가스용접법 oxy-acetylene

[갈지마오]

가스용접법 oxy-acetylene

용접에 산소를 이용하는 방법으로 산소수소용접이 있는데 합하여 산소용접이라고도 한다. 산소와 아세틸렌을 섞은 가스에 불을 붙이면 높은 열을 내면서 타게 되므로 이 불꽃을 녹이고자 하는 금속에 대고 용접을 한다. 이 불꽃의 온도는 3,500℃나 되며, 산소수소의 불꽃보다도 높은 온도이다. 따라서 용접만이 아니라 강판을 달구어 절단하는 데에 흔히 사용된다.

대부분의 용접 가능한 금속은 산소 가스 용접을 사용할 수 있으며 가스용접의 이점은

a. 가격이 저렴하다.

b. 상당히 간편하다.

c. 모든 자세의 용접이 가능하다.

d. 장비의 용도가 다양하다.

e. 박판에서 중간정도의 후판까지 용접이 가능하다.

⼦ 기구와 장비

1. 가스 gas

2. 조정기 regulator

3. 불대와 팁 세트 torch &tip

4. 용접봉 electrode

5. 용제 flux

6. 작업대 work bench

7. 슬래그 해머 slag hammer

8. 쇠솔 wire brush

9. 스패너 spanner

10. 라이터 lighter

11. 팁 청소기 tip hole pin

12. 바이스 vise

13. 클램프 clamp

14. 용접 지그 jig

15. 차광 안경 eye shield goggles

16. 장갑 gloves

17. 가죽 앞치마 shin cover

18. 작업모 cap

1. 용접가스

용접용 가스는 아세틸렌가스를 가장 많이 사용하고, 수소, 도시 가스(석탄 가스), 프로판(LPG), 천연가스, 메탄 가스 등이 있으며, 이들을 가스용접이나 절단에 사용하려면;

① 불꽃의 온도가 높을 것

② 연소 속도가 빠를 것

③ 발열량이 클 것

④ 용융금속과 화학반응을 일으키지 않아야 한다.

산소는 무색, 무취, 무미로 비중은 1.105로 공기보다 무겁고, 산소자신은 타지 않으나 다른 물질이 타는 것을 돕는 지연성 가스이다. 이 산소는 35℃에서 150kg/㎠로 압축하여 봄배(bombe, cylinder)속에 충전된다.

아세틸렌은 무색가스이며 공기보다 가볍다. 아세틸렌은 실린더 속에 넣어서 운반하는데 너무 고압의 것은 폭발의 위험이 있으므로, 아세톤에 용해되는 성질 등을 이용하여 연강제의 용기에 석면, 규조토, 목탄, 석회 등의 다공성 물질 등을 넣고, 이것에 아세톤을 포함될 때까지 흡수시켜서 용해된 아세틸렌dissolved acetylene으로 충전시킨 것으로 조심스럽게 다뤄야 한다.

2. 조정기

조정기는 산소용과 연료용이 구분되며, 실린더 가까운 쪽의 게이지는 잔류용량을 표시하고 불대 쪽의 것은 사용하는 량을 가리킨다. 조정기에는 기름이나 윤활유가 묻지 않게 주의한다.

3. 불대torch

산소와 아세틸렌을 각각 용기에서 고무호스로 연결하여 두 가스를 혼합시켜 용접 불꽃을 일으키는 기구를 불대라고 한다. 불대는 호스 연결부와 손잡이 이외에 인젝터 노즐과 조절 밸브를 가지고 있으며, 인젝터 중심에서 산소를 불출시켜 노즐의 주위에서 아세틸렌을 흡수하여 혼합실에서 2가지 가스를 혼합하도록 되어 있다. 산소조정 밸브는 팁의 크기에 따라서 산소 유량을 조절 할 수 있으므로 가변압식 불대라고도 한다.

절단용 불대는 예열 산소조절 밸브와 산소 조절 레버가 붙어 있는 별도의 불대 부분을 이용한다.

4. 팁tip

불대의 끝에 있는 팁은 용량에 따른 여러 가지 종류가 있다. 독일식 팁의 번호는 용접 가능한 두께를 표시하는데, 즉, 10번은 10mm의 연강판이 용접 가능한 것으로 표시하고 있다. 프랑스식 팁의 번호는 팁에서 불꽃으로 되어 유출되는 아세틸렌의 유량을 표시하며, 연강판의 용접 가능한 판 두께는 팁 번호의 1/100에 해당한다. 1000번은 10mm의 연강판을 용접 할 수 있다.

단순 가열을 위해서는 가열용 팁을 사용하고, 절단을 위해서는 절단용 불대에 절단용 팁을 사용한다.

