스크랩 다음주에 사용할 용접 와이어에 대해서

[담임 손영성 빠~~샤~~]

Flux Cored Arc Welding (FCAW)

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개요

FCAW는 최근 몇 년 사이에 사용 가능 범위가 확대되고, 용접사 인건비에 대한 부담과 용접부 품질 보증을 확보하기 위해 고 능률의 용접Process를 선호하게 되는 제작사들의 필요성 증대 및 자동화의 필요성에 따라 국내에서 큰 호평을 받고 있는 새로운 용접 방법이다.  한동안 국내외에서 적용의 기준과 허용 여부를 놓고 여러 가지 의견들이 논란을 빚기도 했다.

Flux cored Arc Welding (FCAW)는 기존의 Gas Metal Arc Welding의 장점을 살리면서 보다 효율적으로 용접을 실시 할 수 있도록 개선된 용접 방법이다.
대부분 GMAW의 한 종류로 구분하지만 미국 용접학회(AWS)에서는 별개의 Process(용접 방법)로 규정한다.
Flux Cored Arc Welding은 1954년도 미국 용접학회의 Seminar에서 처음 공개 되었고, 지금과 같은 형태의 용접 방법으로 개선된 것은 그로부터 2 ~ 3년 후의 일이다.

FCAW는 Tube형태의 용접Wire에 Flux를 채워넣고 용접 Arc열로 Flux를 태우면서 이때 발생되는 CO2 가 주 성분인 Shielding Gas를 이용해서 용접부를 보호하고 안정된 용접을 실시하는 방법이다.
일반적으로 가장 많이 사용되는 피복Arc용접(SMAW)는 외부 피복재에 의해 Spatter 발생량이 적고 Arc가 부드럽고 안정적이며 용접 작업성은 우수하지만, Reel에 감을 수가 없어서 자동화가 불가능하고, GMAW용접에 사용되는 Solid Wire는 자동화는 가능하지만, Flux가 없어서 전자세 용접이 힘들고 Spatter 발생량이 많은 등 용접 작업성이 상대적으로 불량하다.
FCAW 는 이러한 단점들을 개선하여 보다 효율적으로 산업 현장에 적용 되고 있으며, 향후 강종의 제한 등 몇 가지 문제점만 보완한다면 가장 안정적이고 효율적인 용접 방법이 될 것으로 기대 한다.  초기에는 주로 조선(Ship Building)을 중심으로 발전해 왔으나 최근에는 산업 기계, 건설기계, 철골, 교량 및 석유화학 압력 용기 등에도 폭 넓게 적용되고 있다.  

FCAW는 Gas Shielding방법에 따라 다음과 같이 두 가지로 구분한다.

• Self Shielded Type : Flux의 연소에 의해 발생되는 Gas로만 용접부를 보호하는 방법.
• Dual Shielded Type : 외부에서 추가로 CO2 Gas를 공급해 주어 용접부를 보호하는 방법.

FCAW의 장, 단점.

장점

• FCAW는 다른 Arc Process에 비해 다음과 같은 많은 장점을 가지고 있다.
• 용착 속도가 빠르다. (GMAW보다 10% 이상 향상) : 전류가 외피 금속만을 통해 흐르므로 전류 밀도가 높아지기 때문이다.
• 전자세 용접이 가능하다.
• Slag 의 박리가 쉽다. : 얇은 Slag가 용접 Bead전면을 고루 덮고 있으며, 가벼운 Chipping Hammer작업 만으로도 쉽게 Slag제거가 가능하다.
• 부드럽고 균일한 용접 금속을 얻을 수 있다.
• 용접 Bead외관 및 형상이 양호 하다. : Solid Wire에 비해 Bead표면이 고르고 Undercut, Overlap 등의 결함 발생이 적다.
• 용접 대상물 두께의 제한이 거의 없다.
• 초보자 라도 쉽게 용접이 가능 하다. : Arc가 부드러워 피로감이 적고 용접 작업성이 좋아 초보자라도 쉽게 용접을 실시 할 수 있다.
• 자동화 하기 쉽다.
• 높은 용착 효율로 용접 속도가 빠르다. (SMAW의 4배, GMAW보다는 낮다.)
• 적용 가능한 전류와 전압의 범위가 넓다. : FCAW는 구경과 자세에 따른 전류의 변화가 심하지 않아 250 ~ 300A, 28 ~ 30V의 범위에서 다양한 구경의 Wire선택이 가능하다.
• Arc의 움직임이 눈에 보이므로 Control하기 쉽다.
• GMAW에 비해 Pre-Cleaning의 필요성이 적다.
• SMAW에 비해 변형이 작다.
• Self Shielded Type을 사용할 경우, Shielding Gas나 Flux 관리 부담이 없다.
• Underbead Crack에 대한 저항성이 크다.

