텡스턴 봉과 용접 모재 사이에 알곤을 공급하여 고온은 아크를 발생시켜 모재를 가열하여 녹여 용접하는 방식입니다.
알곤 가스를 사용하기에 알곤용접이라고도 합니다.
TIG 용접은 스패터가 거의 발생하지 않고 용접 비드가 깨끗하여 용접품질이 매우 좋습니다.
용접와이어가 녹으면서 용접부위에 비드를 보충하여줍니다.
1. 개요
텅스텐 전극을 사용하여 발생한 아크열로 모재를 용융하여 접합하며, 용가재를 사용하기도 한다.
보호가스로는 불활성 가스인 Ar 또는 He등을 사용하므로 TIG(Tungsten Inert Gas)용접으로
부르기도 한다. 생산성은 떨어지나 아트가 안정되고 용접부 품질이 우수하므로 산화나 질화에 민
감한 재질의 용접과 SMAW를 적용하기 곤란한 경우에 사용된다. 전체적인 구성은 아래 그림과
같다.
2. 적용하는 곳
조선에서는 주로 Pipe용접에 적용하며 LNG선의 membrane용접 또는 일부 Butt Joint의 이면
비드 형성용으로 사용되기도 한다. 용접 후 가공이 필요치 않는 박판용접, 구조물의 보수 특히 die casting의 보수 용접, 비철금속의 보수 용접에 사용한다.
3. 용접기 특성
용접기는 정전류 특성의 DCSP를 사용하며, Al과 그 합금의 용접 시 AC를 사용해야 한다. ARC의 발생은 비접촉식 고주파 발생기법을 사용하며 접촉발생방법도 있다. 특수한 용도의 목적으로 Peak Current 와 Base Current를 조정할 수 있는 펄스 용접기도 있으며 주로 자동 TIG용접에 적용되고 있다. Pulse Current의 이점은 다음과 같다.
- 입열량을 적게할 수 있어 변형을 최소화 할 수 있다.
- 안정된 아크
- 보다 안정된 이면 비드의 형성이 가능하다.
- 전자세 용접에 보다 적합하다.
- 용융풀의 형상이 보기 좋다.
4. 텅스텐 용접전극
TIG 용접에 사용되는 전극봉은 아래의 조건을 갖추어야 하며 여기에 적합한 재질이 텅스텐이다.
- 고융점(tungsten의 melting point: 3410℃)
- 낮은 전기 저항
- 우수한 열전도도
- 전자 방출 용이
- Peak Current와 base current을 조정하는 펄스도 가능함.
텅스텐 전극봉의 종류 및 특성은 다음과 같다.
* 순수한 텅스텐 전극봉 : 녹색으로 표기되며 가격이 저렴하고 교류용접시 안정된 아크를 발생시킨다.
* 0.9 - 1.0 ThO2 함유한 텅스텐 전극봉
- 노랑색으로 산화토륨에 의해 효과적으로 arc가 발생된다.
- 산화토륨에서 전자방출이 먼저되어 순수 텅스텐에 비해 전극봉의 온도를 낮게 유지할 수 있다.
* 1.8 - 2.0 ThO2 함유된 텅스텐 전극봉: 빨간색으로 표기되고 주로 사용되는 용접봉이다.
* 0.3 - 0.5 ZrO2 함유된 텅스텐 전극봉
- 브라운 으로 표기됨
- 산화토륨에 비해 아크 발생이 저조하지만 모재의 융탕을 가장 청결히 유지
또한 전극봉 grinding 시 산화토륨은 유해하므로 마스크를 반드시 착용해야 한다.
5. 보호가스
기본적으로 불활성 가스를 사용해야 하며 가스종류별 특성은 다음과 같다.
*Ar gas: He보다 비중이 크다. 즉, 가스가 가라 않으므로 적은 flow Rate 로도 shielding 효과
를 볼 수 있으며 위 보기 용접시는 gas flow rate를 올리든지 He gas를 사용해야 함. Arc 발생이 보다 양호하며 He보다 낮은 전압을 사용하여 용접해야 한다.
* He Gas: 비중이 작으므로 gas flow rate를 높여야 함. Ar 보다 높은 전압을 사용해야 하므로
용접 속도 증가가 가능하지만, 고가이다.
*수소 gas 첨가시: 전압 상승으로 용접속도의 증가가 가능하며 열전도가 높은 금속에 유리하다.
Ni 합금과 스테인레스
용접시 효과적이며 Al,Cu, Mg등의 수소취성 모재에는 사용해서는 안된다.
* Arx에 1%산소첨가 : 아크를 견고하게 하는 효과
* 질소 첨가 : 구리 용접 시 고열의 아크를 발생시켜 구리의 높은 열전도성에서 생기는 용접의 어려움을 극복할 수 있다.
6. GTAW 용접의 장점
GTAW 용접은 생산성이 낮은 반면 다음과 같은 장점을 가지고 있다.
* 대부분의 금속, 비금속합금에 대해 고품질의 용접 작업이 가능하다.
* 용접 후 slag의 제거등의 특별한 청결작업이 필요 없음.
* 용접 중 아크와 용탕관찰이 용이
* 스패터가 극히 적다.
* 전자세 용접이 가능하다.
* 용접 입열의 조정이 용이하기 때문에 박판 용접에 좋다.
* Flux가 불필요하여 비철금속의 용접이 용이하다.
* 용접부의 변형이 적고, 전자세 용접이 가능하다.
* 용접 상태의 관창이 용이하여 작업성이 양호하다.
7. 생산성을 위하여 개발된 부분
GTAW의 단점인 생산성 향상을 위해 다음과 같은 TIG 용접기계가 개발되어 일주 적용되고 있다.
* Multi-torch 용접
* Pipe 전용 자동 용접장치인 orbital 용접기
* 용접 재료를 가열하여 자동 공급하는 hot ting용접기
* 좁은 홈에 용접이 가능하도록 하는 소형 torch(약 1인치 정도)