아크용접기는 SMA용접법, GMA용접법, GTA용접법, SA용접법, ES용접법, EG용접법, PA용접법, STUD용접법 등을 할수 있도록 고안된 전기적인 장치로 정의 할수 있다.
용접기를 분류하는 방법으로 용접기의 출력특성, 전류파형, 전력원, 아크 보호기구, 토치조작방식, 아크발생방식 등으로 구분하고 있다.
1. 피복아크용접(SMAW :Shielded Metal Arc Welding)
가. 원리
피복제를 바른 용접봉과 피용접물간에 발생한 전기아크의 열을 이용하여 용접하는 방법
* 피복제의 역활: 아크안정, 산화/질화방지, 용융금속 정련, 합금원소 첨가
나. 용접장치비교
1) 용접전원
일반적으로 교류(AC) 혹은 직류 역극성[DCRP, 용가재 (+)극성] 사용
◐직류 아크용접기와 교류 아크용접기의 비교
비교항목
직류용접기
교류용접기
아크 안정성
우 수
약간 불안
극성 이용
가 능
불가능
무부하 전압
약간 낮음(최대 60V)
높음(80 ~ 100V)
전격의 위험
적 다
많다 (무부하 전압이 높다)
구조 및 고장률
복 잡 / 많 다
간 단 / 적 다
역 률
매우 양호
불 량
가 격
비싸다
싸 다
아크 쏠림 방지
불가능
가능(아크 쏠림 거의 없음)
2) ARC구성및장치형태
[용접기 장치] [아크구성]
다. 용접특성
arc 용접기는 낮은 전압으로 대전류를 흐르게 설계되어 있으며, 일반적으로 Ohm 법칙인 E = I*R에 의하여 전기회로에서는 전류(I)를 크게하면 전압(E)도 크게 되나, arc의 특성은 반대로 소전류의 범위에서는 전류의 증가에 따라 전압이 감소하며, 이를 부특성 dropping characteristics)이라 하고, arc 용접은 이 범위에서 행하여 지는 것이 보통이다. 그림(a)는 arc 전압의 특성이고, 그림(b)의 점선은 arc 길이를 일정하게 했을 때 전류와 전압의 관계로서 소전류에서는 부특성을 표시하고, 실선은 용접기의 외부 특성곡선을 표시한다. M 및 양 곡선의 교점 P에서 arc가 발생하나 안정된 arc를 얻기 위하여는 P점과 같이 용접기의 외부 특성은 수하특성을 가져야 한다.
(arc 전압의 특성)
라. 용접기종류
1) 직류 arc 용접기:
직류용접에서는 모재를 (+)로하는 정극성과 모재를 (―)로 하는 역극성이 있으며, 전체 발열량의 60 ~ 75%가 양극측에서 발생한다. 따라서 정극에 두꺼운 모재를 연결하고, 얇은 모재나 녹기 쉬운 비철금속의 경우는 역극성으로 하는 것이 유리하다.
전류가 (+)극에서 (―)극으로 일정 방향으로 흐르기 때문에 arc가 안정되어 나선봉으로도 용접할 수 있다. 그러나 arc가 너무 안정되면 arc가 길기 때문에 용입불량이 생길 염려가 있으며, 전류가 한쪽 방향으로만 흐르기 때문에 주위에 자력선이 magnetic blow 현상을 발생케하여 불량용접의 원인이 되는 수도 있으므로 이때에는 극을 바꿔 주는 방법으로 대처하여야 한다.
직류 arc 용접기에는 발전기식과 정류기식이 있으며, 그림은 발전기식 직류용접기로서 교류전동기에 직류발전기를 직결하여 용접전류를 얻는 용접기이다. 금속 arc 용접에서 전극이 용융함에 따라 arc 길이가 변하고 전기적 특성이 변하나 용접기의 구조가 이에 적응하도록 되어 있어 안정된 arc를 얻을 수 있다. 이외에 gasoline 기관이나 diesel 기관 등으로 직류발전기를 구동시켜 직류를 얻는 용접기가 있으며, 전원이 없는 곳에서 이용하기가 편리하다.