단점

• 현재까지는 철계(Ferrous) 금속과 Nickel Base합금에만 적용 가능하다.
• 용접부의 (특히, 열처리 후의) 충격 강도가 낮다.
• Slag층을 생성하기 때문에 이를 항상 제거해야 한다.
• 일반적으로 다른 용접봉에 비해 Wire값이 비싸다.
• Wire 공급장치 등의 설비로 인해 용접 장비의 초기 투자 비용이 크다. (생산성은 월등히 우수)
• Wire공급장치와 전원 설비가 용접 대상물에 인접해 있어야 한다. (장소의 제한)
• Gas Shielded의 경우에는 바람을 비롯한 외부 대기의 제한을 받는다. (Self Shielded는 훨씬 덜함.)
• SMAW등에 비해 용접 장비가 훨씬 복잡하고 정비의 어려움이 있다.
• SMAW나 GMAW에 비해 용접 과정에서 연기(Smoke and Fume) 발생이 심하다.  

용접 변수

(1) 용접 전류

용접 전류는 용접 Wire의 Feeding Rate와 비례하며 용접 전류의 변화는 다양한 효과를 나타낸다.

① 전류가 증가하면 용착률이 증가 한다.
② 전류가 증가하면 용입이 깊어진다.
③ 과도한 전류는 볼록하고 외관이 나쁜 Bead를 만든다.
④ 전류가 부족하면 용융 금속의 Droplet이 커지고 Spatter가 과다하게 생성된다.
⑤ Self Shielded FCAW로 용접시 전류가 부족하면 용접 금속내의 질소의 양이 많아지고 과다한 Porosity가 발생한다. (Shielding 부족)

이러한 특징과 함께 용접 Wire의 Extension이 커지면 용접 전류는 줄어 든다.

(2) Arc 전압

용접 전압은 Arc의 길이와 밀접한 관계가 있다.
Arc 전압이 너무 높으면 - 즉, Arc의 길이가 너무 길면 - Spatter가 과다해 지고, 넓고 거칠며 불균일한 용접부가 얻어진다.  
Self Shielded FCAW에서 너무 높은 전압은 Nitrogen에 의한 용접부의 오염을 초래하고, 연강 용접 Wire의 경우에는 과도한 Porosity, Stainless Steel 의 경우에는 Ferrite Content의 저하를 초래하여 결국 Crack에까지 이르게 된다.
Arc 전압이 너무 낮으면 ? 즉, Arc의 길이가 너무 짧으면 ? 좁고 오목한 용접 Bead가 얻어지며, 과도한 Spatter가 발생하고 용입이 얕아 진다.    

(3) Electrode Extension

Electrode(용접 Wire) Extension은 그 길이에 비례하여 저항열로 가열된다.  용접 Wire의 온도는 Arc의 Energy, 용착률, 용입의 깊이와 용접부의 건전성에 영향을 미친다.
모든 조건이 동일할 때, Extension이 과도하면 Arc의 안정성이 떨어지고 Spatter가 많아지게 된다.  너무 짧은 Extension은 주어진 전압에서 Arc의 길이를 필요이상 길게 한다.
Gas Shielded FCAW에서는 Extension이 짧으면 과도한 Spatter의 원인이 되어 Nozzle을 막게 되고, 정상적인 Gas Flow를 할 수 없게 된다.  
부적절한 Shielding은 결국 Porosity의 생성이나 과도한 산화의 원인이 된다.  일반적으로 Gas Shielding의 경우에는 19 ~ 38 mm정도의 Extension을, Self Shielding의 경우에는 19 ~ 95 mm정도의 Extension을 추천한다.

FCAW 용접 결함과 대책

FCAW는 우수한 용접 효율과 손쉬운 용접으로 산업계 전반에 널리 사용되고 있지만, 아직 까지는 많은 결함의 위험성에 노출되어 있는 용접 방법이라고 할 수 있다.  그 대부분의 용접 결함은 기공 등과 같이 용접 중에 발생하는 가스와 관련된 것이 주종이다.

Table 3  FCAW 용접 결함과 대책 (1/2)

