불활성가스 아크용접의 개요
▣ 불활성가스 아크용접의 개요
u불활성가스 아크용접의 원리
아르곤(Ar) 또는 헬륨(He) 가스와 같은 고온에서도 금속과 반응하지 않는
불활성 가스 분위기 속에서 텅스텐 전극봉 또는 와이어와 모재
사이에서 아크를 발생하여 그 열로 용접하는 방법이다.
u불활성가스의 종류
vAr, He, Ne, Xe, Kr (원소주기율 18족 원소들)
u용접에서 많이 사용되는 가스인 아르곤 및 헬륨의 원자량 비교
vAr: 40
vHe: 4
u불활성가스 아크용접의 종류
vTIG : 불활성가스 텅스텐 아크 용접법 (Tungsten Inert Gas arc welding)
vMIG : 불활성가스 금속 아크 용접법 (Metal Inert Gas arc welding)
▣ 불활성가스 아크용접의 장점(TIG,MIG공통)(중요)
u전자세 용접이 용이하고 고능률이다.
u청정 작용(cleaning action)이 있다.
u피복제 및 용제가 불필요하다.
u산화하기 쉬운 금속의 용접이 용이하고(Al, Cu, 스테인리스 등) 용착부 성질이 우수하다.
u아크가 극히 안정되고 스패터가 적으며 조작이 용이하다.
u용접부는 다른 아크용접, 가스 용접에 비하여 연성, 강도, 가밀성 및 내열성이 우수하다.
u슬래그나 잔류 용제를 제거하기 위한 작업이 불필요하다.(작업 간단)
▣ 불활성가스 텅스텐 아크용접법(TIG)
□ 개요
불활성가스 텅스텐 아크 용접(TIG)은 텅스텐봉을 전극으로 써서 가스용접과 비슷한 조작 방법으로, 용가재(filler metal)를 아크로 용해하면서 용접한다.
이 용접법은 텅스텐을 거의 소모하지 않으므로, 비용극식 또는 비소모식 불활성가스 아크 용접법이라고도 한다.
uTIG의 상품명
v헬리아크(Heliarc)
v헬리웰드(Heliweld)
v알곤 아크 용접
□ 직류 정극성(DCSP)의 특성
㉠ 용입이 깊고
㉡ 직경이 적은 전극에서 큰 전류를 흐르게 할 수 있으며
㉢ 전극은 그다지 과열되지 않는다.
□ 직류 역극성(DCRP)의 특성
㉠ 용입이 얕고 폭이 넓고
㉡ 정극성 경우보다 4배의 큰 전극이 필요하며
㉢ 텅스텐 전극 소모가 많아지고
㉣ 클리닝 작용이 있다(Ar 가스 사용 시).
□ 교류 용접(ACHF)일 때의 특성
㉠ 직류 정극성과 역극성의 중간 정도의 용입
㉡ 아크가 불안정하므로 고주파 발생 장치 부착이 필요함
㉢ 정류작용을 막기 위해 콘덴서, 축전지, 리액터 등을 삽입한다.
□ TIG용접의 고주파 교류전원(ACHF)
u 모재표면의 녹, 산화막등을 뚫어 용접전류가 통과할 수 있는
통로를 만들어 전극봉과 모재간의 간격을 뛰어 넘게 함.