정류기식 직류 arc 용접기에 이용되는 정류기에는 selenium 정류기, silicon 정류기, germanium 정류기 등이 있다. 3상교류에서 반도체 정류기는 한쪽 방향으로는 전류를 잘 통하게 하고 다른 방향으로는 저항을 크게하여 적은 전류만 통해도 온도를 상승시켜 발열 효과를 더욱 크게한다. 회전 부분이 없으므로 무부하 손실이 적으며, 값도 싸고 수리가 쉬어 수동 arc 용접, TIG 용접, MIG 용접, CO2 용접 등에 널리 이용된다.
2) 교류 arc 용접기
교류아크 용접기에는 출력전류를 조정하는 방식에 따라 가동철심형, 가동코일형, 탭절환형 및 가포화 reactor 형 등이 있으나 국내 널리 보급된 저가 기종은 가동철심형이다.
◐가동철심형
가동철심형 교류용접기는 용접에 적합한 낮은 전압, 큰 전류를 공급하도록 설계되었으며, 1차 coil은 교류전원에 연결하고 2차 coil은 70 ~ 100V의 낮은 전압으로 한다. 그림(a)에서와 같이 coil 전환 tap이 움직여 큰 범위의 전류를 조정할 수 있고, 가동철심으로 미세조정을 한다.
◐가동 coil 형
1차 coil을 교류전원에 연결하고, 가동 handle로써 1차 coil을 이동시켜 2차 coil과의 거리를 조정하면 reactance가 변하여 필요한 2차 coil 측의 전류를 얻는 용접기 이다.
◑ tap 전환형
그림에서 전환 tap A와 B를 옮겨 전류를 조정하여야 하기 때문에 다소 불편하다.
( tap 전환형 교류 arc 용접기의 원리 )
◐가포화리액터형
그림과 같이 정전압의 변압기와 가포화 reactor를 조합한 것으로서 직류 여자 coil을 가포화 reactor에 감아 놓았다. 전류조정을 직류 여자 전류의 증감에 의하여 함으로 가동부가 필요 없으며, 원격 조정을 할 수 있어 편리하다.
(가포화 reactor 교류 arc 용접기의 원리)
마. 용접봉
1) 심선(心線):
연강용 피복 arc 용접봉의 심선의 지름은 1.0, 1.4, 2.0, 2.6, 3.2, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0mm 등이 있으나 3 ~ 6mm의 범위가 많이 사용된다.
심선의 재질은 모재가 연강일 때에는 C가 비교적 적은 연강봉이 사용된다. C를 적게 하여 용접온도를 높여 용입을 양호하게 하고, 연성을 준다. Mn은 탈산의 역할을 하나, 많으면 재질이 경화된다. P는 상온취성을 일으키고, S는 고온취성을 일으킨다.
2) 피복제(被覆劑):
arc 용접봉은 용접조건에 따라 여러가지 피복제가 사용되며, 대체로 피복제의 역할은 다음과 같다.
(1) arc 열에 의하여 피복제가 연소되면서 gas를 발생하여 용접부에 공기 중의
산소와 질소의 침입을 방지한다.
(2) 피복제 연소 gas의 ion화에 의하여 교류용접기에서 순간적으로 전류가
끊어졌을 때에도 arc를 계속 발생시켜 안정된 arc를 얻을 수 있다.
(3) slag를 형성하여 용접부의 급랭을 방지한다.
(4) 용착금속(熔着金屬)에 필요한 원소를 보충한다.
(5) 불순물과 친화력이 큰 재료를 사용하여 용착금속을 정련(精鍊)한다.
(6) 붕사, 산화티탄 등을 사용하여 용융금속의 유동성을 좋게한다.
(7) 발생 gas의 유속에 의한 저압으로 용적(熔滴)의 이동을 가속시킨다.
(8) 좁은 틈에서 작업할 때 절연작용(絶緣作用)을 한다.
