미그용접기(MIG),매그용접기(MAG),탄산가스용접기(CO2)

[朴 鉉 求]

MIG,MAG,CO2용접(GMAW)!!

아크용접(AW)의 대분류에 포함되는 용접법이라고 할수있다.

소분류법이라면 GMAW(불활성가스 금속 가스용접법)라고할수있다.

정리하자면 아크용접(AW)은 매우 다양한 종류가 있는데 그 중 대표적인 것 몇몇을 설명하면 shielded metal-arc welding(SMAW:피복아크용접), gas tungsten arc welding(GTAW :가스텅스텐아크용접,또는 불활성 가스텅스텐 아크 용접 inert gas tungsten arc welding; TIG), gas metal arc welding(GMAW :불활성가스 금속 아크용접), submerged arc welding(SAW), plasma arc welding(PAW)등이 대표적이다.

SMAW용접은 일반적인 아크용접(AC,DC전기용접)이라고 이해하면 될듯하다.

GTAW=TIG용접은 쉽게 이해하자면 알곤용접으로 이해하면 ...,다소 방법적인 차이는 있으나 여기서는 용접개론차원으로 간략하게 이해하면 될듯하다.

피복아크용접(SMAW)이 많은 철금속의 용접에 효과적이기는 하지만 알루미눔, 마그네슘이나 다른 반응성이 큰 금속의 용접에는 부적당하다.

이를 위해 1930년대에 아크환경을 산소나 수소의 침입 으로부터 보호하기 위하여(이를 blanket이라는 용어를 사용하고 있는데 담요로 덮는 것과 같은 역할을 한다고 해서 그런 용어를 사용함) 고온에서 금속과 반응하지 않는 불활성가스(Ar, He 등) 를 공급하여 용접하는 방법이 도입되었다.

1940년대에 비소모성인 텅스텐 전극대신에 소모성 전극을 사용하는 가스 금속 아크 용접이 개발되었다. 이는 텅스텐 전극대신 나심선(裸心線)의 지름 1.0∼2.4 mm의 전극와이어를 일정한 속도로 토오치에 송급하여 와이어와 모재사이에 아크를 발생시켜 용접을 하는 방법이다. 초기에 는 주로 두꺼운 전도성 판에 용접할 목적으로 개발되었지만 현재은 알루미늄, 구리, 마그네슘, 니 켈 합금, 티타늄, 강철합금등 여러 분야에 응용된다.
GMAW(가스금속아크 용접법)은 ① 불활성가스인 알곤이나 헬륨을 사용하는 경우에 불활성 가스금속 아크 용접(inert gas metal arc welding 또는 metal inert gas, MIG)이라 하고 ② 활성가스인 이 산화탄소를 사용하는 경우에는 활성가스 금속 아크(active gas metal arc welding 또는 metal active gas, MAG) 또는 탄산가스(또는 CO₂)용접이라 한다.

반복해서 설명하면 불활성 아크 용접(inert gas arc welding) 여기에는 ① 비소모성 전극인 텅스텐 봉을 사용하는 가스 텅스텐 아크 용접(gas tungsten arc welding; GTAW, 또는 불활성 가스텅스텐 아크 용접(inert gas tungsten arc welding; TIG)이라고도 함)과 ② 소모성 전극인 비피복 금속 용접봉을 사용하는 가스 금속 아크 용접(gas metal arc welding; GMAW)이 두가지이다.

일반적으로 GTAW는 0.6∼8 mm의 박판,중판에, GMAW는 6mm이상의 두꺼운 판(후판)에 사용되며 후자가 전자에 비하여 효율이 높다.

GMAW용접은 자세히 말하자면 불활성가스를 사용하여 용융금속의 산화,질화를 방지하고 용가재인 전극 wire(용접봉)를 연속적으로 공급하면서 아크를 발생시키는 자동 및 반자동 용접법. 이 용접법은 피복아크용접이나 산소용접으로 불가능한 Al합금,Mg합금,STS강,Cu합금,저합금강,고장력강 등의 두꺼운 판재를 용접한다.
보호가스는 주로 Ar(아르곤),He(헤륨)이 사용되고 아르곤가스에 산소나 탄산가스를 혼합하여 사용하기도 한다.이 혼합가스(Ar*CO2,Ar*N2,Ar*O2,Ar*He )사용법은 MAG용접(Metal Active Gas welding)으로 부른다.

GMAW용접법은 전극이 소모성이므로 연속적으로 전극 와이어를 공급해 주어야 한다. 따라서 이들은 가스 및 냉각수 송급장치, 금속와이어를 일정한 속도로 송급하는 장치, 전원장치 및 전극와이어, 전류, 가스 및 냉각수의 송급속도를 조절하는 제어장치로 되어 있 다. 이 장치의 용접토치 중앙으로 전극와이어가 송급되어 아크를 형성하면서 용융지로 녹아들어 간다. 이 전극 주위로 헬륨, 알곤, 이산화탄소, 질소등의 가스가 흐르게 된다. 전극와이어의 성분 은 대개 모재와 같게 만들어져 있으며 전기적 접촉과 녹을 방지하기 우해 구리가 코팅되어 있다. 용가재인 전극와이어는 산화방지제(deoxidizer)가 들어 있는데 강철 용가제에는 망간, 실리콘, 알 루미늄이, 니켈 합금 용가재에는 티타늄, 실리콘이, 구리합금 용가제에는 티타늄, 실리콘, 인이 산 화방지제로 포함되어 있다.

