가스 텅스텐 아크 용접 또는 TIG 용접이란?

GTAW 또는 TIG 용접이란?

텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접으로도 알려진 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW)은 용접을 생성하기 위해 비소모성 텅스텐 전극을 사용하는 아크 용접 공정입니다. 용접 영역과 전극은 불활성 차폐 가스(아르곤 또는 헬륨)에 의해 산화 또는 기타 대기 오염으로부터 보호됩니다.

용가재는 일반적으로 사용되지만 자생 용접 또는 융합 용접으로 알려진 일부 용접에는 필요하지 않습니다. 헬륨을 사용하는 경우 이를 헬리아크 용접이라고 합니다. 정전류 용접 전원 공급 장치는 플라즈마로 알려진 고도로 이온화된 가스 및 금속 증기 기둥을 통해 아크를 가로질러 전도되는 전기 에너지를 생성합니다.

GTAW는 알루미늄, 마그네슘 및 구리 합금과 같은 비철금속 및 스테인리스강의 얇은 부분을 용접하는 데 가장 일반적으로 사용됩니다. 이 프로세스는 차폐 금속 아크 용접 및 가스 금속 아크 용접과 같은 경쟁 프로세스보다 작업자가 용접을 더 잘 제어할 수 있도록 하여 더 강력하고 고품질 용접을 가능하게 합니다.

그러나 GTAW는 상대적으로 더 복잡하고 마스터하기 어려우며 대부분의 다른 용접 기술보다 훨씬 느립니다. 관련 프로세스인 플라즈마 아크 용접은 약간 다른 용접 토치를 사용하여 보다 집중적인 용접 아크를 생성하고 결과적으로 종종 자동화됩니다.

 

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가스 텅스텐 아크 용접의 작동 원리

수동 가스 텅스텐 아크 용접은 용접기가 필요한 조정으로 인해 상대적으로 어려운 용접 방법입니다. 토치 용접과 유사하게 GTAW는 일반적으로 두 손이 필요합니다. 대부분의 응용 분야에서는 용접기가 한 손으로 용접 토치를 조작하면서 용접 영역에 수동으로 용가재를 공급해야 하기 때문입니다. 전극과 공작물의 접촉을 방지하면서 짧은 아크 길이를 유지하는 것도 중요합니다.

용접 아크를 공격하기 위해 고주파 발생기(테슬라 코일과 유사)는 전기 스파크를 제공합니다. 이 스파크는 차폐 가스를 통한 용접 전류의 전도 경로이며 전극과 공작물이 일반적으로 약 1.5-3mm(0.06-0.12인치) 떨어져 있는 동안 아크가 시작되도록 합니다.

아크가 발생하면 용접기가 토치를 작은 원으로 움직여 용접 풀을 생성하며, 그 크기는 전극의 크기와 전류의 양에 따라 다릅니다.

전극과 공작물 사이의 일정한 간격을 유지하면서 작업자는 토치를 약간 뒤로 이동하고 수직에서 약 10-15도 뒤로 기울입니다. 용가재는 필요에 따라 용접 풀의 프런트 엔드에 수동으로 추가됩니다.

용접공은 종종 토치를 앞으로 움직이는(용접 풀을 전진시키기 위해)과 용가재를 추가하는 것 사이에서 빠르게 교대하는 기술을 개발합니다. 필러 로드는 전극이 전진할 때마다 용접 풀에서 빼지지만 표면의 산화 및 용접의 오염을 방지하기 위해 항상 가스 실드 내부에 유지됩니다.

알루미늄과 같이 용융 온도가 낮은 금속으로 구성된 필러 로드는 작업자가 가스 실드 내부에 머물면서 아크에서 일정 거리를 유지해야 합니다. 아크에 너무 가깝게 유지하면 용접 웅덩이와 접촉하기 전에 필러 로드가 녹을 수 있습니다.

용접이 거의 완료되면 아크 전류가 점차 감소하여 용접 크레이터가 응고되고 용접 끝에서 크레이터 균열이 형성되는 것을 방지합니다.

 

가스 텅스텐 아크 용접에서 가스 사용 차폐

차폐 가스는 용접되는 재료에 따라 선택됩니다.

아르곤
강철, 스테인리스강, 알루미늄, 티타늄을 포함한 광범위한 재료의 용접에 사용할 수 있는 가장 일반적으로 사용되는 차폐 가스입니다.

아르곤 + 2 ~ 5% H2
아르곤에 수소를 첨가하면 가스가 약간 감소하여 표면 산화 없이 깨끗한 용접을 생성하는 데 도움이 됩니다. 아크가 더 뜨겁고 더 많이 수축됨에 따라 더 높은 용접 속도를 허용합니다. 단점은 탄소강의 수소 균열 및 알루미늄 합금의 용접 금속 다공성의 위험을 포함합니다.

헬륨 및 헬륨/아르곤 혼합물
아르곤에 헬륨을 첨가하면 아크의 온도가 상승합니다. 이것은 더 높은 용접 속도와 더 깊은 용접 침투를 촉진합니다. 헬륨 또는 헬륨/아르곤 혼합물을 사용하는 경우의 단점은 높은 가스 비용과 아크 시작이 어렵다는 것입니다.

 

구조 또는 부품

1. 전원 공급 장치
TIG 용접에서는 전류의 변동이 있으면 용접기가 조인트를 적절하게 용접하기 어렵기 때문에 일정한 전원 공급 장치가 필요합니다.
전원 공급 장치는 두 가지 유형이 있습니다.