피복제에는 gas 발생식, slag 생성식, 반 gas 발생식 등이 있으며, 이들을 용도에 맞게 잘 혼합하여 물을 가하고 심선에 도포한다.
gas 발생식피복제는 고온에서 환원성(還元性) gas 혹은 불활성(不活性) gas를 발생하여 용접부를 덮어 공기의 악영향으로부터 보호한다. 이런 피복제에는 유기물이 많아 유기물식 용접봉이라고도 한다. 용접봉에서 arc가 세게 분출되므로 전류와 운봉법(運棒法)의 선정이 잘못되면 *undercut을 일으킬 염려도 있으며, gas 발생식 피복제의 특징을 열거하면 다음과 같다.
1) arc가 세게 분출되므로 arc가 안정된다.
2) 모든 자세의 용접에 적합하다.
3) 용접속도가 빨라 능률적이다.
4) slag는 다공성(多孔性)이고 쉽게 부서져서 slag의 제거가 용이하다.
slag 생성식피복제는 고온에서 slag를 많이 생성하는 것으로서, 용접부가 공기와 접촉하는 것을 차단하고, slag가 용접부 위에 굳어져 용접부의 급랭을 방지한다. 피복제는 주로 무기물(無機物)로 되어 있기 때문에 이 피복제로 도포된 용접봉을 무기물식 용접봉이라고도 한다.
반 gas 발생피복제는 gas 발생식과 slag 생성식의 특징을 절충한 것으로서, slag 생성식에 환원성 gas나 불활성 gas를 발생하는 성분을 첨가한 것이다.
arc 용접봉 피복제의 성분에는 산화물(SiO2, CaO, Al2O3, MgO, Fe2O3, MnO2), 규산염(Na2O3, Na2Si4O9), 탄산염(CaCO3, MnCO3, NaHCO3), 불화물(CaFe2), 유기물, 붕산염(Na2B4O7 + 10H2O), 규산철(Fe3Si), 망간철 등이 있고, 점착제에는 물유리, 아교, 고무, 해초, gelatin 등이 있으며, 섬유질이 있는 석면을 혼합하기도 한다.
용접봉의 종류는 KS D 7004의 규정에 따라 표시하는데, 표기된 각 위치는 다음의 의미를 갖는다.
바. 기타용접구
전장에서 설명한 용접기 외에 다음과 같은 장비와 도구가 필요하다.
1) 누름판: 용접 중 모재의 움직임을 방지하기 위하여 무거운 중추를 모재위에 올려 놓는다.
2) clamp: 용접 중 모재의 움직임을 보다 확실하게 방지하기 위하여 clamp로 고정한다.
3) 냉각기: 용접 중 용접부 외의 모재가 열영향을 받지 않도록 열전도율이 큰 동(銅) block이나 수냉관을 이용하여 냉각시킨다.
4) spacer; 용접이 진행되면서 용접부의 간격이 좁아지는 것을 감안하여 벌려놓기 위해 spacer를 사용한다. 용접을 진행하면서 중간 중간에 밀어 옮긴다.
5) 동심 원통조립용 jig와 원통용 회전 jig: 원통을 용접할 때 작업자가 원통을 돌아가면서 용접하기가 불편하므로 원통을 회전시키면서 용접할 때 사용한다.
6) flange 고정: 모재를 세워 두는데 사용한다.
7) 용접봉 holder: 용접봉을 물고 용접을 진행하는데 사용되며, 전류를 cable에서 용접봉으로 전하므로 감전사(感電死)나 전격(電擊)의 위험이 없도록 용접봉을 무는 부분을 제외한 다른 부분은 철저히 절연되어야 한다.
8) 접지 clamp(ground clamp): 모재에 용접기를 접속시키는 것으로서, 접점에서 저항열이 발생하지 않도록 접속이 완전하여야 한다.
(접지 clamp)
( earth(ground) clamp )
9) 전선(welding cable): 용접기에 사용하는 전선에는 전원에서 용접기에 연결하는 1차측의 전선과 용접기에서 피용접물까지의 2차측의 전선이 있다.
규격에 맞는 것을 사용하면 된다. 2차측의 전선은 유연성을 주기 위하여 수 많은 가는선으로 되어 있다.
