용접기능사 및 기사 시험 대비 핵심 이론 요약 요점 정리 3. 특수용접

1. 불활성 가스 아크 용접

(1) 개요

① 고능률적이며 전자세 용접에 적합하다.

② 피복제 또는 용제가 필요 없다.(He, Ar 가스 사용)

③ 산화가 쉬운 금속의 용접에 적합하다.

④ 용착부의 제반 성질이 우수하다.

 

(2) 불활성 가스 텅스텐 아크 용접(TIG 용접)

① 비용극식, 비소모식

② 헬륨-아크 용접, 아르곤 용접

③ 용접전원으로는 직류, 교류가 모두 쓰임

④ 직류 정극성(폭이 좁고 깊은 용입을 얻음)

⑤ 직류 역극성(폭이 넓고 얕은 용입을 얻음),  청정작용이 있다.

* 청정 작용이란 아르곤 가스의 이온이 모재 표면 산화막에 충돌하여 산화 막을 파괴 제거하는 작용

⑥ 교류를 사용할 때는 아크가 불안정하므로 고주파 약전류를 이용함

⑦ 전극봉으로는 토륨 1∼2%를 포함한 텅스텐 전극을 사용

⑧ 토오치는 공랭식과 수랭식이 있다.

 

(3) 불활성 가스 금속 아크 용접(MIG 용접)

① 용극식, 소모식

② 에어코우메틱, 시그마, 필터 아크, 아르고노 오트 용접법

③ 전류밀도가 매우 크고 용적이행은 스프레이 형(티그 용접의 2배 일반 용접의 4∼6배)

④ 전자세 용접이 가능하고 판 두께가 3∼4㎜이상 의 AlㆍCu합금,

스테인리스강, 연강용접에 이용된다.

⑤ 아크 길이는 6∼8㎜를 사용하며 전진법을 주로 사용

⑥ He 가스는 Ar가스를 사용할 때보다 용입이 증가되며 속도도 커짐

 

2. 서브머지드 아크 용접(잠호 용접)

(1) 방법

① 용제 속에서 아크를 발생시켜 용접

② 유니언 멜트 용접, 링컨 용접법이라고도 함.

③ 전원으로는 직류, 교류가 모두 쓰임

(2) 특징

① 용접속도가 수동 용접에 비해 10∼20배, 용 입은 2∼3배 정도가 커서 능률적이다.

② 용접 홈의 크기가 작아도 되며 용접 재료의 소비 및 용접 변형이 적다.

③ 용접 조건만 일정하다면 용접공의 기술 차 이에 의한 품질의 격차가 거의 없어 이음의 신뢰도를 높일 수 있다.

④ 설비비가 고가이며 와이어 용제의 선정이 어렵다.

⑤ 아래보기 수평필렛 자세에 한정한다.

⑥ 홈의 정밀도가 높아야 한다.

(루트 간격 0.8㎜이하, 홈각도 오차 ±5도, 루트 오차 ±1㎜)

⑦ 용접부가 보이지 않아 용접부를 확인 할 수 없다.

⑧ 시공 조건을 잘못 잡으면 제품의 불량률이 커진다.

⑨ 입열량이 커서 용접 금속의 결정립의 조대 화로 충격 값이 커진다.

⑩ 용접기 용량은 전류에 따라 4000A(M형), 2000A(UE형,USW형), 1200A(DS형, SW 형), 900A(UMW형, FSW형)로 나눈다.

⑪ 전극의 종류에 따라 텐덤식과 횡 직렬식, 횡 병렬식이 있다.

⑫ 용제의 종류는 용융형, 소결형, 혼성형

⑬ 와이어는 2.4∼12.7㎜가 있으며 12.5㎏(S), 25㎏(M), 75㎏(L)이 있다.(표면은 녹방지 또 는 전기적 접촉을 원활하게 하기 위해 구리 도금을 한다.)

⑭ 한 번 용접으로 75㎜까지 가능하다.

 

3. 이산화 탄소 아크 용접

 

(1) 원리

불활성 가스 금속 아크 용접과 원리가 같으며, 불활성 가스 대신 탄산가스를 사용한 용극식 용접법이다.

