스크랩 수중용접

[SB-L]

 수중용접 및 수중절단

 

수중용접은 영국해군이 1차 세계대전중 선박들에 대한 일시적인수리를 하기위해
시작되었다.   이런수리들은 선체에 누수되고 있는 리베트 주위를 용접하는 것이다.
수중용접의 가능성은 육상용접에 비해 약 80% 강도와 40% 연성을 가질 수 있기
때문에 수중용접은 salvage 작전과 비상수리 작업에 채택되어 왔다.
추가로 그것은 10m 이상 수심에는 제한되고 있다.

최근에 수중용접에 대한 흥미가 offshore 개발 ,drilling gas 와 oil 회수 때문에
증가 되고 있다.  이러한 활동은 수중 파일 가설과 때때로 수리가 필요한것과
drill rig 의 수중위치와 플랫폼제작에 사용되어왔다.

특수한 기술로 미국석유위원회의 회의에서 수중금속질이 개발 되었다.
즉 수중에서 사용할 수 있는 표준 1104 이다.   이러한 노력들은 질좋은 수중용접이
수행될수 있는 것을위한 수심증가에 대한 수행이다.

수중용접은 두가지 주요 범주로 구분 할 수있다.
wet 상태에서 용접하는 것과 dry 상태에서 용접하는 것이다.
 wet  이나 wet 환경에서의 용접은 비교적 낮은 수심에서 비상시 수리나  salvage
작전을 위해 초기에 사용되었다.

     1.wet welding

      

수중에서의 질 낮은 용접은 열전이 용접자 시야와 수중작업중 arc 대기중에 있는
수소의 존재 문제에 기인한다.
기존금속과 arc주위가 물에 완전히 둘러싸여 있을 때 용접에 있어서 기존금속의 생성에
온도와 열이 없으며 이것은 용접금속의 질을 감소하는 고온도 기울기나 감소 효과를
발생한다.

arc 주위는 많은 기포가 발생된다.  기포의 수소가스는 용융하는
용접금속에 흡수되며 유공과 수소는 cracking을 발생 시킨다.
추가로 수중용접작업은 육상용접과 같은 작업능력보다 제한된다.

arc 시에 발생되는 수질오염, 짧은 수중 시정으로 더욱제한된다.
짧은 시간동안 사용될 수 있으나 가능한 빨리 양호한 용접물로 대체해야한다.

여러 가지 노력들이 용접할 수 있게 gas bubble을 만들어 낸다.
이러한 기술은 피복된 전극으로  wet에서 만들어 질 때 용접질을 보상하기에는 충분한
성공이 될 수 없다.  이러한 노력들은 gas bubble 내부에서 재용접하며 wet에서 가스금속아크 용접절차를 이용 하기위해 노력하고 있다.

이러한 용접금속의 누적이 공기중에서와 같은 질을 기대할 수 없음에도 불구하고 간혹
수중 용접을 할 필요가 있다.

수중용접을 위한 전원은 항상 DC 300 ~ 400 Amp가 유지 되어야 한다.
모터발전용접기는 간혹 수중용접을 위해 사용되고 있다.
용접기의 프레임은 선박에 부착되어야 한다. 추가로 용접회로는 양극 타잎 스위치를
갖추어야 한다. 통상 knife switch가 표면에서 조작된다.

전극회로에 나이프 스위치는 안전을 위해 필요하다.
용접전류는 용접자가 용접중에만 전극 홀더에 연결한다.
용접봉은 물에 절연되는 특수한 용접전극봉을 사용한다.    

   

모든 연결물은 물이 금속부분에 접촉할 수 없게 완전히 절연되어야 한다.
만일 절연이 누수되면 금속 conductor 와 전류부분에 접속하게 접촉하게 될
것이며 arc 에 사용할 수 없을 것이며 또한 누수지점에 구리선이 급히 부식될 것이다.