5. 용접봉

다양한 화학성분을 가진 용접봉이 여러 가지 종류의 철 및 비철금속의 용접 시에 사용 가능하며, 가스용접의 용접봉은 원칙적으로 모재와 성분이 동일하거나 비슷한 것을 사용하지만, 용접부분은 용접 중의 야금 현상 때문에 성분이 변화하므로 용접봉에 성분과 성질의 변화를 보충할 성분을 포함하고 있는 재료를 사용한다. 기성 가스용접봉의 지름은 1-8mm, 길이는 1m로 되어 있으며, 모재의 두께와 불대의 크기에 따라 알맞은 지름의 용접봉을 선택한다.

6. 용제

용재는 용접부 모재의 청결 상태를 유지하고, 표면상에 산화막의 제거를 돕기 위해 몇몇 금속에 대해 요구된다. 용접 시 공기 중의 산소를 흡수하여 쉽게 녹이 슨다. 이것을 방지하기 위하여 플럭스를 필요로 하나 연강의 가스용접에는 용제가 필요 없다.

7. 작업대

작업장과 작업대는 가스와 불을 다룬다는 데 기준을 두고 생각하면 된다. 공기가 잘 통하는 곳에서 하며 주위에 인화성 물질이 없도록 해야 한다. 작업대는 내화 벽돌대로 만들거나 철 스크린 종류로 만들면 좋다.

8. 보조 도구

a. 슬래그 해머와 쇠 솔은 수시로 용접 부위의 상태 점검이나 관리를 위해서 필요하며,

b. 가스 밸브를 열고 조정기를 탈착하기 위한 용접 전용 스패너가 필요하다. 스패너를 사용할 때는 기구들의 나사 부분이 동제품이므로 지나친 압력을 주지 않도록 한다.

c. 용접용 라이터는 팁에 정면으로 대지 말고 비스듬히 대고 점화하여야 그을음을 방지한다.

d. 팁 청소기는 구멍보다 작은 사이즈에서 시작하여 점차 맞는 사이즈의 바늘을 사용한다.

e. 바이스, 클램프, 용접 지그는 용접 시 가열로 인 한 형태 변형을 방지하기 위하여 사용한다.

9. 보호장구

a. 차광 안경 eye shield goggles

가스 용접중 불꽃의 유해한 적외선과 자외선의 피해를 방지하기 위해서 차광안경을 사용하는데, 차광능력은 차광번호에 의하여 등급이 결정된다. 보통, 안경 형태의 것을 쓰고 작업을 할 때 측면광선을 받게되므로 측면 시일드side shield 붙어 있는 아이컵형의 것을 사용하여야 한다.

b. 장갑과 앞치마는 가죽 제품을 사용하여 보호하고 신발과 옷도 화학제품을 피하여야 한다. 작업모는 머리카락을 보호하기 위

하여 면제품을 쓰기도 하나 안전모가 유리하다.

⼦ 용접 기법의 종류

1. 전진 용접법

오른손잡이일 경우 불대를 오른 손에 쥐고 용접봉을 왼손으로 잡아 왼쪽 방향으로 용접해 나아가는 방법이다.

비드와 용접봉 사이에 노즐을 가지고 가서 화염은 풀의 앞으로 나아가면서 가열하기 때문에 용접부가 가열되기 쉬고 일반적으로 변형이 많이 생길 뿐만 아니라 기계적 성질도 나쁘다. 다만 비이드 표면을 매끈하게 다듬질 할 수 있다.

2. 후진 용접법

오른쪽 방향으로 용접해 나아가는 방법이다. 가스용접의 이점이라고 하면 가스화염을 써서 예열 도는 후열을 하면서 작업을 할 수 잇다는 것이다. 따라서 최상층의 비드를 재가열하여 결정을 조정 할 수 있고 또 균열이 생기기 쉬운 재료에 대하여 예열과 후열을 하여 냉각속도를 느리게 하며 균열을 방지 할 수 있다. 가스 용접은 모재에의 입열량이 많으므로 일반적으로 변형이 많고 과열되는 것이 결점이다. 이와 같은 결점을 피하여 좋은 용접을 하기 위해 서는 후진 용접법을 쓴다.

⼦ 용접의 방법의 종류

1) 맞대기 용접 또는 홈 용접 (butt weld or groove weld) - 동일 평면에 있는 2개의 부재를 마주 붙여 용접하는 이음

2) 필릿 용접 (fillet weld) - 겹쳐놓는 T형 이음의 필릿 부분을 용접하는 것

3) 비드 용접 (bead weld) - 평판상에 용접 비드를 용착하는 것으로, 부재의 접합보다도 쌓기 용접에 이용된다. 일반적으로 작업조건에 따라 표면에 덧붙이는 판두께가 4mm이하인 경우에 1mm 정도, 13mm이상에서는 3mm 정도로 이용 할 수 있다.

