용접 기술의 기본 이해 - 7. CO2 용접, MAG 및 MIG 용접의 이해
1. GMAW(Gas Metal Arc Welding, 가스 금속 아크 용접)의 원리
• 별도의 보호가스(Shield gas)를 사용하면서 소모성 전극 와이어를 연속적으로 송급하고 그 선단에서 아크가 발생하도록 하여 용적이용융지로 이행되도록 하는 용접법.
< GMAW용접원리>
2. GMAW의 분류
• MIG: 보호가스(shield gas)로 불활성가스만을 사용(Ar, He)
• MAG: 보호가스(shield gas)로 Ar+CO2를 사용
• CO2: 보호가스(shield gas)로 CO2 100%를 사용
3. MIG 용접
• MIG 용접은 보호가스 금속 아크용접(Shield gas metal arc welding GMAW)에 속하는 용접
• 불활성가스를 사용하여 용융금속을 보호하고 연속 공급하는 용접와이어와 모재사이의 아크열로 용융접합이 이루어지는 일종의 아크용접법
• 일반적으로 DCEP를 이용한 정전압 특성의 직류 용접기를 사용
4. MIG 용접의 특성
• 통상 직류 역극성을 채용하며 용접용 전원은 정전압 특성을 가짐.
• 모재 표면의 산화막(Al, Mg 등의경합금용접)에 대한 클리닝 작용.
• 전류밀도가 매우 높고 고능률 적임. (아크 용접의4~6배, TIG 용접의2배정도)
• 3mm 이상의 Al에 사용하고 스테인리스강, 구리합금, 연강 등에도 사용됨.
• 아크의 자기제어 특성이 있음. 같은 전류일때 아크전압이 커지면 융융속도가 낮아짐. (MIG 용접에서는 아크전압의 영향을 받음)
5. MAG 용접
• CO2, CO2와 Ar과의 혼합가스 등 산화성의 실드가스를 사용하고 용접와이어를 전극으로하는 아크용접의 총칭
• 흔히 Ar 80% + CO2 20%의 혼합가스를 실드가스로 하는 가스 메탈 아크 용접을 지칭하기도 함.
• 박판용접(얕은용입), 저합금강, 고장력강에 주로 적용
• 아연도금강판에 적용하면 기공(Blow hole)이 방지됨
6. MAG 펄스 용접의 특징
• 스패터 발생이 적음.
• 비드 외관이 양호
• 와이어 용착 효율이 높음.
• 고품질의 용접부를 얻을 수 있음.
7. MAG 펄스 용접의 적용분야
• 스패터 제거가 불필요한 주변 용접을 하는 경우, 예를들어 자동차, 기계부품의 용접에서 특히 기계가공면이 있는 품질
• 용접후 도금, 도장 공정이 요구되는 품질
• 필릿등으로 凸형 비드가 맞지 않는 경우
• 맞대기 용접에서 남아있는 낮고 평평한 비드를 볼록하게 만들 필요가 있는 경우
• 비드 외관을 아름답게하고 상품가치를 높게할 경우
• 용접길이가 길고 용접작업의 능률 향상을 도모할 경우
• 후판다층용접에서 능률향상을 도모할 경우
• 저온 인성이 요구되는 장소 또는 그 재료의 용접
• 고장력강 또는 용접부의 계수강도가 요구되는 고급재료의 용접
8. CO2 용접
• 열적핀치 효과가 크고 전위 경사도가 큰 CO2가스를 보호가스(Shield gas)로 쓰기 때문에 용입이 깊고 스패터가 많이 생기지만, 가격이 쌈.
• 와이어에는 2대 탈산원소(Si, Mn)가 많이 첨가되어 있으며 주로 일반연강, 고장력강 등 주로 t3.2mm이상의 중후판에 적용
9. CO2 용접의 장점
• 전류밀도가 대단히 높으므로 용입이깊고 용접속도를 빠르게 할 수 있음.