(2차측 전선)
( welding cable )
10) 환기장치: arc 발생 부근에 hood를 설치하여 용접시 발생하는 gas를 빨아내야 한다. 특히 황동, 청동, 납합금 및 아연 도금판 등을 용접할 때에는 유해 gas에 유의해야 한다.
11) helmet과 hand shield: 용접 arc에서 강열하게 나오는 유해 광선인 자외선(紫外線), 적외선(赤外線) 및 spatter로 부터 눈, 얼굴, 머리 등을 보호하기 위하여 사용하는 차광 lens가 있는 가리개이다.
(Helmet ) (hand shield)
12) 보호의(保護衣): 용접 중에 spatter로부터 몸을 보호하기 위하여 착용하는 것으로서, 가죽 또는 석면 등으로 만든 앞치마, 팔 cover, 장갑, 발 cover등이 있다 .
(보호의를 착용한 모습) (가죽장갑) (작업복) (앞치마)
13) chipping hammer: 용접 후 slag를 쪼아 내는데 사용 된다.
이들 외에 측정자, 각도기 및 용접부의 slag을 털어 내기 위한 wire brush 등이 필요하다.
사. 운봉법
운봉법에는 용접선 위를 직선으로 움직이는 방법, 용접선의 폭을 넓게하고 용재의 부상(浮上)을 돕기 위하여 용접선 방향과 직각 방향으로 움직이는 운봉법 등이 있다.
사. 용접봉의지름과전류
강의 용접조건은 나선(裸線) 3 ~ 6mm의 용접봉으로 하향용접을 할 때 전압이 15 ~ 25V이고, 피복봉에서는 20 ~ 28V 정도이다. 전류가 너무 크면 spatter가 많고 undercut이 일어나기 쉽다. 전류가 너무 약하면 용접봉의 용융속도가 늦고 용적이 커져 모재에 옮겨져서 overlap이 생기고 용입이 불량해진다.
arc의 길이는 심선의 지름과 같은 정도가 좋다. 너무 길면 arc가 불안정하고 산화와 질화의 가능성이 커진다.
아. 용접부의조직및성질
1) arc의구분:
arc는 아래 그림과 같이 3부분으로 나누어 볼 수 있다.
1) arc 중심부 백열부분(白熱部分)은 금속 arc의 경우 3000oC이고, 탄소 arc의 경우 4000oC 정도이다.
2) arc 중심부 주위의 청색부분을 arc stream이라 한다.
3) arc 중심부 주위의 황색부분을 arc flame이라 한다.
2) 용융금속의응고
그림과 같이 용융금속이 응고할 때 용금의 접촉면에 직각 방향으로 결정이 성장하며, 용접의 진행 방향에 경사지게 주상(柱狀)을 이룬다. 1층 용접 bead에 다시 2층 용접을 하면 1층의 bead의 금속은 고상동소변태점(固相同素變態點, 철에서는 910oC, 강에서는 730oC)을 지나 냉각되며, 이 때 하층(下層)의 bead 금속은 미세하게 된다.
3) 조직및성질
융합부(融合部)에 인접한 부분은 용접열에 의하여 조직이 변하며, 이 부분을 열영향부(熱影響部; heat affected zone, HAZ)라 하며, 뚜렷한 경계선은 없으나 편의상 용접부를 구분하면 아래 그림과 같다.
아래 그림은 강의 arc 혹은 gas 용접에서 나타나는 용접부의 온도와 조직을 보여준다. 일반적으로 C는 저온측에서 고온측으로 이동하므로 융합부에서는 C가 많아지고, 융합부에 인접한 모재에서는 C가 적어지며, 융합부는 급랭에 의한 영향을 크게 받는다.
2. 가스텅스텐아크용접 (GTAW; Gas Tungsten Arc Welding )
가. 원리
텅스텐 전극봉(Electrode)과 모재 사이에 아크열로서 용가재(Filler Rod)를 녹여 용착금속을 형성하며, 경우에 따라서는 용가재가 사용되지 않을 경우도 있다. 고품질, 고정밀 용접으로 Al, Cu 등의 비철금속 용접에도 많이 사용
나. GTAW의장,단점
1) 장점
대기와의 접촉에 의해 발생되는 산화, 질화등을 방지할수있어 우수한 이음을 얻는다.