고주파는 전압 3000V, 300~1000Kcycle 임
u 고주파 장치는 교류용접 시 용접 중에도 계속 작동
※ 직류용접(정극성,역극성)에 사용되는 고주파 장치는
아크를 발생할 때만 작동되고 아크 발생 뒤에는 작동하지 않음
□ TIG용접의 고주파 전원 사용 시 장점
u 비 접촉에 의한 용착금속 오염방지
u 일정한 간격을 유지하여 아아크 발생하기 때문에 전극봉 수명 연장
u 긴 아아크 유지가 용이
u 동일한 전극봉 사이즈로 사용할 수 있는 전류범위가 크다
u 낮은 전류의 용접이 용이
u 전극봉이 많은 열을 받지 않음
u 전 자세 용접 용이
▣ TIG용접의 청정작용 (중요)
u양전기를 띤 이온가스가 모재의 표면을 때려서 표면의 녹, 이물질,
산화막 등을 제거하는 작용
u아르곤 가스에서만 발생
(헬륨은 분자량이 작기 때문임. 분자량 알곤 40, He은 4)
u직류 역극성, 교류
u알루미늄 및 마그네슘 산화막제거 용접
□ TIG용접의 장점 (중요)
u산화, 질화 등을 방지할 수 있어 우수한 이음을 얻음
u용제 및 피복제를 사용하지 않으므로 슬래그 제거가 불필요하며
그에 따른 결함발생 확률이 적음 .
u아크가 안정하고 스패터가 거의 없어 고압가스배관 첫층용접에 사용.
u박판(특히 스텐레스박판)에 유리하고 변형이 적음.
u전 용접자세가 가능하고 작업상황을 잘 볼 수 있슴.
u타 용접에 비해 연성, 강도, 기밀성과 내식성이 우수.
u산화하기 쉬운 비철 금속을 용접할 수 있으므로 응용범위가 넓음.
산화하기 쉬운 비철 금속:알루미늄, 마그네슘, 티타늄 등
u비드 모양이 미려하고 깨끗함
□ TIG용접의 단점
u불활성 가스와 TIG 용접기의 가격이 비싸 운영비와 설치비가 소요.
u후판용접에서는 다른 아크 용접에 비해 능률이 떨어짐.(속도가 낮음)
u방풍대책이 필요.
□ TIG용접 토치의 종류
u공냉식 토치 : 100A 이하
u수냉식 토치 : 100A 이상
□ TIG용접의 가스 노즐 (gas nozzle)
세라믹 노즐(ceramic nozzle) 또는 가스 캡(gas cap)이라고도 함.
u 용접부에 공급하는 보호가스의 통로임.
u 높은 열에 견딜수 있어야 함.
u 전극봉으로 부터 전달된 열을 신속히 발산.
u 재질 : 세라믹 , 유리 , 금속.
u 노즐 직경:텅스텐 전극봉 지름의 4~6배.
u 가스렌즈
컵에 스텐레스강으로 만든 미세한 망(스크린)인 렌즈를 통과하게 한 것.
가스교란을 막고 가스가 멀리 나가 돌출길이 증가로 구석진 곳에 유리
하며 작업자가 작업상황을 잘 볼 수 있슴
□ TIG용접에서의 아르곤 가스와 헬륨가스의 비교
|
|
알 곤 |
헬 륨 |
|
아크 전압 |
낮다 |
높다 |
|
아크 발생 |
헬륨보다 쉽다 |
알곤보다 어렵다 |
|
열영향부 |
헬륨보다 넓다 |
알곤보다 좁다 |
|
소모량 |
적다(분자량40) |
많다(분자량 4) |
|
아크 안정성 |
좋다 |
나쁘다 |
|
모재 두께 |
박판 |
후판 (다열발생) |
|
청정 작용 |
있다(DCRP,AC) |
없다 |
|
용입 |
얕다 |
깊다 |
|
기타 |
수동용접에 좋음 |
자동용접에 좋음 |
▣ TIG용접의 뒷받침 사용의 목적과 그 형식
|
뒷받침의 사용목적 |
