용접의 종류 (4) - 아크용접 - 피복아크용접(SMAW : Shield Metal-Arc Welding)

2. 용접의 종류 (4) - 아크용접 - 피복아크용접

1) 피복 아크용접(SMAW : Shield Metal-Arc Welding)   그림 1. 피복금속 아크용접 공정의 개략도 그림 1. 피복금속 아크용접 작업의 개략도 a) 압력을 가하지 않는 용접의 가장 흔한 형태 b) 막대용접(Stick Welding or Stick Rod Welding), 전기용접, 전극용접(Electrode Welding, or Coated Electrode Welding), 또는 수동 금속 아크용접(Manual Metal Arc Welding)이라 불리기도 한다. c) 피복제를 바른 용접봉과 모재사이에서 전기아크에 의해 발생되는 열을 이용하여 용접하는 방식 d) 용접회로는 전원(직류, 교류 모두 가능), 전극 케이블, 용접봉 홀더, 피복아크 용접봉, 모재(피용접물), 접지 케이블로 이루어져 있음 e) 직류인 경우 전압은 대개 10~50 V이며 이 때 전류는 2000A까지 올라갈 수도 있음 f) 용접봉은 용접 모재사이의 틈을 채우기 위하여 필요하며 용가재(Filler Metal)라고도 하며 또한 모재와 용접봉 사이의 아크를 발생시키는 전극의 역할을 하므로 전극봉(Electrode)이라고도 한다. g) 용접봉의 분류 방식 ° 모재의 재질에 따라 연강용(탄소강), 저합금강용(고장력강), 스테인레스강용, 구리합금용, 주철용, 특수용도(내마모성용, 내균열성용, 표면경화용) - 셀룰로이계(Cellulosic; TiO2, sand, magnesium silicate) - 금홍석계(rutile; TiO2, CaCO3, cellulose) - 베이직계(basic; CaCO3와 fluride가 고함량) ° 용접부 보호방식에 따른 분류 - 가스 발생식 : 피복제 성분이 주로 셀룰루스며 연소하여 가스를 발생하여 용접부를 보호 - 슬랙 생성식 : 피복제 성분이 주로 규사, 석회석등 무기물로 슬랙을 형성해 용접부를 보호 - 반가스 발생식 : 가스 발생식과 슬랙 생성식의 중간 방식 h) 피복 용접봉은 금속심선의 주위에 여러 가지 기능을 가진 유기물, 무기물 또는 그 혼합물을 피복한 것으로 피복제는 적당한 고착제를 사용하여 심선에 도포함 i) 피복제는 아크열에 의해 분해되어 아크를 안정하게 하고, 가스(CO2, CO) 또는 슬랙을 발생시켜 용융 금속이 대기 중의 산소나 질소와 접촉하는 것을 막아 산화 및 질화를 방지하며(중성 또는 환원성 분위기를 만듦), 적당한 화학반응에 의하여 용접 금속은 정련됨 j) 필요한 합금 원소를 심선이나 피복제에 첨가함으로써 좋은 용착 금속을 얻을 수 있음. k) 비피복 용접봉(bare electrode)을 사용하면 가스 쉴드(Shield)가 형성되지 않으므로 공기가 침투하여 건전한 용착금속을 얻을 수 없고 아크도 안정화되지 않음 피복제의 기능 기 능 설 명 성 분 예 아크 안정제 아크열에 의하여 이온화하여 아크 전압을 낮게하고 아크를 안정시키는 기능 TiO2, Na2SiO3, CaCO3, K2SiO3 가스 발생제 가스를 발생시켜 중성 또는 환성성 분위기를 만들어 용융금속의 산화나 질화를 방지하는 역할, 오른쪽 성분들이 아크열에 의해 분해되어 CO, CO2, 수증기 발생 녹말, 톱밥(셀룰루스), 석회석, BaCO3 슬랙 생성제 용융점이 낮은 가벼운 슬랙을 만들어 용융 금속표면을 덮어 산화나 질화를 방지하고 용융금속의 냉각속도를 늦춰 기표나 불순물의 섞임 방지 산화철, 일루미나이트(TiO2·FeO), TiO2, MnO2, CaCO3, SiO2, 장석(K2O·Al2O3·6SiO), 형석(CaF2) 탈산제 용융금속 중의 산화물을 탈산정련(脫酸精鍊)하는 작용 Fe-Si, Fe-Mn, Fe-Ti합금, 금속 망간, 알루미늄 합금첨가제 용접금속의 성질을 개량하기위하여 피복제에 참가하는 금속 Mn, Si, Ni, Mo, Cr, Cu, V 고착제(Binder) 심선(core wire)에 피복제를 고착시키는 역할 물유리(Na2SiO3), 규산칼륨(K2SiO3) 표 2. 피복제의 기능 및 성분 l) 용접부의 쉴드(Shield) : 용제(Flux)라고 불리는 피복제의 분해로 인해 생성됨 ° 아크 속에서의 용융금속과 용융지의 공기접촉을 차단 ° 용접금속의 성긴 구조를 정련하기 위한 제거제 또는 항산화제 역할 ° 용융지와 고형화된 용접부에 Slag Blanket을 형성 ° 공기로부터 산소와 질소의 유입을 막아 산화물과 질화물의 형성을 억제 ° 용접비드가 생길 때 마다 슬랙은 손이나 공기 해머에 의해 제거 → 슬랙은 용접부 부식의 원인 m) 용가재는 금속심선(Metal Core Wire) 또는 피복제에 포함된 금속 입자에 의해 공급됨 n) 피복아크 용접봉은 피복제의 종류, 사용전류, 용접자세에 따라 KS D 7004에 규정 ° 용접봉 종류의 기호 - E : 피복제의 계통 - 43 : 용착 금속의 취소 인장 강도의 수준 - 16 : 피복 아크 용접봉 ° 용접 자세에 사용된 기호 - F : 아래 보기 자세 - V : 수직 자세 - O : 위 보기 자세 - H : 수평 자세 또는 수평 필릿 용접 - V 및 O 자세는 원칙적으로 심선의 지름이 5.0mm을 초과하는 것에는 적용하지 않음 - E4324, E4326, E4327의 용접 자세는 주로 수평 필릿 용접으로 함 ° 전류 종류에 사용된 기호 - AC : 교류 - DC(± ) : 직류(봉 플러스 및 봉 마이너스) - DC(-) : 직류(봉 마이너스) - DC(+) : 직류(봉 플러스) 종 류 피복제 계통 용접 자세 전류의 종류 E 4301 일루미나이트계 F, V, O, AC 또는 DC(±) E 4303 라임타타니아계 F, V, O, H AC 또는 DC(±) E 4311 고셀룰로오스계 F, V, O, H AC 또는 DC(±) E 4313 고산화티탄계 F, V, O, H AC 또는 DC(-) E 4316 저수소계 F, V, O, H AC 또는 DC(+) E 4324 철분산화티탄계 F, H AC 또는 DC(±) E 4326 철분저수소계 F, H AC 또는 DC(+) E 4327 철분산화철계 F, H F에서는 AC 또는 DC(±) H에서는 AC 또는 DC(-) E 4340 특수계 F, V, O, H AC 또는 DC(±) 표 3. 용접봉의 종류(KS D 7004)