아크가 매우 안정되어 열의 집중효과가 양호하다.
용제를 사용치 않으므로 슬랙의 제거가 불필요하고 깨끗한 비드를 얻을수 있다.
얇은 판에는 용접봉을 사용하지않아도 용접부를 얻을수 있으며 비철금속 용접이 용이하다.
전자세용접이 가능하며 특히 박판용접에서 능률이 좋다.
용착부의 연성, 강도, 기밀성과 내식성이 타용접에 비해 좋다.
2) 단점
후판용접에서는 다른 아크용접에 비해 능률이 떨어진다.
수동용접기에 비해 용접기의 가격이 비싸다.
용접 운영비의 가격이 비싸 용접전체 가격상승에 영향을 미친다.
다. 전원특성
현재 사용되고 있는 TIG용접기 전원은 정전류 특성인 AC와 DC이다.
AC 및 DC의 선택은 용접특성 및 모재 재질에 따라 좌우된다.
다음 표에서는 금속에 따른 사용전원 극성을 나타내 주고있다.
◐ TIG용접의 사용목적 선택 기준
재 료
교 류
직 류
고주파
정극성
역극성
Magnesium 3.2mm 이하
Magnesium 4.8mm 이상
Aluminum 2.4mm 이하
Aluminum 2.4mm 이상
Stainless steel
Brass alloy
Silicon copper
Silver
Hastelloy alloy
Silver cladding
Hard-facing
Cast iron
Low cabon steel 0.8mm 이하
Low cabon steel 0.8mm 이상
1
1
1
1
2
2
N.R
2
2
1
1
2
2
N.R
N.R
N.R
N.R
N.R
1
1
1
1
1
N.R
1
1
1
1
2
N.R
2
2
N.R
N.R
N.R
N.R
N.R
N.R
N.R
N.R
N.R
N.R
Key : 1. 제일 우수 2. 보통 3. N,R 사용하지 않음
※AC가 두번째로 선택될때는 DCSP보다 전류를 25% 높게하여 사용한다.
다. 용접장치및특성
1) 특성
대부분의 재료의 용접에 고품질의 용접이 가능하며, 스패터가 거의 없음
슬래그 발생이 없으며 모든 금속에 사용 가능
박판 튜브와 Pipe의 루트(Root) 패스 용접에 주로 사용.
2) 차폐가스
Ar : 원추형 아크특성으로 주로 사용, 아온화 전위 낮고(15.7V) 아크 안정
He: 반원형 아크특성으로 열에너지가 크고 용융 증대, 24.5V이온화 전위
3) 전극봉의종류
가) 탄소 전극봉
일반적으로 낮은전류를 쓰는 용접에만 사용되지만 비교적 아크발생이 쉽고 안정되나 단점은 전극봉의 소모가 많고 잘 부러진다.
나) 순 텅스텐 (AWS : EWP coler code : green)
가격이 싸고 주로 교류용접에 많이 이용된다.
다) 1∼2% 토륨 텅스텐 (EWTH-1, EWTH-2)
텅스텐 전극봉에 토륨을 1∼2%함유한 전극봉으로 전류전도성이 좋아 아크가 안정된다.
그러므로 전극의 소모가 적어 직류 정극성에 사용되며 주로 강, 스테인레스, 동합금 용접에 적합하다.
텅스텐 전극봉 사이즈는 0.25, 0.5, 1.0, 1.6, 2.4, 3.2, 4.0, 4.8, 6.4mm등이 있으며 텅스텐 전극봉의 전류 전달 능력은 다음과 같은 요인에 의해 좌우된다.
