했는지에 따라 의미가 완전히 달라집니다. 보온로 출구, 이송 경로, 슬리브 투입 직전, 이 세 지점의 온도는 같은 라인에서도 서로 다를 수 있습니다. 본인 라인의 불량 패턴이 특정 위치나 특정 시간대에 몰려 있다면, 설정값을 바꾸기 전에 그 구간의 실제 측정값을 먼저 확인해 보시길 권합니다.