수중용접의 필요성은 oil ,gas 분리 산업과 심해 offshore에서 급증하고 있다.
수중에서 실시하는 용접방법은 여러 가지이며 그 방법으로는 특징이 있고 시공 조건(시공 공간,용접대상물,수심,물결,수온,투명도 등)을 충분히 고려하여 설계상 필요한 강도를 확보할 수 있는 용접방법을 채용할 필요가 있다 .
    -건식:가변압식(수중실방식) , 1기압식(대기압실 방식,대기해방 방식)
    -미니 건식:이동방식, 고정상방식, 국부 건식 방식,스터드 용접.
      건식은 일반적을로 수중의 용접한 곳을 그 주위에 공간을 형성하도록 특수 체임버로만들고 그 가운데 물을 배제 하여 기중에서 용접하는 방법이다.
     미니건식의 경우는 용접부만을 체임버로 가려서 용접을 한다,
    -습식:습식은 수중에서 직접 실시하는 간편한 용접이며 용접장소의 현장이 복잡한 경우 용접선이 짧으면서도부분적으로 현상이 급변하는 경우 혹은 응급 처치를 하여야      하는 경우 등에는 필수의 방법이다
     이 방법은 용접열원 및 용접 장소가 물로 둘러싸여 있으므로 매우 간단한 방법으로용접부에 기체공동을 만들어열원의 안정성 확보와 용접장소에로의 물의 침입을 막는       데에 여러 가지의 연구가 이루어지고 있다.
   -습식 수중 아크용접은 용접에 필요한 국부적인 기체 공동의 형성과 용접 작업을 동시에 해야하며 또한 수중기와용융 금속의 반응, 용접부의 냉각속도 증대 등에 의해 균      열이나 기공등 용접결함이 발생하기 쉽다
     그러나 고체 용기를 사용하지 않으므로 용접 치수에 제약이없고 설비비도 싸므로 피복 아크용접봉을 사용하는수중 피복 아크용접은 수중에서는 가장 간편하고 직접적인      용접법으로 적합하다는 연구결과도 있다.

   -수중용접봉:일미나이트계(KS  E4301)이 제일 적합하며 발전기용량은 직류300Amp이상

   -수중 절단:수중절단에는 가스절단과 아크절단이 있으나 직류용접기를 이용한 산소아 크절단이 많이 사용되고 있다.
    산소아크절단은 금속중공관을 전극으로하여 피절단물과의 사이에 아크를 발생시켜피절단물을 용융시키고,   금속중공관 중에서 산소가스를 분출시켜 용융금속을 날리면서 절단한다.
     또 이 산소가스는 용융금속과의 사이에 과학반응을 일으키고 용융점의 열보전작용도한다.
     금속중공관(일반적으로 가우징봉이라고 함)  발전기 용량은 직류 600 Amp 이상이여야 한다.

         수중 용접                                                    

 시중에 시판되고 있는 몇가지 형의 피복된 아아크 용접봉을 방수액으로 피복하면 수중용접에 적합하다는 것이발견 되었다.
육상 용접보다 높은 전류를 사용하며 또한 물에는 전기 전도성이 있으므로 전기 충격의 위험성을막기 위해서는 모든 안전수칙을 엄격히 준수해야 한다.

수중용접의 목적: 드라이 도크등 수리시설이 없는곳에서 긴급수리는 수중용접으로서 대체할 수 있다.
파손된 철판을 수중용접으로 고정 시키고 수밀성을 유지하는 이차적인 수단으로
사용할 수 있다.

수중용접시 표면청소: 용접할 표면을 청소하여 준비하는 것은 극히 중요한 일이다.
                               두터운 페인트,녹,해초물 등이 있으면 용접이 잘 되지 않는다.
                               수 차례의 비드 용접시에는  항시 용접융착면을 깨끗이 하여야 한다.

