피복아크용접

[kcwelding]

1. 피복아크 용접의 원리

 - 피복아크 용접은 피복제를 입힌 용접봉과 피용접물 사이에 전류를 통하면 아크가 발생된다.

   이 아크열로서 용접을 하는 방법이며, 각종 용접법 중에서 가장 널리 사용되고 있다.

   그 이용범위는 연강을 비롯하여 고장력강, 스테인레스강, 비철금속,주철 및 표면 경화된것까지 용접되며,

   이때 발생되는 아크열은 약 6,000℃ 정도이며 실제 이용시 용접열은 3,500~5,000℃ 정도이다.

* 아크는 아크 코어, 아크 흐름, 아크 불꽃의 세부분으로 구성되어 있는데 여기서 아크 코어의 길이라 하며

   아크를 중심으로 모재가 녹으면 온도가 가장높은 부분으로 백색을 뒤고, 아크흐름은 아크 코어를 둘러쌓고 있는

   담홍색 부분이다. 끝으로 아크불꽃은 아크 흐름 주위에 흩어진 불꽃을 말한다.

* 용어의 정의

 - 아크 : 기체 중에서 일어나는 방전의 일종으로 피복아크 용접에서의 온도는 약 5,000℃ 정도 달한다.

 - 용융지(용융풀) : 모재가 녹은 쇳물부분

 - 용적 : 용접봉이 녹아 모재로 이행되는 쇳물방울

 - 용착금속 : 용접봉이 녹아 용융지에 들어가는것.

 - 용입 : 모재가 녹은 깊이

 - 용락 : 모재가 녹아 쇳물이 떨어져 흘러내려 구멍이 나는 것.

2. 피복아크 용접의 장.단점

 1) 장점

 - 열효율이 높고 효율적인 용접을 할 수 있다.

 - 폭발의 위험이 없다.

 - 변형이 적고 기계적 성질이 양호한 용접부를 얻을 수 있다.

 2) 단점

 - 전격의 위험이 있다.

 - 아크 광선에 의한 피해를 줄 수 있다.

3. 용접 회로

 - 용접기(전원) - 전극케이블 - 홀더 - 용접봉 및 모재 - 접지 케이블 - 용접기(전원)

4. 아크의 성질

 1) 아크의 현상

 - 음극과 양극의 두전극을 일정한 간격으로 벌려 놓고 여기에 전류를 통하면 두전극 사이에 활 모양의 불꽃 방전이

   일어나며 이 호상의 불꽃 방전을 아크라 한다. 이 아크는 대단히 강한 빛과 열을 발생하므로 적당한 차광유리를

   사용하지 않으며 직접 육안으로 관찰할 수 없다. 이 아크를 통하여 약 10 ~ 500A의 전류가 흘러서 금속증기와

   그 주위의 각종 기체분자가 해리하여 양전기를 띤 양이온과 음전기를 띤 전자로 분리되며 고속도의 전극으로 뛰어가지

   때문에 아크전류가 흐른다.

5. 직류 전압중의 전압 분포

 1) 아크전압(Va) = 음극전압강하(Vk) + 아크기둥 전압강하(Vp) + 양극전압강하 (VA)

 2) 양극과 음극 부근에서 전압강하는 전극 표면이 극히 짧은 길이의 공간에 일어나는 전압강하로 그 값은 전극의

    재질에 따라 변한다.

 3) 아크 기둥 전압강하는 플라즈마라고도 하며 아크 길이에 비례하여 증가 또는 감소하므로 전극 물질이 일정하다고

     가정하면 아크 전압은 아크 길이에 따라 변한다. 즉 아크 길이가 길어지면 아크 전압도 커진다.

6. 아크의 특성

 1) 부저항 특성

 - 일반 전기회로는 옴의 법칙에 따라 동일저항에 따라 흐르는 전류이므로 전압에 비례하지만 아크의 경우는 그 반대로

    전류가 커지면 저항이 작아져서 전압도 낮아지는 이런 현상을 아크의 부저항특성 또는 부특성이라고 한다.

 2) 아크길이 자기제어 특성

 - 아크전류가 일정할 떄 아크전압이 높아지면 용접봉의 용융속도가 늦어지고, 아크 전압이 낮아지면 용융속도는 빨라진다.

