아크 용접이란?- 유형 및 작동 원리

아크용접이란?

아크 용접은 전기를 사용하여 금속과 녹은 금속을 녹일 만큼 충분한 열을 발생시키기 위해 전기를 사용하여 금속과 금속을 접합하는 데 사용되는 용접 공정이며 냉각되면 금속이 접합됩니다. 용접 전원 공급 장치를 사용하여 금속 막대("전극")와 모재 사이에 아크를 생성하여 접점에서 금속을 녹이는 용접 유형입니다. 아크 용접기는 직류(DC) 또는 교류(AC) 및 소모성 또는 비소모성 전극을 사용할 수 있습니다.

 

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용접 영역은 일반적으로 일종의 차폐 가스, 증기 또는 슬래그로 보호됩니다. 아크 용접 프로세스는 수동, 반자동 또는 완전 자동이 될 수 있습니다. 아크 용접은 19세기 후반에 개발되었으며 제2차 세계 대전 중에 조선 분야에서 상업적 중요성을 얻었습니다. 오늘날에도 철강 구조물 및 차량 제조에 중요한 공정으로 남아 있습니다.

 

아크 용접은 어떻게 작동할까?

아크 용접은 전기 아크를 사용하여 작업 재료를 녹입니다. 먼저 접지선이 재료에 부착됩니다. 다음으로 용접기는 작업 재료에 전극 리드를 배치합니다.

용접기가 재료에서 전극을 잡아당길 때 가스의 전기적 파괴로 인해 연속 플라즈마 방전이라고도 하는 아크가 생성됩니다. 아크 용접기는 교류 또는 직류를 사용하며 매우 집중적이고 좁은 스폿 용접을 생성하는 데 사용됩니다.

아크 용접은 금속을 접합하는 데 사용되는 융합 용접 프로세스입니다. AC 또는 DC 전원의 전기 아크는 약 6500°F의 강렬한 열을 생성하여 두 공작물 사이의 접합부에서 금속을 녹입니다.

아크는 수동으로 또는 연결 라인을 따라 기계로 안내될 수 있으며, 전극은 전류만 전달하거나 전류를 전도하고 동시에 용접 풀로 녹아서 접합부에 충전재를 공급할 수 있습니다.

금속은 아크에 의해 너무 높은 온도로 가열되면 공기 중의 산소 및 질소와 화학적으로 반응하므로 보호 가스 또는 슬래그를 사용하여 금속 용탕과 공기의 접촉을 최소화합니다. 냉각 후, 용융 금속은 응고되어 야금 결합을 형성합니다.

 

 

DC Vs 교류 전류

아크 용접을 위한 전원 공급 장치는 직류(DC) 또는 교류(AC) 전류에서 올 수 있습니다.

직류(DC) 아크 용접은 스틱 용접 및 저전압 케이스에 자주 사용되며 일반적으로 AC보다 선호됩니다. DC 전류는 한 방향으로 꾸준히 흐르는 전자를 사용하여 더 부드럽고 안정적인 아크를 생성하기 때문입니다.

교류(AC) 아크 용접은 전자가 끊임없이 방향을 바꾸기 때문에 전자의 휘발성이 더 큽니다.

AC 전류는 일반적으로 용접에서 2차 선택이지만 아크가 분출되는 것을 방지하거나 장거리 전기를 전송하기 위해 더 강한 전류가 필요한 경우와 같이 일부 경우에 유용할 수 있습니다.

 

아크 용접의 종류

다양한 유형의 아크 용접은 아크 발생 및 용접 원리뿐만 아니라 비소모성 전극과 소모성 전극 유형으로 크게 나뉩니다.

 

◇ 소모품 대 비소모성 아크 용접

아크 용접에 사용되는 전극(또는 "스틱" 또는 "막대")은 소모성 또는 비소모성일 수 있습니다.

소모성 전극은 전류를 전도할 뿐만 아니라 접합부에 용가재를 공급합니다. 이것은 전극이 함께 용접되는 금속과 함께 녹는 유형의 금속으로 만들어진다는 것을 의미합니다. 이러한 유형의 용접은 종종 철강 제품 제조에 사용됩니다.

반면에 비소모성 전극은 융점이 매우 높은 텅스텐과 같이 용접 중에 녹지 않는 재료로 만들어집니다.