1) 보호가스의 종류
2) 콜릿으로 부터 전극봉의 돌출길이
3) 전극봉 호울더의 냉각효과
4) 용접자세
5) 사용 전원 극성
6) 토오치의 종류
전극봉 사이즈를 결정하는 좋은 방법은 사용전류에서 전극봉 끝이 녹아 내리지 않을 정도의 가장 작은 사이즈의 전극봉을 선택하는 것이 가장 좋다.
그 이유는 높은 전류에 의해 전극봉 끝이 녹아 용융지에 들어가고 너무 낮으면 아-크 발생 및 와류현상이 발생할 염려가 있다.
3. 가스메탈아크용접 (GMAW; Gas Metal Arc Welding )
가. 원리
모재에 연속적으로 용가재 (Filler Wire)를 공급함으로써 아크열에 의해 용가재를 녹여 용융금속을 만들고 실딩 가스에 의해 용착금속을 외부로부터 보호
나. 용접장치및특성
1) 용접전원
일반적으로 직류용접의 역극성(모재 (-)극성, 용가재 (+)극성)을 사용하며, 와이어 송급(Wire Feeder)장치, 토치, 실딩 및 냉각 장치 등으로 구성
2) 특성
SMAW에 비해서 높은 용착효율, 높은 가동효율.
자동화 가능, 수동용접보다 비교적 기능도가 덜 요구됨
3) 차폐가스
Ar을 주로 사용
혼합가스 사용예 : Ar + 20% CO2 , Ar + 1 - 5% O2 , 75% He + 25%Ar
4) 자기제어효과
정전압 전원을 사용하는 GMAW 에서 토치와 모재간의 거리가 변화하더라도 아크길이는 일정하게 유지된다. 이러한 현상을 자기제어 효과라 부르며, 이는 용접전원과 아크의 특성 및 용접봉의 용융이 복합적으로 연계되어 발생한다. GMAW 에서 용접봉의 용융속도는 용접전류와 용접봉의 돌출부에서 발생하는 저항열에 의하여 결정되므로 용접봉의 돌출길이 변화는 용접봉의 송급속도와 용융속도의 차로 나타낸다.
그러나, 정상상태에서 돌출길이의 변화는 무시되므로 용접봉의 용융속도는 송급속도와 같게된다.
5) 금속이행형태 (Metal Transfer Mode)
단락이행 (Short Transfer)
저전류, 20~200회/sec, 용융지에 접촉하여 단락
입적이행 (Globular Transfer)
중력 및 전자기의 힘으로 이행, 용융방울이 이행, 스패터 다량 발생
분무이행 (Spray Transfer)
천이(임계)전류이상, Ar 80%이상시 분무형, 스패트 없고 깊은 용입
펄스이행 (Pulse Transfer)
최대 펄스전류 = 분무이행 전류, 입열저감, Dilusion완화
4. 플럭스코어드아크용접 (FCAW; Flux Cored Arc Welding)
가. 원리
플럭스코어드(FCAW) 용접은 GMAW용접법과 작동원리에 관한 한 근본적 차이는 없으나 사용하는 와이어(용접봉)의 종류에 따라 구분되어지고있다.
즉, 솔리드와이어 대신 플럭스(복합)와이어를 사용하는 방법으로서 송급롤러에 의해 연속적으로 송급되는 용접와이어가 콘택트 팁(contact tip)을 통과할때 용접전류가 와이어와 모재간에 아크를 발생시켜 용융접합하는 방법으로 이때 용융금속을 대기로 부터 보호하기위해 토오치 노즐을 통하여 가스를 흐르게한다.
이 용접방법은 1950년도 부터 소개되기 시작해서 1972년까지 아래보기, 수평자세만을 최소 2.4mm의 와이어로 할수있었던 관계로 두께 10mm이하의 용접은 불가능 하였으나 1972년 이후 최소 1.2mm의 용접와이어가 개발됨에 따라 3.2mm정도의 박판용접도 가능하게 되었으며 용입 및 용착효율이 높아 용접 자동화의 추세에 따라 그 수요가 점차 증가되고 있다.
1) 장점
1) 아크가 안정되고 용접속도가 빠르다.
2) 피복용접에 비해 용입이 깊어 면취 개선각도를 최소한도로 줄일수있다.