v공기오염으로 인해 발생될 수 있는 이면 비드의 결함을 방지하기 위해 사용 (기공,외관불량,크랙,용락,산화 방지 등) |
|
뒷받침의 형식 |
v받침쇠(Plate를 댐:용접가스를 그대로 이용) v뒷면에 보호가스 공급(Pipe로 별도 공급) v받침쇠 + 뒷면에 보호가스 공급 v뒷면에 후럭스를 칠 하는 방법(Plate사용) vTape를 부착하는 방법 |
□ TIG용접에서 모재 재질별 받침쇠 재질
|
모재 재질 |
받침쇠 재질 |
보호가스 |
|
스텐레스강 |
동 |
질소 |
|
알루미늄 |
스텐레스강,탄소강 |
알곤 |
|
탄소강 |
탄소강 |
알곤,질소 |
□ 텅스텐 전극봉의 특징 (중요)
|
|
색깔 |
용도 |
사용 전원 |
특 징 |
|
순 텅스텐봉 |
녹색 |
알루미늄 |
교류 |
-가격이 싸다 -낮은전류에 적합 |
|
토륨1% 텅스텐봉 |
황색 |
스텐레스강 |
정극성 역극성 |
-가격이 비쌈 -수명이 김 -전류전도성 양호 -아크 안정 |
|
토륨2% 텅스텐봉 |
적색 |
스텐레스강 |
정극성 역극성 |
-토륨1%보다 수명이 김 -항공기와 같은 박판정밀용접에 적합 |
|
지르코늄 |
갈색 |
모든금속 |
교류 |
-오렴이 잘 안됨 |
|
스트립트 전극봉 |
푸른 밴드 |
모든금속 |
정극성 역극성 |
-전류전도가 크고 작은직경으로 큰 전류사용 -아크가 안정하고 수명이 길며 오염이 적음 |
|
-순텅스텐봉+2%토륨(두 전극봉의 장점 결합) -순텅스텐봉의 가장 자리에 2%토륨을 전길이에 삽입 | ||||
□ 텅스텐 전극봉 선단의 경사각에 따른 비드 형상
u각도가 작으면 : 용입이 얕고 비드 폭이 넓어짐
u각도가 크면 : 용입이 깊고 비드폭이 좁아짐
□ TIG용접의 선단높이, 끝단 모양, 표준아크길이
u전극봉 가공 시 선단 높이
u전원에 따른 전극봉 끝단 모양
직류는 봉끝이 날카롭게, 교류는 둥글게 가공
u표준아크길이
표준아크길이=전극봉 지름 크기만큼
▣ TIG용접의 이상 원인과 대책
|
이상의 종류 |
원 인 |
대 책 |
|
아아크 흔들림 |
v모재,전극봉의 오염 v전극봉의 경이 크다 v아크길이가 길다 v이음부가 좁다 v과소 전류 사용 v자기의 영향 vAr에 공기 혼입 |
v청소 실시 v알맞은 직경의 전극봉사용 v아크길이를 짧게 함 |
|
기공 |
v수소,수분,공기가 혼입 v보호가스호스와 냉각수 v모재의 오염(기름막) |
v99.995%순알곤 사용 |
|
전극봉 소모 |
v보호가스 미공급 v역극성일 경우 v전류에 비해 작은 전극 v사후가스공급 미 실시 |
v과소,과대 전류를 피함 v아크 소멸 후에도 |
▣ 불활성가스 금속 아크용접(MIG)
□ 개요
v용가재인 전극 와이어를 연속적으로 보내서 아크를 발생시키는 방법
v용극 또는 소모식 불활성 가스 아크 용접법이라고도 함.
v별칭: 에어 코매틱 용접법, 시그마 용접법,
필러 아크 용접법, 아르고노트용접법
□ MIG 용접의 특성(중요)
① 통상 직류 역극성을 채용하며 용접용 전원은 정전압 특성을 가짐.
② 모재 표면의 산화막(Al, Mg 등의 경합금 용접)에 대한 클리닝 작용.
③ 전류밀도가 매우 높고 고능률적임.
㉠ 아크 용접의 4~6배
㉡ TIG 용접의 2배 정도
④ 3mm 이상의 Al에 사용하고 스테인리스강, 구리합금, 연강 등에도
사용된다.