• 용착금속의 기계적 성질 및 금속학적 성질이 좋음.
• 용착금속에 포함된 수소함럄은 저수소계 피복아크용접봉의 경우보다 적음.
• 박판용접은 단락이행용접법에 의해 가능하며, 전자세 용접이 가능.
• 용접작업시간을 길게 할 수 있음.
• 용접부에 슬래그 섞임이 없고, 용접 후의 처리가 간단
• 융융지의 상태를 보면서 용접할 수 있어 용접진행의 양·부판단이 가능하고 시공이 편리함.
10. CO2 용접의 단점
• 바람의 영향을 크게 받으므로 풍속 2m/sec이상이면 방풍장치가 필요함.
• 비드외관은 피복아크용접이나 서브머지드아크용접에 비해 약간거침. (복합와이어방식을 채용하면 좋은 비드를 얻을 수 있음.)
• 적용재질이 철계통으로 한정되어 있음.
11. 단락이행
• 단락이행은 CO2 용접, MAG 용접, MIG 용접 등 어느 것의 경우에도 비교적 소전류(약200A 이하)로 용접하는 경우에 발생
• 단락이행에서는 모재에 대한 입열이 적고 용입도 얕기 때문에 박판이나 백비드(Back bead) 용접에 널리 응용되고 있으며 특히 100A 이하의 소전류에서도 안정된 용접을 할 수 있음.
12. 입상이행
• 입상용적이행에는 낙하형(drop) 이행과 반발형(repelled) 이행이 있는데, CO2 용접의 대전류 영역에서는 주로 반발형입상이행이 일어남.
• 반발형입상용적이행은 와이어끝의 용적직경이 와이어직경보다 크며 용접하단부의 좁은 점에 아크가 집중하여 전자기적 반발력이 크기 때문에 중력에 의한 용적이행을 저지하게 됨.
• 따라서 용적에 작용하는 중력과 전자기적 반발력이 비대칭이므로 주로 용적은 옆으로 치우치면서 이행하게 됨.
13. 스프레이이행
• Ar 가스를 주성분으로 하는 보호가스 분위기에서는 용접전류가 증가함에따라 특정전류에서 용적의 크기가 급격히 변화하는 전류를 천이전류라 함.
• 용접전류가 천이전류보다 낮은 경우에는 입상용적이행이 나타나고, 그 이상일때는 와이어의 직경보다 작은 용적들이 초당 수백회 정도의 높은 빈도수로 이행하는 현상이 나타남.
• 이러한 이행형태를 스프레이이행이라고 하는데, 입상용적이행이 스프레이이행으로 바뀌는 천이전류는 용접재료의 화학조성 및 와이어직경에 따라달라짐.
14. 용접용 와이어 종류
• 와이어 선택시 고려사항
• 모재의 화학적 성분
• 모재의 기계적 성질
• 사용할 보호가스
• 용접부 이음 형상
• 사용 또는 적용에 요구되는 규격
• KS D 7025에서는 연강 및 고장력강용 와이어의 종류를 보호가스, 주요 적용강종에 따라 표와 같이 규격화되어 있으며, 와이어 표기방법은 다음과 같음.
< 연강 및 고장력강용 솔리드 와이어 규격>
15. 용접 품질에 영향을 미치는 인자
• 와이어 송급 속도, 용접전압, 팁모재거리, 토치방향 등
16. 아크 스타트 실패 유형
• Sticking에 의한 아크개시 실패 (원인: 높은 Slow down 속도1, 짧은 Slow down 시간, 과대한 용구2, 용구표면의 심한 산화물, 낮은 아크개시 전류)
• Burn back에 의한 아크개시 실패 (원인: 컨택 팁의 막힘, 늦은 Slow down 속도, 긴 Slow down 시간, 과대한 아크개시 전류)
• Stick burn에 의한 아크개시 실패 (원인: 과대한 용구, 용구표면의 심한 산화물)