3) 스패터가 적고 용접성이 양호하다.
4) MIG용접에 비해 2중 보호가스 이므로 용착금속의 산화, 질화가 적다.
5) 용접비드가 양호하고 저합금강 용접이 가능하다.
6) 용착속도(9000g/H)가 높다. 즉, 전기용접은 3150∼3200g/H이며 솔리드와이어는 약 4500∼5200g/H이다.
2)단점
1) 용접흄 및 가스발생이 많아 밀폐된 공간에서 작업하기 곤란하다.
2) 솔리드와이어보다 가격이 비싸다.
나. 용접장치및특성
1) 용접장치
GMAW와 동일하며 주로 직류 역극성 (모재 (-)극성, 용가재 (+)극성)을 사용하며 자체 실딩되는 와이어를 사용할 경우 가스 공급장치가 없이도 가능
◐와이어송급장치
① 푸시(push)방식 송급장치
② 풀(pull)방식 송급장치
③ 푸시-풀(push-pull)방식 송급장치
④ 더블푸시(double push)방식 송급장치
⑤ 송급롤러:
V형:보통 2.4mm이하의 단단한 와이어 적용
U형:와이어 표면에 손상을 주어서는 않되는 와이어에 적용
치차형:가압을 세게할수없을때 주로 용제가 내장된 와이어에 적용
◐토치종류및명칭
①커브형(일명:구스넥):주로 단단한 와이어 사용
②건형:알루미늄과 같이 구부려지기 쉬운 연한 와이어 사용
2) 특성
높은 용착효율, 가동효율, 매끈하고 균일한 비드.
다양한 모재두께 범위 재질에 적용, 수동용접보다 비교적 기능도가 덜 요구됨
3) 차폐가스
100% CO2 주로 사용
4) 전류밀도
전류밀도는 용접봉 단위 면적당 통과하는 전류량 으로서 플럭스와이어와 솔리드와어 용접봉의 전류밀도는 차이가 있다. 플럭스 와이어의 코어(Core) 부분은 전류가 잘 통하지 않는다. 같은 사이즈의 용접봉을 비교해보면 플럭스 코어드 용접봉의 전류통과 부분이 솔리드와이어 보다 작은것을 알수있다 같은 전류에서 플러스 코어드 용접봉의전류밀도가 더 큰것을 알 수 있다. 전류밀도가 크기때문에 용접봉의 용착속도가 증가하고 용입이 더 깊어진다.
다. 용접전류
용접전류는 용입을 결정하는 가장 큰 요인이다. 이산화탄소 아크용접에 사용되는 정전압 특성의 전원은 토치선단에서 송출된 와이어를 용융시켜 아크도 유지할수 있는 필요 전류를 자동적으로 공급하는 특성을 갖게된다. 따라서 이경우의 전류조정은 와이어 송급속도를 변화하는것에 의해 조정된다.
전류를 높게하면 와이어 녹음이 빠르고 용착율과 용입이 증가한다. 전류가 지나치게 높으면 용접비드 외관이 좋지않으므로 적정한 값을 선택해야하며 일반적으로 전류값을 높이면 전압도 함께 높여주어야 양호한 용접부를 얻는다.
라. 아크전압
아크전압은 비드 형상을 결정하는 가장 중요한 요인이다.
아크전압을 높이면 비드가 넓어지고 아크전압이 지나치게 높으면 기포가 발생한다.
또한 지나치게 낮으면 볼록하고 좁은비드를 형성하고 모재와의 용융이 불안전하다
마. 용접속도
용접속도는 용접전류, 아크전압과 함께 용입깊이, 비드형상, 용착금속량 등이 결정되는 중요한 요인이 된다.
용접속도가 빠르면 모재의 입열이 감소되어 용입이 얕고 비드 폭이 좁다 반대로 늦으면 아크의 바로 밑으로 용융금속이 흘러들어 아크의 힘을 감소시켜 용입이 얕으며 비드폭이 넓은 비드를 형성한다. 반자동 용접에서는 30∼50cm/min 범위가 위빙및 직선용접에 가장좋다.