 

다양한 유형의 아크 용접 공정

1. 플럭스 코어드 아크 용접(FCAW)

이 유형의 아크 용접은 플럭스가 채워진 관형 전극을 사용합니다. 방사형 플럭스가 공기로부터 아크를 보호하는 반면, 방사형 플럭스는 차폐 가스가 필요하지 않을 수 있습니다.
FCAW는 용접 금속 증착 속도가 더 높기 때문에 인치 또는 더 두꺼운 조밀한 섹션을 용접하는 데 이상적입니다.

 

2. 가스 금속 아크 용접(GMAW)

GMAW 또는 MIG 용접은 아르곤이나 헬륨과 같은 가스 또는 혼합 가스로 아크를 보호합니다. 전극에는 산화를 방지하는 탈산제가 있어 여러 층을 용접할 수 있습니다.
이 방법은 여러 가지 이점이 있습니다. 간단하고, 다양하고, 경제적이고, 저온이며, 쉽게 자동화됩니다. 이것은 얇은 시트 및 섹션에 널리 사용되는 용접 기술입니다.

 

3. 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW)

GTAW 또는 TIG 용접은 종종 가장 어려운 것으로 간주됩니다. 텅스텐 전극은 아크를 생성합니다. 아르곤, 헬륨 또는 이 둘의 혼합물과 같은 불활성 가스가 실드를 보호하는 데 사용됩니다.
필러 와이어는 필요한 경우 용융 재료를 추가합니다. 이 방법은 슬래그를 생성하지 않기 때문에 훨씬 "깨끗"하여 얇은 재료뿐만 아니라 외관이 중요한 용접 작업에 이상적입니다.

4. 플라즈마 아크 용접(PAW)

이 아크 용접 기술은 용접 영역을 겨냥한 뜨거운 플라즈마 제트를 생성하는 이온화된 가스와 전극을 사용합니다.
제트가 매우 뜨겁기 때문에 이 방법은 좁고 깊은 용접에 사용됩니다. 플라즈마 아크 용접(PAW)은 용접 속도를 높이는 데도 좋습니다.

5. 차폐 금속 아크 용접(SMAW)

SMAW는 가장 간단하고, 가장 오래되고, 가장 적응력이 뛰어난 아크 용접 방법 중 하나로 매우 인기가 있습니다. 코팅된 전극 팁이 용접 영역에 닿을 때 아크가 발생하고 아크를 유지하기 위해 철회됩니다.
열은 팁, 코팅 및 금속을 녹여서 합금이 응고되면 용접이 형성됩니다. 이 기술은 일반적으로 파이프라인 작업, 조선 및 건설에 사용됩니다.

6. 서브머지드 아크 용접(SAW)

SAW는 용접 중에 두꺼운 층을 생성하는 입상 플럭스와 함께 작동하여 용융 금속을 완전히 덮고 스파크 및 스패터를 방지합니다.
이 방법은 단열재 역할을 하기 때문에 더 깊은 열 침투가 가능합니다. SAW는 고속 강판 또는 강판 용접에 사용됩니다. 반자동 또는 자동일 수 있습니다. 단, 수평용접에 한한다.

7. 전기 슬래그 용접(ESW)

수직 공정은 단일 패스에서 두꺼운 판(25mm 이상)을 용접하는 데 사용됩니다. ESW는 플럭스 추가가 아크를 소멸시키기 전에 시작하기 위해 전기 아크에 의존합니다. 와이어 소모품이 용융 풀로 공급되면서 플럭스가 녹고 풀 위에 용융 슬래그가 생성됩니다.
전류의 통과에 대한 용융 슬래그의 저항을 통해 와이어와 판 가장자리를 녹이기 위한 열이 발생합니다. 2개의 수냉식 구리 슈가 공정 진행을 따르고 용융 슬래그가 흘러내리는 것을 방지합니다.

 

아크 용접이 사용되는 곳은?

아크 용접은 일반적으로 재료를 결합하는 데 사용되며 다양한 산업 분야에서 사용됩니다.
항공 우주 산업은 항공기 제조 및 수리, 시트 접합, 정밀 작업을 위해 아크 용접을 사용합니다. 자동차 산업은 배기 시스템과 유압 라인을 접합하기 위해 아크 용접을 사용합니다. 아크 용접은 얇은 금속 사이에서도 매우 강한 결합을 제공할 수 있습니다.
건설 산업은 건물, 교량 및 기타 기반 시설 내에서 강력하고 지속 가능한 연결을 보장하기 위해 아크 용접을 사용합니다. 아크 용접을 사용하는 다른 산업은 석유 및 가스 산업과 전력 산업입니다.