수중용접에 불리한조건: 수중용접작업을 할 고정된 작업대를 설치할 수 없는 경우 파도가 센 수면 근처에서 작업할 때 안정된 작업대를 설치하기 힘들다. 작업대는 용접물에 고정하는  철판이 아주 휘었거나 뒤틀어졌을 경우, 용접면의 청소상태가                                   불량했을 경우(녹,해초류등) 수중 시야가 확보되지 않는 경우등,

 수중용접 기술 ; 수평 위치의 휠레트 용접

1. 안전 스위치가 열려 있는가를 확인한다.
2. 용접할 표면을 완전히 깨끗이 한다.
3. 사용할 용접봉에 적합한 전류를 공급하도록 용접 발전기를 조정한다.
4. 용접봉의 끝쪽이 작업물로 향하게 하여 용접봉이 용접선에 대하여 약 30°의 각도가 되게 한다.
   잠수부의 취향에 따라 15° 내지 45° 로 달라질 수 있다.
5. 전류신호를 하여 아아크를 시작되면 작업물에 향하여 충분한 압력을 가하여 용접봉이 저절로 소모되도록한다.
6. 새로운 용접봉을 용착시키기 전에 용착시킨면을 깨끗이 한다. 새로운 용접봉으로 용착시키는 것은 앞서 용착
   시킨 것과 약간 겹치도록 한다.

 용접봉과 용접선간의 각도를 약35° 내지 55° 로 사용하며 용접 진행 속도를 느리고 일정하게 하는 것이다.
숙련이 되어 있으면 이 35° - 55° 방법을 사용하면 자체 소모법을 사용할 때에 생기는 볼록면과 언더캇팅을 없이할 수 가있다.

자체 소모법은 경험이 적어 숙련도가 보통 혹은 보통이하인 작업자에게 알맞으로 35° - 55°방법은 숙련된작업자에게 적합하다.

상기 두 가지중의 어느 방법으로서 실제로 상향 용접을 하려하기 전에 실제 작업조건하에서 연습을 몇 번 해야한다.
이렇게 용접한 것을 수면위로 가져와 검사하여 전류 조정치가 정확하며 잠수부가 기술을 습득하였는가를확인 하여야 한다.

비드가 불균일한 것은 1) 전류가 너무 높았던가  2) 작업자가 압력을 충분히 가하지 않았던가 등..  기술과 경험은 좋은 용접을 할 수 있는 기본 요건이다.
 

        아아크 산소 수중 절단법                                  

기본원리는 산소 아세치렌 절단과 동일한 것이다. 산소 아세치렌법은 산소  아세치렌 불꽃으로 우선 부분적으로금속을 예열하여 백열 상태에 이르면 그 부분에 산소를 고속으로 분사한다.
분사된 산소는 예열된 부분의 중심을 산화 혹은 연소 및 연소 생성물 제거의 두가지 역할을 한다.

절단 토오치가 절단 예정선으로 움직여 나갈 때에 맨 첫 번 위치에서 발산된 열은 산소 아세치렌 불꽃에서나온 열로서 더욱 증가되어 백열 지점을 전진시켜 나가서 산소 줄기(Stream)가 작용할 준비를 한다.

아아크 산소 절단에 있어서는 절단될 물질과 전극봉 사이의 전기 아아크로서 예열한다.
아아크의 열 에너지는 산소 아세치렌 불꽃보다 훨씬 강하므로 아아크 산소법의 예열은 거의 순간적이다.
그러므로 아아크가 되는 순간 고속의 산소 줄기가 예열된 지점에 부딪치면 산소 아세치렌절단과 동일한현상이 일어난다.

전류 아아크를 유지하면서 절단 예정선으로 전극봉을 움직여 나가면 예열,산화 및 연소된 금속의 제거가연속적으로 계속 일어난다.
아아크 산소 방법에 있어서 아아크는 산소 아세치렌 불꽃을 대치한 것이며
전력은 아세치렌불꽃을 대치한 것이다.

산소 아세치렌 절단 토오치의 첨두는 복합된 오리피스 노즐에 불과한 것이며 연소 부분의 바깥에 있으며여기를 흐르는 개스로서 계속냉각된다.
개스 토오치 첨두의 수명은 기계적으로 파손되지 않으면 사용도에
영향을 받지 않는다.