⑤ 아크의 자기제어 특성이 있음è 같은 전류일 때 아크전압이 커지면
용융속도가 낮아짐.(MIG 용접에서는 아크전압의 영향을 받음)
□ Ar을 사용한 MIG용접의 극성에 따른 용입상태
uMIG용접에서는 극성에 따른 용입의 형태가 TIG와는 정반대임.
u직류 역극성
v용융금속의 입자와 알곤이온이 모재를 강하게 충돌하여 가열시킴
v용입이 깊고 좁은 비드를 형성함
u직류 정극성
v금속이온과 알곤이온이 모재와의 충돌을 방해함
v넓고 얕은 비드를 형성함
u그러므로 Ar을 사용하는 MIG용접에서는 통상 직류 역극성을
채용함(CO2도 마찬가지)
□MIG의 보호가스 종류 및 적용 금속
|
가스 종류 |
특 징 |
적 용 |
|
알곤 |
좁고 뾰족한 비드(역극성 시) |
골고루 사용 |
|
헬륨 |
얕고 넓은 비드(역극성 시) |
Al,Mg,Cu |
|
알곤+헬륨 |
알곤,헬륨 장점 이용 |
Al,Cu-Ni의 후판 |
|
알곤+CO2 |
CO2:아크안정,언더컷 방지 |
연강,스텐레스강 |
|
헬륨+알곤+CO2 |
|
스텐레스 파이프 |
|
알곤+산소 |
언더컷 방지,미려한 비드 |
스텐레스강 |
TIG용접에서는 헬륨은 좁고 깊은 비드를 형성하나
MIG용접에서의 헬륨은 반대로 얕고 넓은 비드를 형성한다.
□ MIG의 Wire송급방식
u푸시 (PUSH)방식
u풀 (PULL)방식
u푸시 풀 방식
u더블 푸시 방식
□ MIG의 용접작업
uI형으로 용접가능한 두께 : 6mm
u아크길이 : 6~8mm
u모재와 팁간 거리 : 12mm
u토치의 이동 : 전진법(각도 5~15L)
▣ 탄산가스(CO2) 아크용접
※MIG( Metal Inert Gas )와 구분하여 MAG(Metal Active Gas)라고도 함.
□ 원리
v설비는 MIG와 비슷하나 사용가스가 아르곤, 헬륨과 같은 불활성가스
대신에 이산화탄소를 이용한 용접.
vMIG와 마찬가지로 직류역극성을 채용함.
v와이어:이산화탄소는 아크 중에 산화성이 큼è탈산제 투입(망간, 실리콘)
Ø2CO2 D 2CO+O2
v가스종류
ØCO2 + O2
ØCO2 + Ar
ØCO2 + Ar + O2
ØCO2 +CO
▣ CO2 용접의 장 단점
장점
u기공 생김이 적다
u서브머지드에 비해 표면의 녹,오물에 영향을 덜 받음
u전 자세용접 가능
u용접속도가 빠름
u스패터가 적고 안정된 아크발생
u우수한 용착금속 생성
u수소함량이 적어 은점발생이 적다.
u비용이 저렴
단점
u환기에 유의(CO2의 누출을 조심)
ØCO2의 농도가 3~4%:두통 호소
ØCO2의 농도가 15%이상 위험
ØCO2의 농도가 30%이상 중독 사망
u비드외관이 거칠고 2m/sec풍속에는 용접 불가
u고온상태에서는 산화될 위험이 있음.
