용접기능사 및 기사 시험 대비 핵심 이론 요약 요점 정리 2. 전기용접

전기용접

1. 용접의 개요
; 넓은 의미에서 용접이란 원자사이(10-8㎝)에 인력에 의해 금속을 접합시키는 것

(1) 접합의 종류
㉮ 기계적 접합 : 볼트, 리벳, 키, 핀 등으로 결 합하는 방법
㉯ 야금적 접합 : 고체 상태에 있는 두 개의 금 속 재료를 열이나 압력, 또는 열과 압력을 동시에 가해서 서로 접합하는 것으로 용접은 이에 속한다.

(2) 접합 방법에 따른 용접의 3가지 분류
㉮ 융접 : 아크 용접, 가스 용접, 특수 용접 등
㉯ 압접 : 전기 저항 용접, 초음파 용접, 고주파 용접, 마찰 용접, 유도가열 용접 등
㉰ 납땜 : 연납땜 경납땜

2. 용접의 장ㆍ단점
(1) 장점
㉮ 작업 공정을 줄일 수 있다.
㉯ 형상의 자유화를 추구 할 수 있다.
㉰ 이음 효율 향상(기밀 수밀 유지)
㉱ 중량 경감
⑤ 재료 및 시간의 절약
⑥ 보수와 수리가 용이하다.(주물의 파손부등)

(2) 단점
㉮ 품질 검사가 곤란하다.
㉯ 제품의 변형을 가져 올 수 있다.
㉰ 잔류 응력 및 변형에 민감
㉱ 유해 광선 및 가스 폭발 위험이 있다.
⑤ 용접공의 기능과 양심에 따라 이음부 강도가 좌우한다.

3. 피복 아크 용접의 원리
; (＋)전극과 (－)전극이 만나면 열과 소리와 빛을 수반하는데 용접은 그 사이의 아크 열을 이용하여 접합하는 것이다.

(1) 피복 아크 용접의 용어 정의
㉮ 아크 : 기체 중에서 일어나는 방전의 일종으 로 피복 아크 용접에서의 온도는 3500∼5000℃ 이다.
㉯ 용용지(용융 푸울) : 모재가 녹은 쇳물 부분
㉰ 용적 : 용접봉이 녹아 모재로 이행되는 쇳물
㉱ 용착 : 용접봉이 녹아 용융지에 들어가는 것
⑤ 용입 : 모재가 녹은 깊이

(2) 용접 회로
용접기 → 전극 케이블 → 홀더 → 용접봉 및 모재 → 접지 케이블 → 용접기

4. 아크 쏠림
; 아크 쏠림, 아크 블로우, 자기불림등은 모두 동일한 말이며 용접전류에 의한 아크 주위에 발생하는 자장이 용접봉에 대하여 비대칭일 때 일어나는 현상이다.

(1) 방지책
㉮ 직류 용접기 대신 교류 용접기를 사용한다.
㉯ 아크 길이를 짧게 유지한다.
㉰ 접지를 용접부로 멀리한다.
㉱ 긴 용접선에는 후퇴법을 사용한다.
⑤ 용접부의 시종 단에는 엔드탭을 설치한다.

5. 피복 아크 용접의 전압 분포
(1) 아크 전압 = 음극 전압 강하 ＋ 양극 전압 강하 ＋ 아크 기둥 전압 강하(플라즈마)

(2) 아크 길이가 길어짐에 따라 전극 재료가 일정하다고 가정할 때 아크 기둥 전압 강하가 증가함으로 아크 전압도 함께 커진다.

6. 극성
; 극성은 직류에서만 존재하며 종류는 직류 정극성과 직류 역극성이 있다. 또한 양극에서 발열량이 70%이상 나온다.

(1) 직류 정극성(DCSP)
㉮ 모재가(＋), 용접봉(-)
㉯ 후판 용접에 적당

(2) 직류 역극성(DCRP)
㉮ 모재(-) 용접봉(＋)
㉯ 박판 용접

7. 용융 금속의 3가지 이행 형식
(1) 단락형
: 큰 용적이 용융지에 단락 되어 표면 장력의 작용으로 이행되는 형식으로 맨 용접봉, 박피복 용접봉에서 발생한다.

(2) 글로 뷸러형
: 비교적 큰 용적이 단락 되지 않고 옮겨가는 형식으로 피복제가 두꺼운 저수소계 용접봉 등에서 발생한다.