          금속 아아크 수중 절단법

아아크 절단법은 전류 아아크열을 절단선을 따라 금속에 가하여 녹이는 방식이다.
수중 절단에 있어서 이 방법은 산소를 구할 수 없건 혹은 보통의 피복된 용접 전극봉으로서 철, 혹은 비철금속을 절단하려 할 때에 사용한다.

금속 아아크절단법으로 알려진 이방법은 1/4" 인치보다 얇은 철판 및 놋쇠,구리,닉켈,동,망간,청동 등의비철 금속을 절단할 때에 산소를 사용하는 것 보다 우수하다.

금속아아크 수중절단 기술 ; 40볼트- 300 암페아의 전원 및 3/16" 인치의 전극봉을  사용하면 1/4"인치까지의 철판은 전극봉을 임의의 절단선을 따라 단순히 드라깅(끌어 가는법)으로 절단 할 수 있다.

이 드라그 기술로서 절단할 수 있는 철판의 최대 두께는 300암페아 전류로서 1/4"인치이며 3/8"인치에는400암페아로 전류를 증가하면 된다.

더 두꺼운 철판을 절단하는데는 톱을 쓰는 것과 같은 느리고 짧은 동작으로서 용융된 금속을 절단부에서먼쪽으로 밀어 내어야만 한다.
이 톱 쓰는 기술을 잘 이용하면 큰 전극봉과 많은 전류가 소요되며
드라그 기술도 쓸 수 없는 여러 가지의 두꺼운 철판에 대해서도 금속 아아크 절단법을 사용할 수 가 있다.

큰 전극봉과 많은 전류를 사용할 수 있으면 드라그 기술은 작업 속도가 빠르고 간단하다는 이점이 있다.

             안전수칙                             

 수중 절단 및 용접장비를 설계,설치,작동 및 유지하는데 있어서 인명의 손상으 막기 위하여서는 안전수칙들을 준수하도록 각별히 주의 하여야 한다.

1. 작업자는 작업물, 토오치 및 물과 완전히 절연이 되도록 복장을 갖추어야한다.
2. 모든 전선의 연결점 및 전극봉 홀다의 전류가 통과하며 노출된 부분은 고무테이프나 기타 방법으로
   완전히 절연 시켜야한다.
3. 잠수 감독자가 항상 조정할 수 있고 잠수부의 요청에 따라 즉시 용접회로를 열거나 닫을 수있는
   위치에다가 작동이 양호한 안전 스위치를 용접회로 중에 연결하여야 한다.
4. 잠수부는 단절 스위치를 사용하여 자기에게 허용된 보호조치를 최대한 활용해야한다.
   잠수부가 실제로 용접을 하고 있거나 용접위치로 전극을 향하고 있을 때에만 전류를 통하게
   함으로써 잠수부에게는 최대한의 보호가 된다.
5. 용접봉교환이나 용접봉을 고정하는 일은 용접회로에 전류가 흐르지 않을 때에  교환한다.
   용접봉을 소모했거나 교한시에는 잠수감독자에게 신호하여 전류를 단절시키고 확인 후에 작업한다.
6. 용접회로의 노출된단자가 씌워져 있지 않은 용접봉하단부가 잠수부의 몸으로 향해 있어서는 안된다.
7. 잠수부와 전극봉홀다가 전기적으로 접촉할 수 있다는 것을 고려하여 금속헬멧 혹은 잠수복의
   금속부분이 작업물과 닿지 않도록 주의 하여야 한다.
8. 수중에서 아아크작업을 할 때에는 배기않된 개스가 폭발위험이 있으므로 특별히 주의하여야 한다.
   폭발성개스의 발생은 광범위 하며 용접작업 자체에서도 생긴가.
   수중용접시 발생된 개스의 분석에 의하면 이 개스는 폭발성이 높은 수소가 약70% 로써 구성되어있다.
   
   그러므로 밀폐된 격실이나 모퉁이를 용접절단할 때는 폭발 가능성을 제거하기 위하여 개스가 누출될 구멍을 미리 마련하여야만 한다.
   
   용접 혹은 절단시는 폭발 가능성이 있는 배기안된 개스가 인접격실에 없는지를 주의하여 확인하여야 한다.