불활성 가스 금속 아크용접법중

MIG방식은 용가재인 전극와이어를 연 속적으로 송급하여 아크를 발생시키는 방법으로 TIG에 비해 용착율이 빠르다. 전원은 직류식이며 와이어를 양극으로 하는 역극성으로 작업한다. MIG용접의 보호가스로는 순수 Ar, Ar+He, Ar+O₂, Ar+CO₂가 사용되된다. 건(gun)은 전극와이어, 용접전류와 보호가스를 와이어 송급기로부터 아크 영역으로 이송하는데 사용되는 부분을 일컫는다. 불활성 가스금속 아크 용접은 제거할 슬래그가 없으므로 피복아크용접에 비해 작업주기가 빠르다.

CO2방식은

탄산가스아크 용접은 불활성가스대신에 경제적인 탄산가스를 이용하는 용접방법으로 역시 전 극은 소모성(용극식,熔極式)을 주로 사용하며 비소모성 전극(非熔極式)을 사용하는 방법도 있다.

탄산가스는 활성이므로 고온의 아크에서는 산화성이 크고 용착금속의 산화가 심하여 기공 및 그 밖의 결함이 생기기 쉬우므로 Mn, Si등의 탈산제를 함유한 와이어를 사용한다. 순수한 CO2 가스이외에 CO₂-O₂, CO₂-CO, CO₂-Ar, CO₂-Ar-O₂ 등이 사용되기도 한다.

CO₂가스는 고온아크에서 2CO₂ ↔ CO + O₂로 되므로 탄산가스 아크 용접의 시일드 분위기는 CO₂, CO, O₂ 및 O 가스가 혼합된다. 탈산제가 사용되는 이유는 CO의 기포로 인한 용접결함을 방지하기 위함인데 다음과 같은 작용을 한다.

  ① 시일드 가스인 이산화탄소가 고온인 아크열에 의하여 분해된다.
      CO₂ ↔ CO + O

  ② 위의 산화성 분위기에서 용융철이 산화된다.
      Fe + O ↔ FeO

  ③ 이 산화철이 강(鋼) 중에 함유된 탄소와 화합하여 다음처럼 일산화탄소 기포가 생성된다.
      FeO + C ↔Fe + CO↑

  ④ 그러나 Mn, Si등의 탈산제가 있으면 아래 반응이 일어나 용융강(熔融鋼)중의 산화철을 감소시 켜 기포의 발생을 억제한다.
      FeO + Mn ↔ MnO + Fe FeO + Si ↔ SiO₂ + Fe

  ⑤ 탈산 생성물인 MnO, SiO₂ 등은 용착금속과의 비중차에 의해 슬랙을 형성해 용접비드 표면에 떠오르게 된다.

탄산가스 아크 용접은 분위기가 산화성이므로 알루미늄, 마그네슘, 티타늄 등에는 사용하지 않는데 그 이유는 용융표면에 산화막이 형성되어 용착을 방해하기 때문이다.

이중 flux-cored wire(복합와이어)를 사용하는 방법은 속이 빈 와이어에 Mn, Si, Ti, Al등의 탈산제 및 아크안정제를 넣은 것으로, 아크가 안정되므로 직류뿐 아니라 값싼 교류를 모두 사용 할 수 있다.

자성을 가진 용제를 탄산가스 기류에 송급하는 방법을 유니온 아크 용접법이라고 하는데, 아 크가 발생하여 와이어에 전류가 흐르면 와이어 주위에 자장이 형성되고 이로 인해 용제(flux)가 자성화(磁性化)되어 와이어에 흡착되어 마치 피복용접봉 같은 역할을 하게 된다. 따라서 이 방법 을 자성 플럭스방법이라고도 한다. 플럭스를 사용하면 슬랙이 발생하게 된다.

순탄산가스 아크용접 중의 와이어에서의 합금원소가 이행할 때 각 성분이 남는 비율은 연강일 경우 C는 일반적으로 산화감소하여 50-80 %, Si는 30-60 %, Mn은 40-60 %이나 Cr, Ni, Mo 는 거의 줄어들지 않는다. 단, Ti는 산화감소하여 남는 비율이 약 30 %에 불과하다.

 이정도로 개론을 정리하고 그림과 이미지를 올립니다.

                             GTAW(TIG)예

       GTAW(TIG)예                    
GMAW(MIG)예:용접봉이 모재로 이행되는장면 고속촬영
GMAW(MIG)예:전극봉(용접봉)이 모재에 스프레이 이행되는사진