용접 기술의 기본 이해 - 5. 피복 아크 용접의 이해

1. 피복 아크 용접의 원리

• 용접봉과 모재간에 직류 또는 교류 전압을 걸고 용접봉 끝을 모재에 접근시켰다가 떼면 용접봉과 모재 사이에 강한 빛과 열을 내는 아크가 발생.

• 아크열(약5000℃)에 의하여 용접봉은 녹아서 금속증기 또는 용적(globule)으로 되어 용융된 모재와 융합하여 용착금속을 만듦.
• 용융지(Molten weld pool): 녹은 쇳물 부분
• 용입(Penetration): 모재가 녹아 들어간 깊이
• 용착: 용접봉이 용융지에 녹아 들어가는 것 

 

 

2. 용접기 전원 특성
• 용접 전원의 종류는 수하특성 전원과 정전압 특성전원, 정전류 특성전원으로 구분

3. 직류와 교류 아크용접기의 비교

• 직류 아크 용접기 종류별 특징

- 발전형(모터형, 엔진형): 완전한 직류를 얻음, 옥외나 교류전원이 없는 장소에서 사용, 회전하므로 고장이 쉽고 소음 발생, 구동부와 발전기부로 되어있어 가격이 고가, 보수와 점검이 어려움

- 정류기형: 무소음, 취급이 간단하고 가격 저렴, 교류를 정류하므로 완전한 직류를 얻지 못함, 정류기 파손에 주의(셀렌 80℃, 실리콘 150℃ 이상에서 파손), 보수 점검이 간단

 

항목	직류아크용접기		교류아크용접기
	사이리스터식	인버터식	단상변압기식	인버터식
무부하 전압	낮음	낮음	높음	낮음
아크 안정성	양호	매우 양호	약간 낮음	양호
극성의 선택	있음	있음	없음	극성비율 가변
자기불림	자주 발생	자주 발생	발생 곤란	발생 곤란
3상 평형부하	가능	가능	불가능	가능
역률	높음	매우 높음	낮음	매우 높음
구조	약간 복잡	복잡	간단	매우 복잡
가격	약간 저렴	약간 고가	매우 저렴	고가

 

4. 용접전원의 사용률

 

정격 사용률: 정격전류로 안전하게 사용할 수 있는 사용률

5. 역률과 효율

• 소비전력: 내부손실+아크출력
• 전원입력: 2차정격전류×무부하전압
• 아크출력: 2차정격전류×아크전압

• 역률이 높으면 좋지 않다.

 

6. 용접봉

• 심선과 피복제로 구성
• 용접봉의 호칭치수(직경)은 심선의 직경(mm)으로 구분
• φ2.2, φ2.6, φ3.2, φ4.0, φ4.5, φ5.0, φ6.0가 있음.
• 용접부의 품질을 좌우하는 주요한 소재
• 아크 용접봉에는 비피복 용접봉과 피복 용접봉이 있으며, 비피복 용접봉은 주로 자동이나 반자동 용접에 쓰이고, 피복 아크용 접봉은 수동 아크 용접에 사용

 

7. 피복제의 역할
• 보호통을 형성하며 일부 피복제가 연소하여 실드가스를 형성함으로써, 아크의 안정성과 지향성을 향상시킴.
• 대기로부터 아크분위기를 보호하며, 스패터의 억제 작용을 함.
• 용적이행을 용이하게 하고, 각종 용접 자세로의 적용성을 높임.
• 적절한 점성과 표면장력을 가진 슬래그 형성으로 대기에 의한 산화·질화방지 및 표면이 아름다운 비드면을 형성.
• 용접 금속의 탈산 및 정련작용

• 용접 금속에 합금 성분이 첨가되도록 하며, 용접 능률 향상을 위해 철분을 피복제에 첨가하는 수도 있음.
• 용접 금속의 응고와 냉각을 완화시킴.

 

8. 피복 배합제의 성분

9. 연강용 피복 아크 용접봉의 규격

[뒤의 네자리 숫자중 세번째 숫자는 용접자세를 의미]
0: 용접자세 규정하지 않은 것. F, V, H, OH 모두 가능
1: 전자세용 접용봉. F, V, H, OH 모두 적용
2: F, H-Fil 자세만 적용

 

10. 연강용 피복 아크 용접봉의 규격

11. 고장력강용 피복 아크 용접봉의 종류 

 

12. 피복 아크 용접봉의 선택
• 용접봉의 선택은 용접 결과를 좌우하는 중요한 인자
• 모재의 재질, 제품의 모양, 용접 자세 등의 사용 목적에 알맞게 선택
• 피복 아크 용접봉은 사용하기 전에 편심상태를 확인한 후 사용하며, 이때의 편심률은 3% 이내

 

13. 피복 아크 용접 결함과 대책

• 용접 조건이 좋지 않거나 용접 기술이 미숙함으로써 생김.

• 용접 결함의 종류로는 용입 불량, 언더 컷, 오버 랩, 균열 기공 등이 있음.

• 용입 불량을 방지하기 위한 방법

- 루트 간격 및 치수를 크게 하지 않는다.

- 용접 속도를 빠르지 않게 한다.

- 슬래그가 벗겨지지 않는 한도 내로 전류를 높인다.

- 용접봉의 선택을 잘한다.

- 용입 불량은 외부에서 잘 발견할 수 없기에 이음부의 강도가 약하게 되고 특히 이 부분에 반복하중이 작용하게 되면 균열이 일어날 수도 있다.