(3) 스프레이형
: 미세한 용적이 스프레이와 같이 날려 이행되는 형식으로 고산화티탄계, 일미나이트계등에서 발생한다.

8. 용접 입열
; 외부에서 용접 모재에 주어지는 열량으로 일반적으로 모재에 흡수되는 열량은 입열의 75∼85%이다.

(1) 용접 입열 공식

(J/㎝) (단 H는 입열, E는 전압, I는 전류, V는 속도이다.)
9. 교류 아크 용접기
(1) 종류
㉮ 탭 전환형 : 미세한 전류 조정이 불가능하다. 주로 소형에 쓰이고 있으며 전격에 위험이 있 다.
㉯ 가동 코일형 : 1차 코일의 거리 조정으로 전 류를 조절한다. 하지만 가격이 고가여서 현 재는 거의 사용되지 않는다.
㉰ 가동 철심형 : 우리 나라에서 가장 많이 사 용되는 용접기다. 미세한 전류 조정이 가능 하다.
㉱ 가포화 리액터형 : 가변 저항의 변화로 용 접 전류 조정. 원격 조정이 가능한 용접기다.

(2) 특징
㉮ 전원의 무부하 전압이 항상 재점호 전압보다 높아야 아크가 안정된다.
㉯ 용접기의 용량은 AW(Arc Welder)로 나타내 며 이는 정격 2차 전류를 의미한다.(예 AW200 정격 2차 전류가 200A임을 의미)
㉰ 정격 2차 전류의 조정의 최대 값은 110%.

(3) 교류 용접기 취급시 주의 사항
㉮ 정격 사용율 이상 사용할 때 과열되어 소손 이 생김
㉯ 가동부분, 냉각 팬을 점검하고 주유할 것
㉰ 탭 전환은 아크 발생 중지 후 행할 것
㉱ 2차측 단자의 한쪽과 용접기 케이스는 반드 시 접지 할 것
⑤ 습한 장소, 직사광선이 드는 곳에서 용접기를 설치하지 말 것

(4) 교류 아크 용접기 부속 장치
㉮ 전격 방지기 : 감전의 위험으로부터 작업자 를 보호하기 위하여 2차 무부하 전압을 25V 로 유지하는 장치
㉯ 고주파 발생 장치 : 아크의 안정을 확보하기 위하여 상용 주파수의 아크 전류 외에, 고전압 (2000∼3000V)의 고주파 전류(300∼1000Kc) 를 중첩시키는 방식

㉰ 핫 스타트 장치 : 처음 모재에 접촉한 순간의 0.2～0.25초 정도의 순간적인 대전류를 흘려서 아크의 초기 안정을 도모하는 장치로 일명 아 크 부스터라 한다.
㉱ 원격 제어 장치 : 용접기에서 멀리 떨어진 장 소에서 전류와 전압을 조절할 수 있는 장치

10. 용접기의 사용율 및 역률과 효율
(1) 사용율

(2) 허용 사용율

(3) 역률과 효율 (단위에 주의한다.)

소비 전력 = 아크 출력 ＋ 내부 손실
전원 입력 = 무부하 전압 × 정격 2차 전류
아크 출력 = 아크 전압 × 정격 2차 전류

(4) 교류 용접기에 콘덴서를 병렬로 설치했을 때의 이점
㉮ 역률이 개선된다.
㉯ 전원 입력이 적게 되어 전기 요금이 적렴
㉰ 전압 변동률이 적어진다.(무효 전력)
㉱ 배전선의 재료가 적어진다.(선의 굵기를 줄 일 수 있다.)
⑤ 여러 개의 용접기를 접속 할 수있다.
11. 직류 용접기
(1) 종류
㉮ 발전기형(엔진 구동식,모터 구동식) : 전기가 없는 곳에서 사용가능
㉯ 정류기형 : 실리콘,셀렌(특히 먼지에 주의),게르마늄 등을 이용하여 정류
㉰ 전지식 : 활용 성이 매우 적음