바. 와이어돌출깊이
돌출길이는 와이어의 전기적 접촉 팁 끝으로부터 모재면과의 거리로 생각하면 되지만 실제로는 그림처럼 팁끝에서 아크첨단까지의 길이로서 와이어를 이용하는 용접법에서 중요한 요인중의 하나이다.
와이어 돌출길이가 길어지면 용접와이어의 예열이 많아지고 용접전류가 낮아진다.
와이어 돌출길이가 짧아지면 가스보호는 좋으나 노즐에 스패터 부착이 많고 작업성이 떨어진다. 팁과 모재간의 거리는 전전류 영역(200A이내)에는 10∼15mm정도, 고전류영역(200A이내)에는 10∼25mm정도가 적당하다.
사. 용접위생및안전
이산화탄소와 관련되어 건강에 해를 끼치는 것은 아크내에서 CO2가 해리에 의해 생성된 일산화탄소(CO)로 부터 중독작용의 위험보다 C02의 축적으로 부터 오는 질식의 위험이 크다.
CO2 그 자체의 독성은 없으나 비중이 크기 때문에 용접하는 과정에서 작업장 바닥에 축적되기 때문에 특히 가스누설이 있으면 질식의 원인이 되므로 작업장은 통풍을 잘 시켜야 한다.
5. 잠호용접 (SAW; Submerged Arc Welding)
가. 원리
모재와 용접봉 사이의 아크 가열에 의해서 용융금속이 생성되며 용접봉의 선단은 플럭스(Flux)중에 매몰된 상태로 용접을 실시하며 아크는 플럭스에 의해서 외부로부터 차폐 보호
1) 장점
1) 일정 조건에서 용접이 시행되므로 강도가 크고, 신뢰도가 높다.
2) 용가재가 중단 없이 공급되고, arc가 용제 속에 있으므로 열 energy의 손실이 적어 용접속도가 수동용접의 10 ~ 20배 정도로 크다.
3) 운봉(weaving)할 필요가 없어 용접부 홈을 작게 할 수 있으므로 용접재료의 소비가 적고 용접부의 변형이 적으며, 용접속도가 크게 된다.
2) 단점
1) bead가 불규칙할 경우와 용제의 공급 때문에 하향용접 외의 용접은 곤란하다.
2) 용접 홈의 정밀도가 높아야 한다.
3) 시설이 고가이다.
나. 용접장치및특성
1) 용접장치
SAW은 교류 혹은 직류 정극성, 직류 역극성(모재 (-)극성, 용가재 (+)극성)을 사용하며, 와이어 송급(Wire Feeding)장치, 제어 시스템, 플럭스 호퍼, 헤드토치로 구성된다.
SAW 용접에서는 용가재인 wire가 동시에 수개 사용될 수 있다.
2) 특성
SMAW에 비해서 높은 용착효율 과 가동효율
자동화 가능, 수동용접보다 비교적 기능도가 적게 요구
3) 플럭스의구분
arc 전압의 변동에 따라 용가재인 wire의 공급속도가 조절되며, 모재가 연강(軟鋼)일 경우에는 저탄소, 저 Mn 합금 wire가 사용된다. 수동 arc 용접에서 피복제와 같은 역할을 하는 submerged arc 용접의 용제에는 용융형(熔融形; SiO2, MnO, FeO, CaO, MgO, Al2O3, BaO, TiO2, Fe, P, S), 소결형(燒結形; Fe-Si, Fe-Mn), 혼성형(混性形)이 있다.
Fused type : 용융→분쇄, Bonded type : 혼합→소성
Acid, Neutral: 염기도<1.2 , Tm<1500℃, [O]>750~550ppm, 저충격치, 작업 양호, 고속도 Bsic, High Basic: 염기도>1.2 , Tm>1500℃, [O]<300~550ppm, 고충격치, 작업성난이
Active : Mn, Si가 Weld부에 영향, 단층(Single Layer) 및 제한된 다층용접Inactive (Neutral) : 다층(Multi-Layer)용접, 저합금 및 고장력강 적용