 

(2) 특징

① 가는 와이어로 고속 용접이 가능하며 수동 용접에 비해 용접 비용이 저렴하다.

② 가시 아크이므로 시공이 편리하고, 스팩터가 적어 아크가 안정하다.

③ 전자세 용접이 가능하고 조작이 간단하다.

④ 잠호 용접에 비해 모재 표면에 녹과 거칠기 에 둔감하다.

⑤ 미그 용접에 비해 용착 금속의 기공 발생이 적다.

 

(3) 종류

① 용극식

㉠ 솔리드 와이어 이산화탄소법

㉡ 솔리드 와이어 혼합 가스법(CO2-O2,  CO2-Ar, CO2-Ar-O2)

㉢ 용제가 들어 있는 와이어 CO2법(아아고스, 퓨우즈 유니언, NCG법)이 있다.

② 비용극식

㉠ 탄소 아크법

㉡ 텅스텐 아크법

 

(4) 용도

철도, 차량, 건축, 조선, 전기기계, 토목기계등

 

(5) CO2농도에 따른 인체의 영향

3∼4% 두통, 15%이상 위험, 30%이상 치명적이다.

 

4. 기타 특수 용접 Ⅰ

(1) 플라즈마 아크 용접

① 기체의 가열로 전리된 전자의 이온이 혼합되 어 도전성을 띤 가스체를 플라즈마라고 하며 이때 발생된 온도는 10000∼30000℃정도이다.

② 열적 핀치 효과(냉각으로 인한 단면 수축으로 전류 밀도 증대)

③ 자기적 핀치 효과(방전 전류에 의해 자장과 전류의 작용으로 단면 수축하여 전류 밀도 증대)

④ 용입이 깊고, 비이드의 폭이 좁으며 용접 속 도가 빠르다.

⑤ 용접 홈은 Ⅰ형이며 1층 용접으로 완성 가능

⑥ 박판, 덧붙이, 납땜에도 이용되며 수동 용접 도 쉽게 설계

⑦ 설비비가 고가

⑧ 용접속도가 빨라 가스의 보호가 불충분하다.

⑨ 전원은 직류 및 고주파 병용 사용

⑩ 사용 가스로는 Ar, H2를 사용하며 모재에 따라 N 또는 공기도 사용

⑪ 탄소강, 스테인리스강, 티탄, 니켈합금, 구리 등에 적합

 

(2) 일렉트로 슬랙 용접

① 전기 저항 열을 이용하여 용접 (주울의 법칙 적용)

② 두꺼운 판의 용접으로 적합하다.

③ 매우 능률적이고 변형이 적다.

④ 용도로는 보일러 드럼, 압력 용기의 수직 또 는 원주이음, 대형 부품 로울 등에 후판 용 접에 쓰인다.

 

(3) 전자 비임 용접

① 고진공 중에서 전자를 전자 코일로서 적당한 크기로 만들어 양극 전압에 의해 가속시켜 접 합부에 충돌시켜 그 열로 용접하는 방법이다.

② 용접부가 좁고 용입이 깊다.

③ 고진공형, 저진공형, 대기압형이 있다.

④ 저전압 대전류형, 고전압 소전류형이 있다.

⑤ 피용접물의 크기에 제한을 받으며 장치가 고가이다.

⑥ 배기 장치 및 X선 방호가 필요하다.

 

 (4) 테르밋 용접

① 테르밋 반응에 의한 화학 반응열을 이용하여 용접한다.

② 테르밋제는 금속 산화물을 약 3∼4, 알루미늄 분말을 1로 혼합한다.

③ 점화제로는 과산화 바륨, 마그네슘이 있다.

④ 용융 테르밋 용접과 가압 테르밋 용접이 있다.

⑤ 작업이 간단하고 기술습득이 용이하다.

⑥ 전력이 불필요하다.

⑦ 용접 시간이 짧고 용접후의 변형도 적다.

⑧ 용도로는 철도레일, 덧붙이 용접, 큰 단면의 주조, 단조품의 용접

 

5. 기타 특수 용접 Ⅱ

(1) 초음파 용접(압접임을 명심)

① 초음파를 진동 에너지로 변환하여 접합 재 료에 전달, 가압 및 마찰에 의한 열로 접합 하는 방법

② 냉간 압접에 비해 주어지는 압력이 작아 변 형이 극히 적다.