□ 이산화탄소 아크 용접법의 분류
u솔리드 와이어 이산화탄소법
v사용 가스 : CO2
v충전제 : 탈산성 원소를 성분으로 가진 솔리드 와이어
u솔리드 와이어 이산화탄소ㅡ산소법
v사용 가스 : CO2 + O2,
v충전제 : 탈산성 원소를 성분으로 가진 솔리드 와이어
u용제가 들어 있는 와이어 이산화탄소법
v사용 가스 : CO2
v종류
Ø 아아코스(arcos) 아크법
Ø 퓨즈(fuse) 아크법
Ø NCG 법
Ø 유니언(union) 아크법
□ 탄산가스 아크 용접의 전압,전류,속도 (중요)
u용접전류는 와이어 송급속도에 의해 제어됨(전류 高è송급속도 高)
u용접전압은 아크길이와 관련이 있슴. (전압 高è아크길이 長è비드폭 넓어짐)
□ 와이어 돌출길이의 영향
길때(長)
u와이어가 예열이 많이 됨
u이 때 전류를 증가시켜 주면 용융속도가 증가됨
u와이어에 저항이 커져 전류가 감소하여 용입 및 비드 폭이 감소함.
u스패터과다,아크불안정,기공
짤을때(短)
u와이어의 예열이 적음
u와이어에 저항이 작아져 전류증가하여 용입은 증대
u시야를 가림,노즐이 오염됨 팁의 손상이 심함
□ 탄산가스 아크 용접의 보호가스별 비드단면 형상
uCO2에 Ar을 혼합하면 다음과 같은 특징이 있슴(중요)
v박판용접의 범위가 넓어지고 아크가 부드러워짐
vAr 혼합비를 올리면 스프레이형 이행이 나타남
ØCO2는 보통 단락이행이나 글로뷸러형 이행임
v스패터가 적고 용착효율이 높아짐
v비드외관이 좋음
□ 전진법과 후진법의 비교 (MIG 및 CO2)
전진법
1. 용접선이 잘 보임.
2. 높이가 낮고 평탄한 비드가 형성.
3. 스패터가 비교적 많으며 진행 방향쪽으로 흩어짐.
4. 용착금속이 아크보다 앞서기 쉬워 용입이 얕아짐.
후진법
1. 용접선이 노즐에 가려서 잘 안보임.
2. 높이가 약간 높고 폭이 좁은 비드.
3. 스패터의 발생이 전진법보다 적음.
4. 깊은 용입을 얻을 수가 있다.
5. 비드 형상이 잘 보이기 때문에 비드 폭,높이 등을 제어하기 쉽다.
□ 이산화탄소(CO2)의 특징
u무색,무미,무취함
u공기 및 알곤보다 무거움.
u액화하여 용기내 충전, 즉 액화가스임
u순도는 99.5%이상, 수분은 0.05%이하가 좋음
u일반적인 가스송급량은 20`/min
u농도가 크면 눈,코에 자극이 느껴짐
u차가운 가스이므로 레귤레이터의 히터로 가열을 하여 공급
□ 복합 와이어 (FCAW : flux cored arc welding)
u용제에 탈산제, 아크 안정제 등 합금원소가 포함되어 있음
u용제의 종류:티탄계(작업성우수),라임계(강도우수),철분계(아크안정)
u장점
v용착속도가 빠름
v전자세용접 가능
v아크타임율이 향상됨
v비드외관이 좋음
v스패터발생이 적음
v슬래그 제거가 쉬움
v초보자라도 용접 가능
u단점
v용착효율이 낮음(솔리드와이어에 비해)
v흄 발생이 많음
v고가임
□ 복합 와이어 (FCAW : flux cored arc welding)
u종류
v아아코스(arcos) 아크법
v퓨즈(fuse) 아크법
v유니언(union) 아크법 (중요)
Ø전극에 자성을 띠게 하고 후럭스와 탄산가스를 같이 흐르게 한 것
Ø유니온 아크법은 발명회사의 상품명임
v NCG법(버나드 아크 용접법)
Ø중공의 와이어에 후럭스를 채워 충진시킨 복합와이어를 사용
감알 마제스 삶의 향기 근검절약 견지와 여행 독백들의 공간. 깜장마녀 하우스 나무 친구들 adsl 도나코