DC 전원 공급 장치
AC 전원 공급 장치

DC 전원 공급 장치에서는 강철, 니켈, 티타늄 등을 용접할 수 있으며 AC 전원 공급 장치에서는 마그네슘, 알루미늄 등의 재료를 용접할 수 있습니다.

2. 불활성 가스 공급
TIG 용접에서는 대기 가스(예: 산소, 질소 및 수소)로부터 용접 영역을 보호하기 위해 불활성 가스 공급 장치가 필요합니다.
일반적으로 아르곤은 TIG 용접에서 불활성 가스 공급으로 사용됩니다. 이것은 차폐 가스 섹션에서 나중에 논의할 것입니다.

3. 용접 토치
TIG Welding에서 용접 토치는 자동 및 수동 작업을 수행하도록 설계되었습니다. 그러나 구조적으로는 둘 다 동일하며, 수동 토치는 잡을 수 있는 손잡이가 있고, 자동의 경우 자동 기계에 장착하도록 설계되어 있습니다.
토치에는 물 또는 공기에 의한 냉각 시스템이 제공됩니다.
전류의 암페어가 일반적으로 200A 미만이면 공랭식을 사용하지만 200A를 초과하면 수냉식을 사용하여 용접 토치의 온도를 낮춥니다.
용접 토치의 내부는 일반적으로 열전도율을 높이기 위해 구리로 만들어집니다.
그리고 토치에는 텅스텐 전극을 단단히 고정하기 위한 고정 장치(Port)가 제공됩니다.

4. 텅스텐 전극
TIG 용접에서는 텅스텐 또는 텅스텐 합금으로 만들어진 비소모성 전극을 사용합니다.
텅스텐은 다른 금속보다 고온 저항 능력(텅스텐의 용융 온도는 3,422 °C) 때문에 텅스텐 전극을 사용합니다.
전극의 직경은 일반적으로 0.5mm에서 0.65mm까지 다양하고 길이는 75mm에서 610mm까지 다양합니다.

5. 차폐 가스
차폐 가스는 질소, 산소와 같은 대기 가스로부터 용접 풀을 보호하는 데 사용됩니다. 그렇지 않으면 이러한 가스가 다공성, 블로우홀 등을 생성하여 용접 표면을 손상시킬 수 있습니다.
차폐 가스를 선택하는 것은 작업에 사용되는 금속 유형과 함께 대기 조건뿐만 아니라 용접 유형 등에 따라 다릅니다.
그러나 일반적으로 TIG 용접에서는 아르곤을 차폐 가스로 사용합니다. 때때로 아르곤-헬륨 혼합물도 이러한 유형의 용접에 사용됩니다.

6. 필러로드
우리가 이미 알고 있듯이 TIG 용접에서는 텅스텐인 비소모성 전극을 사용하므로 경우에 따라 두 조인트 사이의 간격을 메우기 위해 별도의 재료가 필요합니다.
필러 로드의 재질은 탄소강, 알루미늄 등과 같은 무엇이든 될 수 있습니다. 일반적으로 조인트 유형, 공작물 재질, 두께 및 공작물의 특성에 따라 다릅니다.

 

TIG / GTAW 용접의 응용

내화물, 판재 및 반응성 재료의 용접에 특별히 사용됩니다.
텅스텐 가스 용접은 매우 다양한 금속에 사용할 수 있으며 이 프로세스는 여러 산업에 적용할 수 있으며 많은 항목의 생성 및 수리를 돕습니다. 이 형태의 용접은 항공 우주, 자동차, 수리 및 예술 분야에서 일반적입니다.

항공우주
항공기와 우주선은 부분적으로 TIG 용접을 통해 제작됩니다.

자동차
자동차 산업에서 안전하고 안전한 건설은 시간의 테스트를 견디는 차량을 만드는 것과 마찬가지로 필수적입니다.

수리
TIG는 여러 수리 응용 프로그램에 사용될 수 있습니다. 왜건이나 구식 페달 자동차와 같은 어린이 장난감을 수리하는 것부터 알루미늄 도구를 수리하는 것까지 이 용접 방법은 유용합니다.

 

TIG/GTAW 용접의 장점

▷ 텅스텐 용접은 중요한 조인트 용접 및 작거나 매우 정밀한 용접이 필요한 상황에 대한 솔루션을 제공합니다.
▷ 다양한 금속으로 수행 가능
▷  올바르게 수행되면 다른 접합 공정에 비해 고품질 및 고순도 용접을 생성하며 이는 많은 응용 분야에서 매우 중요합니다.
▷ 자동과 수동 모두 가능합니다.
▷ 전반적으로 두 금속을 결합하는 가장 효율적인 방법 중 하나입니다.
▷ 슬래그가 생성되지 않습니다.
▷ TIG 용접은 모든 위치에서 수행할 수 있습니다.

 

TIG/GTAW 용접의 단점

▷ 텅스텐 용접은 두꺼운 금속판에 사용할 수 없습니다.
▷ 보다 복잡함-고숙련 및 전문직 종사자가 필요합니다.
▷ 안전 문제, 용접공은 눈에 손상을 줄 수 있는 높은 강도의 조명에 노출됩니다.
▷ TIG 용접 서비스의 가격은 높습니다. 그러나 비용은 용접되는 재료와 프로젝트 범위에 따라 달라집니다.
▷ 느린 용접 과정입니다.