③ 압연한 그대로의 용접이 된다.

 

(2) 가스 압접

① 접합부를 가스 불꽃으로 재결정 온도 이상 가열하고 축방향으로 가압하여 접합하는 방 법으로 전력, 용접봉, 용제가 필요 없다.

② 종류로는 밀착 맞대기 방법, 개방 맞대기 방 법이 있다.

 

(3) 아크 점 용접법

① 아크의 높은 열과 집중성을 이용하여 접합 부의 한쪽에서 0.5∼5초 정도 아크를 발생시 켜 융합하는 방법

② 종류로는 불활성 가스 텅스텐 아크 점용접 법(비용극식), 용극식(불활성 가스 금속 아 크 용접법, 이산화탄소 아크 용접, 피복 아크 용접)

 

(4) 마찰 용접

① 접합하고자 하는 재료를 접촉시키고 하나는 고정시키며 다른 하나를 가압, 회전하여 발 생되는 마찰열로 적당한 온도가 되었을 때 접합

② 컨벤셔널형과 플라이 휘일형이 있다.

③ 자동화가 용이하며 숙련이 필요 없다.

④ 접합 재료의 단면은 원형으로 제한한다.

⑤ 상대 운동을 필요로 하는 것은 곤란하다.

 

(5) 플라스틱 용접

① 전기 절연성이 좋다.

② 가볍고 비강도가 크다.

③ 열가소성만 용접이 가능하다.

④ 종류로는 열풍용접과 열기구 용접 마찰 용 접, 고주파 용접이 있다.

 

(6) 단락이행 용접(short arc welding)

① 가는 솔리드 와이어를 이용

② 스프레이형

③ 불활성가스 금속 아크 용접과 비슷하나 1초 동안 100회이상 단락

④ 0.8㎜ 정도 박판 용접에 이용

⑤ 와이어의 종류는 0.76㎜, 0.89㎜, 1.14㎜정도 로 규소-망간계

 

(7) 스텃 용접

① 자동 아크 용접이다.

② 보울트, 환봉, 핀 등을 용접한다.

③ 0.1∼2초 정도의 아크가 발생한다.

④ 셀렌 정류기의 직류 용접기를 사용한다.

 

6. 전기 저항 용접

(1) 개요

① 용접물에 전류가 흐를 때 발생되는 저항 열 로 접합부가 가열되었을 때 가압하여 접합

② 저항 용접의 3대요소는 용접전류, 통전시간, 가압력이다..

③ 이음형상에 따라 겹치기 저항 용접(점용접, 프로젝션용접, 시임 용접)과 맞대기 저항 용 접(맞대기 용접, 플래시 용접, 업셋용접)이 있다.

 

(2) 점용접

① 열영향부가 좁으며 돌기가 없다.

② 박판 용접 및 대량 생산에 적합하다.

③ 바둑알 모양처럼 생긴 것을 너깃이라 한다.

 

(3) 시임 용접

① 점용접에 비해 가압력은 1.2∼1.6배, 용접 전 류는 1.5∼2.0배 증가

② 단속 통전법, 연속 통전법, 맥동 통전법등이 있다.

③ 이음 형상에 따라 원주 시임, 세로 시임이 있다.

④ 용접 방법에 따라 매시 시임, 포일 시임, 맞 대기 시임, 로울러 용접이 있다.

 

(4) 돌기 용접(프로 젝션 용접)

① 접합재의 한쪽에 돌기를 만들어 압접하는 방법

② 이종 금속 판 두께가 다른 것의 용접이 가능 하다.

③ 전극의 소모가 적다.

④ 용접 설비비가 비싸다.

⑤ 돌기의 정밀도가 높아야 한다.

 

(5) 업셋 용접

① 용접재를 맞대어 가압하고 전류를 통하면 접촉 저항으로 발열되어 일정한 온도에 달했 을 때 축방향으로 강한 압력을 가해 접합

② 불꽃의 비산이 없다.

③ 플래시 용접에 비해 열영향부가 커진다.