 

로드 유형

아크 공정은 용접 품질에 영향을 미칠 수 있는 서로 다른 강점, 약점 및 용도를 가진 다양한 로드를 사용합니다. 로드는 용접기에 연결되고 전류가 통과하여 공작물을 결합합니다.
SMAW와 같은 일부 경우에는 로드가 녹아서 용접의 일부가 됩니다. 이는 소모성 전극입니다. TIG와 같은 다른 경우에는 막대가 녹지 않습니다. 이는 비소모성 전극입니다.
정확한 코팅 유형은 다양하지만 로드는 일반적으로 코팅됩니다. 코팅되지 않은 막대를 사용할 수 있지만 훨씬 덜 일반적이고 더 많은 스패터를 생성하며 아크를 제어하기 어렵게 만들 수 있습니다.
코팅된 막대는 오염된 산화물이나 유황을 줄이거나 제거하는 데 더 좋습니다. 세 가지 유형의 코팅에는 셀룰로오스, 미네랄이 포함됩니다.
코팅 여부에 관계없이 올바른 비드 품질로 깨끗하고 강력한 용접을 생성하려면 올바른 로드를 선택해야 합니다.

 

아크용접의 적용

아크 용접의 응용 분야는 다음과 같습니다.

▷ 판금 용접에 사용
▷ 얇은 철, 비철금속 용접용
▷ 압력 및 압력 용기 설계에 사용
▷ 산업에서 배관의 발전
▷ 자동차 및 홈 퍼니싱 분야에서 사용
▷ 조선산업
▷ 항공기 및 항공우주, 자동차 차체 복원, 철도 제조업체에서 사용됩니다.
▷ 건설, 자동차, 기계 등과 같은 산업
▷ 가스 텅스텐 아크 용접은 항공 우주 산업에서 판금과 같은 많은 영역을 연결하는 데 사용됩니다.
▷ 이 용접은 금형, 공구 수리에 사용되며 대부분 마그네슘 및 알루미늄으로 만들어진 금속에 사용됩니다.
▷ 대부분의 제조 산업은 GTAW를 사용하여 얇은 공작물, 특히 비철금속을 용접합니다.
▷ GTAW 용접은 부식에 대한 극한 저항과 장기간에 걸친 균열이 요구되는 곳에 사용됩니다.
▷ 우주선 제조에 사용됩니다.
▷ 직경이 작은 부품, 얇은 벽 튜브를 용접하는 데 사용되어 자전거 산업에 적용할 수 있습니다.

 

아크 용접의 장점

다른 많은 형식과 비교하여 아크 용접을 사용하면 여러 가지 장점이 있습니다.

▷ 고속 용접에 적합합니다.
▷ 간단한 용접기입니다.
▷ AC 또는 DC에서 작동할 수 있습니다.
▷ 우수한 온도.
▷ 연기나 스파크가 덜 발생합니다.
▷ 간단한 장비로 인한 휴대성.
▷ 타사에 비해 용접속도가 빠르고,
▷ 강력한 관절을 제공합니다.
▷ 왜곡이 매우 적습니다.
▷ 높은 내식성.
▷ 다공성 및 더러운 금속에 용접하는 능력이 있습니다.
▷ 저렴한 장비입니다.
▷ 바람이나 비가 오는 동안 작동이 가능합니다.
▷ 전원은 전기가 있는 곳에서 사용할 수 있고 발전기 외에는 전기가 없는 곳에서 사용할 수 있습니다.
▷ 부드러운 용접이 이루어집니다.
▷ 좋은 충격 강도입니다.
▷ 아크 용접 비드를 사용하여 미세한 금속에 디자인을 만들 수 있습니다.
▷ 어떤 상황에서도 가능합니다.

 

아크 용접의 단점

일부 사람들이 특정 종류의 프로젝트에서 아크 용접 이외의 다른 옵션을 찾는 데는 몇 가지 이유가 있습니다. 이러한 단점에는 다음이 포함될 수 있습니다.

▷ 숙련된 용접공이 필요합니다.
▷ AI 또는 Ti와 같은 반응성 금속에는 사용할 수 없습니다.
▷ 얇은 금속 용접에는 적합하지 않습니다.
▷ 모든 얇은 금속이 아크 용접에서 용접될 수 있는 것은 아닙니다.
▷ 이 작업에는 잘 훈련되고 숙련된 작업자가 필요합니다.
▷ 이 과정에서 낭비가 불가피하므로 프로젝트 비용이 증가합니다.