4) 플러그 용접 (plug weld)

5) 슬롯 용접 (slot weld)

6) 플레어 용접 (flare groove weld)

7) 플랜지 용접 (flange weld)

⼦ 가스용접의 불꽃

산소와 아세틸렌을 1:1로 혼합하여 연소시키면 3가지 색깔의 불꽃으로 발생한다. 팁 입구에는 환원성의 불꽃인 흰색부분(백심cone)이 된다. 그 다음에는 무색에 가깝고 흰색 불꽃을 둘러싼 속불꽃inner flame으로, 일산화탄소와 수소는 공기 중에서 산소를 결합하여 연소되어 고열(3200℃-3500℃)을 발하는 부분이 되다. 이 부분의 불꽃으로 용접을 하면 용접부위의 산화를 방지하게 된다. 끝의 부분은 겉불꽃outer flame으로 가스가 다시 그 주위에 퍼져 있는 공기 속의 산소와 화합하여 거의 완전연소에 가까운 불꽃이 되어 2000℃정도 열을 내며, 온도는 선단으로 갈수록 낮아진다. 산소를 아세틸렌보다 많이 공급하면 백심이 짧게되어 속불꽃이 없어지고 바깥 불꽃만 되므로, 이것을 산화 염(EXCESS OXYGEN FLAME OR OXIDIZING FLAME)이라 하며 이 산화염은 금속을 산화하는 성질이 있으므로 황동, 청동, 납땜 등의 용접에 이용된다. 이와 반대로 산소를 아세틸렌보다 적게 공급하면 백심과 속불꽃이 함께 길게 되어 아세틸렌이 과잉 된 탄화염(EXCESS ACCETYLENE FLAME OR CARBUURIZING FLAME)이라고 하며, 이 탄화염은 아세틸렌이 분해되어 생긴 활성탄소를 가지고 있으므로 금속 표면에 침탄하는 작용을 일으키기 쉽다. 즉, 산화작용이 일어나지 않으므로 산화를 극도로 방지 할 필요가 있는 스테인리스강, 알루미늄 등의 용접에 이용한다. 즉, 산소 아세틸렌 불꽃의 중성염은 보통용접에, 산화염은 고온이 필요한 금속에, 탄화염은 산화하기 쉬 운 금속에 사용된다.

⼦ 점화와 소화

1. 점화

① 고압 밸브의 먼지 등을 털어 내고 깨끗하게 한다. 산소와 아세틸렌 실린더가 넘어지지 않도록 고정시킨다. 산소와 아세틸렌 실린더의 고압 밸브를 재빠르게 열어 노즐의 먼지를 불어서 날려 버린다.

② 압력조정기를 장치한다. 아세틸렌 압력조정기는 아세틸렌 실린더에, 산소 조정기는 산소 실린더에 각각 누설하지 않도록 단단히 조여 붙인다.

③ 압력조정기에 가스 호스를 접속시킨다.

- 빨간 호스는 아세틸렌 압력 조정기에 녹색(검정) 호스는 산소 조정기에 연결시킨다.

④ 용접불대에 호스를 접속한다.

⑤ 가스 누설을 점검한다.

- 비누물로 모든 접속부를 발라서 가스 누설의 유무를 점검한다.

⑥ 산소 및 아세틸렌의 압력을 조정한다.

- 먼저 산소와 아세틸렌 조정기가 닫혀져 있는가를 확인하고 실린더의 고압밸브를 천천히 1/4 - 1/2회전 정도 연다. 조정기의 바로 앞에 서 있지 않도록 한다. 이 경우 아세틸렌 고압 밸브는 1회전이상 돌리지 않는다. 또 고압밸브 개폐 핸들은 그대로 고압 밸브에 달아 두는 것이 좋다.

⑦ 점화의 조작

- 산소 조정기의 압력과 아세틸렌 압력을 팁의 시이즈에 맞게 조정한다.

- 불대의 아세틸렌 밸브를 연 다음 산소 밸브를 조금 열고 점화 라이터로 불을 켠다. 성냥이나 담뱃불 등으로 불을 켜면 위험하다. ⑧ 화염의 조정

- 불대에 불을 켠 다음 산소밸브를 서서히 열어 산소를 증가시키면 날개 모양의 긴 백열 화염이 차차 짧아진다. 이때의 화염이 없어져 말끔히 된 불꽃심이 청백색의 바깥 쪽 불꽃으로 둘러싸인 때가 중성 화염이다. 그리고 산소를 많게 하고 불꽃심이 차차 짧아져 바깥쪽 불꽃이 어두워질 대의 화염이 산화 화염이다. 산소 아세틸렌 화염을 조절하려면 불꽃의 색과 불꽃심의 길이를 보면서 확인한다.