결 함	원 인	대 책
피트(Pit), 블로우홀 ( Blow Hole)	1.탄산가스가 공급되지 않을 때	1.Cylinder에 가스가 충진되어 있는지, 밸브가 열려 있는지 점검한다.
	2.강풍 때문에 용접부 보호 (Shield)효과가 충분하지 않을 때	2.풍속 2 m/sec이상의 장소에서는 바람을 막아준다.
	3.노즐에 Spatter가 다량 부착되어 가스의 흐름이 막힐 때	3.노즐에 부착된 Spatter를 제거한다.
	4.순도가 나쁜 가스를 사용	4.용접용 가스를 사용한다.
	5.용접부에 다량의 녹, 기름, 페인트 등이 부착되어 있다.	5.용접부를 깨끗이 손질해준다.
	6.아크 길이가 길 때	6.아크 전압을 낮춘다.
	7.Wire가 발청(Rusting)되어 있을 때	7.정상적인 Wire를 사용한다.
언 더 컷 (Under- Cut)	1.아크 길이가 길 때	1.아크 길이를 짧게 한다.
	2.용접속도가 빠를 때	2.용접속도를 늦춘다.
	3.Torch 겨냥위치가 나쁠 때 (수평 필렛)	3.겨냥위치를 변경한다.
오버랩 (Over-Lap)	1.용접전류에 대하여 전압이 낮을 때	1.아크 전압을 올린다.
	2.용접속도가 늦을 때	2.용접속도를 빨리한다.
	3.Torch 겨냥위치가 나쁠 때	3.겨냥위치를 변경한다.
균 열 (Crack)	1.용접조건이 부적당할 때	1.적정조건으로 한다.
	(1) 전류가 높고 전압이 낮다.	(1) 전압을 높게 한다.
	(2) 용접속도가 빠르다.	(2) 용접속도를 늦춘다.
	2.개선각도가 적을 때	2.개선(홈)각도를 크게 해준다.
	3.모재의 탄소, 기타 합금원소의 함량이 높을 때 (열영향부의 균열)	3.예열을 시행한다.
	4.순도가 나쁜 가스를 사용 할 때 (수분이 많은 가스)	4.용접용 고순도 가스를 사용한다.
	5. Crater에서 아크를 빨리 끊을 때	5. Crater부분의 용착량을 증가 시킨다.

 Table 3 FCAW 용접 결함과 대책 (2/2)

결 함	원 인	대 책
Spatter가 많 다.	1.용접조건이 부적당 (특히 전압이 높을 때)	1.적정한 용접조건으로 한다.
Bead의 지그재그 (Zig Zag)	1.Wire 교정이 불충분	1.교정 로울러를 조정한다.
	2.Wire 돌출길이가 길다	2.25mm이하로 한다.
	3.Conduct 튜브가 마모되어 있다.	3.Conduct 튜브를 교환한다.
	4.Torch 조작이 미숙	4.훈련하여 숙달시킨다.
아 크 불 안 정	1.Torch 끝단 직경이 Wire경에 비하여 크다.	1.적정한 Torch 직경으로 교환한다.
	2.Wire가 연속으로 송급되지 않는다.	2.송급 로울러를 청소한다. 교정기를 조정 하여 Wire의 굴곡을 교정한다.
	3.송급 로울러의 회전이 원활치 못하다.	3.원활하게 작동토록 조정한다.
	4.송급 로울러와 가이드 튜브가 멀리 떨어져 있다.	4.송급 로울러와 가이드 튜브를 짧게 한다.
	5.용접전원의 1차전압이 과도하게 변경 한다.	5.전원 용량을 크게 한다.
	6.Wire의 발청(Rusting)	6.녹이 없는 Wire를 사용한다.
Wire와 Torch 끝단의 융착	1.Torch 끝단과 모재와의 거리가 짧다.	1.적정한 길이로 한다.
	2.Wire의 송급이 갑자기 멈출 때	2.송급이 원활하도록 한다.

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[1번 강병주]

이거 보니깐... 방금 샤워하고 나왔는데... 등에 식은땀이... 헐~

[26번 안영수]

한번 읽어본것 뿐인데 왜이리 머리가 아픈지...ㅜㅜ

[38번 이경아]

헐............ 정말 머리 아프겠다... 나는 당췌 무슨말인지 모르겠넹...+.+

[48번 조창석]

갑자기 울렁증이...ㅡ_ㅡ;;;;

[33번 이동렬]

선생님께서 생각해서 올려주셨는데 아직은 죄송하지만 하나도 모르겠습니다 ㅡㅡ;

[12번 김형성]

ㅡ.ㅡ;;;무슨 말일까....

[23 서희배]

자신이 한 용접을 생각한거와 장단점??을 비교 했음 하는데 제 실력이 워낙 바닥이라서요 ^^:;

[5번 우기&용남]

호곡~울영감 이거 읽다가 자겠는데요~^^''

[42번 이홍식]

음..........

[19번 박창현]

선생님이께서 올려놓지 말아야할껄 올려났군.....( 극락도 살인사건 대본중...ㅋ)

[1번 강병주]

조선 3반에 들여놓지 말아야 할것을 들여놨어~ ㅋㅋ

[41번 이재길]

이거 다~~~외우고 배워서 잘먹고 잘삽시다~!!!!

[37번 이석]

누가 이거 프린트좀 해주시면 안댈까여 ㅠ.ㅠ

[37번 이석]

저늠 저거 극락도 보내뿌야 햇던건데...정에 이끌리서 내가 올치못한 판단을한것같다 창현아~

[13번남양우]

음........ 길다 저거 다보면 자겠네 ㅋㅋ

[49번 최준호]

샘...ㄳ 꾸벅...좋은 자료가 요긴하게 사용되었으면 합니당...