 - 자동용접에서 와이어 가용전극을 자동 송급할 경우 용접 도중에 아크길이가 다소 변동하더라도 아크는 자동적으로

   자기제어가 되어 항상 일정한 길이를 유지한다.

 3) 전압회복 특성

 - 아크가 발생하는 동안 아크전압은 낮으나 일단 아크가 꺼진 후에는 용접봉과 모재간의 전압이 매우 높아지게 된다.

   따라서 일단 아크가 꺼진 다음 아크를 다시 발생시키려면 매우 높은 전압이 필요하다. 아크 용접 전원은 아크가 중단된

   순간에 아크회로는 과도전압을 급속히 상승회복시키는 특성이 있으며, 이 특성을 전압회복 특성이라 한다.

7. 극성

 1) 직류정극성 (DCSP)

  - 모재의 용입은 깊고, 용접봉의 녹는 속도는 느리다. 비이드 폭은 좁다.

  - 모재 : 양극 70%, 용접봉 : 음극 30%

 2) 직류역극성 (DCRP)

  - 모재의 용입은 얇고, 용접봉의 녹는 속도는 빠르다. 비이드 폭은 넓다.

  - 모재 : 음극 30%, 용접봉 : 양극 70%

 8. 용접입열 : 용접봉 외부에서 주어지는 열량

 - H = 60EI / V (J/cm)

 - 일반적으로 모재에 흡수되는 열량은 입열의 75 ~ 85%

 9. 용접봉의 용융속도

  - 용접봉의 용융속도는 단위시간당 소비되는 용접봉의 길이 또는 무게

  - 용융속도 = 아크전류 x 용접봉 쪽 전압강하

 10. 용접이행

  - 단락형 : 용적이 용융지에 접촉하여 단락되고 표면장력의 작용으로 모재에 옮겨가서 용착된다.

                  이러한 현상은 비피복봉 용접봉 사용시 흔히 나타난다. 

  - 스프레이형 : 피복제의 일부가 가스화하여 가스를 뿜어냄으로써 미세한 용적이 스프레이와 같이 날려

                        모재에 옮겨가서 용착되는 방식이다. 이것은 일미나이트계 용접봉을 비롯하여 피복 아크 용접봉

                        사용시 나타난다.

  - 글로뷸러형 : 비교적 큰 용적이 단락되지 않고 옯겨가는 형식, 서브머지드 아크 용접과 같이 대전류 사용시에

                        나타나면, 일명 핀치효과형이라고 한다.

 11. 용접기의 특성

  1) 수하 특성 : 부하전류(아크전류)가 증가하면 단자 전압이 저하하는 특성.

  2) 정전류 특성 : 아크길이에 따라 전압이 변동하여도 아크 전류는 거의 변하지 않는특성.

  3) 정전압 특성 : 수하특성과 반대의 성질을 갖는 것으로, 부하전압이 변화하여도 단자 전압은 거의 변하지 않는 특성.

  4) 상승 특성 : 부하전류가 증가할때 단자 전압이 다소 높아지는 특성.

 12. 용접기의 구비조건

  1) 구조 및 취급이 간단해야 한다.

  2) 전류 조정이 용이하고 일정한 전류가 흘러야 한다.

  3) 아크 발생이 잘 되도록 무부하 전압이 유지되어야 한다. (교류 70 ~ 80V, 직류 40 ~ 60V

  4) 아크 발생 및 유지가 용이하고 아크가 안정되어야 한다.

  5) 사용중에 온도 상승이 작아야 한다.

  6) 가격이 저렴하고 사용 유지비가 적게 들어야 한다.

  7)  역률 및 효율이 좋아야 한다.

 13. 직류아크 용접기

  1) 발전형 (전동발전형, 엔진구동형)

  - 완전한 직류를 얻는다.

  - 옥외나 교류전원이 없는 장소에서 사용한다.

  - 회전하므로 고장나기가 쉽고 소음이 난다.

  - 구동부, 발전부로 되어 가격이 비싸다.

  - 보수와 점검이 어렵다.

  2) 정류기형 (셀렌, 실리콘, 게르마늄)

  - 소음이 나지 않는다.

  - 취급이 간단하고 가격이 싸다.

  - 교류를 정류하므로 완전한 직류를 얻지 못한다.

  - 정류기 파손에 주의 (셀렌 80℃, 실리콘 150℃ 이상에서 파손)

  - 보수와 점검이 간단하다.