(2) 직류와 교류에 비교
; 직류는 시간에 관계없이 방향과 크기가 일정한 전기에너지를 공급하므로 안정된 전기를 얻을 수 있다는 장점이 있다.
㉮ 아크 안정 : 직류 우수
㉯ 극성 변화 : 직류 가능
㉰ 자기 쏠림 방지 : 교류 가능
㉱ 무부하 전압 : DC(40～60V), AC(70～90V)
⑤ 전격 위험 : 직류가 적음
⑥ 구조 : 교류가 간단
⑦ 고장 : 교류가 적음 ⑧ 비피복성 : 직류 가능
⑨ 고장 및 가격 : 교류가 우수
⑩ 역률 : 직류가 우수
⑪ 소음 : 교류가 대체적으로 적음
⑫용도 : 직류는 박판용 교류는 후판용

12. 용접기의 특성
(1) 부특성(부저항 특성)
전류가 작은 범위에서 전류가 증가하면 아크 저항이 작아져 아크 전압이 낮아지는 특성

(2) 수하 특성
부하 전류가 증가하면 단자 전압이 저하하는 특성
V = E - IR ( V : 단자 전압, E : 전원 전압 )

(3) 정전류 특성
아크 길이가 크게 변하여도 전류 값은 거의 변하지 않는 특성
☞ 이상 (1),(2),(3)은 수동 용접에 필요한 특성이다.

(4) 상승특성
큰 전류에서 아크 길이가 일정할 때 아크 증가와 더불어 전압이 약간씩 증가하는 특성

(5) 정전압 특성(자기 제어 특성)
부하 전류가 변해도 단자 전압이 거의 변하지 않는 특성
(자동 용접에 필요한 특성)

13. 용접 작업용 기구 및 보호구
; 호울더(A형 안전) , 케이블, 접지 클램프, 장갑 , 앞치마 발커버, 보안경 등이 있다.

(1) 용접용 케이블
케이블의 2차측은 유연성이 요구되므로 캡타이어 전선을 사용한다. 또한 크기의 단위도 1개의 선은 의미가 없으므로 단면적을 사용한다. 하지만 1차측은 고정된 선으로 유동성이 없어야 하므로 단선으로 지름을 사용하여 그 크기를 표시한다.
㉮ 1차측 지름(㎜) : 5.5(200A), 8(300A), 14(400A)
㉯ 2차측 단면적(㎟) : 50(200A), 60(300A),
80(400A)

(2) 차광유리
아크 불빛은 적외선과 자외선을 포함하고 있어 눈을 보호하기 위하여 빛을 차단하는 차광 유리를 사용하여야 한다.

일반적으로 금속아아크 용접에서는 차광도 번호 10～13까지 사용되면 전류와 용접봉의 지름이 커질수록 차광도 번호가 큰 것을 사용한다. 탄소 아크 용접에서는 14번이 사용된다.

(3) 퓨우즈

퓨우즈는 규정 값보다 크거나 구리선 철선 등을 퓨우즈 대용으로 사용해서는 안된다.

14. 피복 아크 용접봉
; 용접봉, 용가재, 전극봉 등은 모두 동일한 말로 심선의 재료는 저 탄소 림드강으로 황, 인등 불순물의 양을 제한하여 제조한다.

(1) 용착 금속의 보호 형식
㉮ 슬랙 생성식(무기물형) : 슬랙으로 산화, 질 화방지 및 탈산작용
㉯ 가스 발생식 : 대표적으로 셀롤로오스가 있 으며 전 자세 용접이 용이하다.
㉰ 반가스 발생식 : 슬랙 생성식과 가스 발생식 의 혼합

(2) 피복제의 작용
산ㆍ질화 방지, 아크 안정, 서냉으로 취성방지, 합금 원소 첨가, 슬랙의 박리성 증대, 유동성 증가등

(3) 피복제의 종류
㉮ 가스 발생제 : 석회석, 셀롤로오스등
㉯ 슬랙 생성제 : 석회석, 형석, 탄산나트륨,
일미나이트
㉰ 아크 안정제 : 규산 나트륨, 규산 칼륨,
산화 티탄, 석회석
㉱ 탈산제 : 페로 실리콘, 페로 망간, 페로 티탄, 페로 바나듐
☞ 기타 여러 가지가 있으나 다 암기가 곤란하므로 위에 사항만이라도 확실히 암기할 것

15. 용접봉의 규격
(1) 용접봉의 기호
E 43▲● : E는 전기용접봉, 43은 최저 인장강도(㎏/㎟), ▲는 용접 자세, (0,1은 전자세 2는 F, H-Fillet 3은 F, 4는 전자세 또는 특정 자세), ●는 피복제의 종류

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