2. 소화

① 불대의 아세틸렌 밸브를 닫는다.

② 불대의 산소 밸브를 닫는다.

③ 아세틸렌 실린더의 고압밸브를 닫는다.

④ 산소실린더의 고압 밸브를 닫는다.

⑤ 불대의 아세틸렌 밸브를 열고 압력 조정기, 호스 및 불대 내의 잔류 가스를 방출 시켜서 밸브를 닫는다.

⑥ 불대의 산소밸브를 열고 압력 조정기, 호스 및 불대 내의 잔류 가스를 방출 시켜서 밸브를 닫는다.

⑦ 역화back flash는 산소 또는 아세틸렌 호스 중에서 혼합가스가 있기 때문에 일어난다. 앞에서 설명한 순서로 끝나면 아세틸렌이 산소 호스에 파고들어 가지 않으면 또 산소도 아세틸렌 호스에 들어가지 않는다.

⼦ 용접 순서

a. 불꽃을 조정한다. 점화 후 먼저 탄화 불꽃을 만든 후, 점차 산소를 증가시켜 중성 불꽃으로 조정한다.

b. 용접봉을 사용하기에 편리하도록 자른다.

c.. 불대는 평판과 45~50도 각도를 유지하고 불꽃심의 앞 끝(백심)을 서서히 강판의 표면에 2-3mm까지 접근시킨다. 표면이 용융되어 풀이되면 천천히 노즐의 이동을 개시한다.

d. 노즐을 접근시켜 가열함과 동시에 용접봉의 앞 끝에 불꽃심의 앞 끝에서 약 10mm까지 접근시킨다. 불대는 용착금속을 눌러 올리는 느낌으로 적은 타원운동을 하면서 위이빙weaving을 한다.

e. 모재가 용융하고 풀이 된 것을 확인한 다음 재빨리 풀 위에 용접봉을 첨가한다. 용접봉과 모재가 잘 용융하여 가운데가 불록한 반원형의 비드bead가 되기 시작하면 노즐을 일정한 높이로 유지하면서 일정한 속도로 6-8 mm의 나비를 잡아 왼쪽으로 계속 원형운동을 시킨다.

f. 가접 한다. 중간 중간에 임시로 고장하기 위한 가접을 하여 형태 변형을 막는다.

g. 마무리 용접을 한다. 불대와 봉을 동시에 모재로 부터 들어올려 크레이터 부분을 냉각시키며, 용접봉을 용융첨가하여 크레이터를 메꾸어 나간다.

⼦ 절단 및 가열

절단용 불대를 활용하여 금속을 절단하고 단조를 위하여 가열하는 기능도 수행한다.

절단 불대는 가스조절기로 조절을 하여 가열하고 가열이 되면 산소 레버를 눌러 추가 산소로 용융된 금속을 불어 날려 자르는 원리이다.

⼦ 문제점과 대책

1) 불꽃이 자주 커졌다 작아졌다 한다.

아세틸렌관 속에 물이 들어감 - 가스 중의 수분이 호스에 괴므로 때때로 청소를 한다.

2) 점화 시 폭발이 일어난다.

혼합가스 배출이 불안전, 산소와 아세틸렌 압력이 부족 - 불대의 혼합비 조절, 호스 속의 물 제거, 노즐 청소

3) 불꽃이 거칠다

산소의 고압력, 노즐의 불결 - 산소의 압력을 조절, 노즐을 청소

4) 작업 중에 탁탁 소리가 난다.

노즐의 과열 및 불결, 가스 압력 조정 불량, 팁이 모재에 접촉 - 불대의 불을 끄고 산소를 약간 분출시키면서 물 속에 넣어 식히고 팁을 깨끗이 한다. 아세틸렌 및 산소의 압력 부족을 조사한다.

5) 역화(소리가 나면서 손잡이가 뜨거워진다.)

가스의 유출 속도 부족 (가스 연소 속도의 증대로 혼합가스의 연소속도가 불출속도보다 높음) - 아세틸렌을 차단한다. 팁을 물로 식힌다. 불대의 기능을 점검한다.

6) 불이 꺼짐

아세틸렌이나 산소가 적어짐 - 산소와 아세틸렌의 양을 적당히 즉 표준에 맞게 조절한다.

7) 용접 중 '퍽'하는 소리 발생

불대가 너무 가까이 접근해서 모재와 닿거나 불대의 팁이 막혀서 터지는 소리 - 불대와 모재와의 각도를 맞추고 너무 가까이 접근하지 말고 표준에 맞게 접근을 해서 용접을 한다. 　

[민수1]

좋은정보 감사합니다

[백수탈출]

감사합니다.