④ 비대칭 단면적이 큰 것, 박판 등의 용접은 곤란

 

(6) 플래시 용접

① 용접물에 간격을 두어 설치하고 전류를 통 하여 발열 및 불꽃 비산을 지속시켜 접합면 이 골고루 가열되었을 때 가압하여 접합

② 예열 → 플래시 → 업셋 순으로 진행된다.

③ 열영향부 및 가열 범위가 좁다.

④ 이음의 신뢰도가 높고 강도가 좋다.

⑤ 용접 시간, 소비 전력이 적다.

 

(7) 충격 용접(파카션 용접)

① 축전기에 축전된 전기 에너지를 금속 용접 면에 매우 짧은 시간에 방전시켜 이때 발생 된 열로 가압하여 접합

 

7. 아크 절단

(1) 탄소 아크 절단

① 탄소(흑연) 전극봉과 금속 사이에 아크를 발 생하여 절단

② 사용 전원은 직류 정극성이 바람직 하지만 때 로는 교류도 사용

 

(2) 금속 아크 절단

① 사용 전원은 직류 정극성이 바람직 하지만 교 류도 사용 가능

② 탄소 전극봉 대신에 특수 피복제를 입힌 전극 봉을 써서 절단

 

(3) 산소 아크 절단

① 사용 전원은 직류 정극성이 널리 쓰임, 때로 는 교류도 사용

② 중공의 피복 강전극으로 아크를 발생시키고 그 중심부에서 산소를 분출시켜 절단하는 방 법으로 절단속도가 크다. 하지만 절단면이 고르지 못하는 단점도 있다.

 

(4) 플라즈마 제트 절단

① 무부하 전압이 높은 직류 정극성 이용

② 플라즈마10000℃이상을 이용하여 절단

③ 아르곤 ＋ 수소 가스 이용

④ 특수금속, 비금속, 내화물도 절단 가능

 

(5) 티그 및 미그 절단

① 티그 절단은 열적 핀치 효과에 의한 플라즈마 로 절단하는 방법으로 전원으로는 직류 정극성 이 사용됨.

② 미그 절단은 금속전극에 대전류를 흘려 절 단, 전원으로는 직류 역극성이 사용됨.

 

(6) 아크 에어 가우징

① 산소 아크 절단에 압축 공기를 병용하여 결 함을 제거

② 균열의 발견이 특히 쉽다.

③ 소음이 없고 경비가 싸다.

④ 철, 비철금속 어느 경우도 사용된다.

⑤ 전원으로는 직류 역극성이 사용됨

 

8. 각종 금속의 용접

(1) 고탄소강

① 탄소 함유량의 증가로 급냉 경화, 균열 발생

② 균열을 방지하기 위하여 전류를 낮게 하며, 용접 속도를 느리게 한다. 또한 예열 후열을 한다.

③ 용접봉은 저수소계를 사용

 

(2) 주철

① 수축이 크고 균열이 발생하기 쉽고 기포 발 생이 많으며, 급열 급랭으로 용접부의 백선 화로 절삭 가공이 곤란하며 이런 이유로 용 접이 곤란

 

② 예열 및 후열(500∼550℃)

③ 붕사 15%, 탄산수소 나트륨 70%, 탄산나트 륨 15% 알루미늄 분말 소량의 혼합제가 쓰임

(3) 스테인리스강

① 0.8㎜ 까지는 피복 아크 용접을 이용가능함.

② 불활성 가스 아크 용접이 주로 이용된다.

③ 크롬 스테인리스강의 용접

④ 크롬 니켈 스테인리스강의 용접(18-8 스테 인리스강)

 

(4) 구리 및 구리합금

① 열전도율이 커서 균열 발생이 쉽다.

② 티그 용접법, 피복 금속 아크 용접, 가스 용접법, 납땜법등이 사용된다.

 

(5) 알루미늄 합금

① 열전도가 커서 단시간에 용접 온도를 높이 는 데 높은 온도의 열원이 필요하다.

② 팽창 계수가 매우 크다.

③ 가스용접, 불활성 가스 아크 용접, 전기 저항 용접이 쓰임

④ 용접후 2%의 질산 또 10%의 더운 황산으로 세척한 후 물로 씻어 냄