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3.3.2 용접 장치 및 재료

(1) 용접기기

1) 장치도
다음 그림 3.3.2와 같이 전원(Power supply), 토치, 비소모성 전극, 실드가스 공급을 조절하는 유량계로 이루어져 있다.


그림 3.3.2 TIG 용접의 기본적인 장치도

2) 전 원
현재 사용되고 있는 TIG 용접기 전원은 정전류 특성인 AC 또는 DC이다. 이때 AC 또는 DC 용접기의 선택은 요구되는 용접 특성 및 모재의 재질에 따라 좌우된다. 예를 들어 어떤 금속은 AC 전원으로 보다 쉽게 용접되는 반면에, 다른 금속들은 DC 전원으로서 좋은 결과를 얻을 수 있다. AC, DC 전원으로 용접할 때의 특성은 다음과 같다.

(가) 직류 봉 마이너스(DCEN)
같은 크기의 용접봉으로도 높은 전류를 사용할 수 있기 때문에 그림 3.3.3과 같이 용입이 깊고, 용접속도가 빠르고, 비드 폭이 좁아진다. 일명 직류 정극성(DC Straight polarity)라고도 한다.

그림 3.3.3 직류 봉 마이너스에서의 이온들의 움직임과 용입현상
(나) 직류 봉 플러스(DCEP)
거의 사용하지 않고 특수한 경우 Al, Mg 등의 박판용접에 사용한다.
▶ 용접봉에 발생열이 많기 때문에 용접봉 끝이 녹아 내릴 염려가 있고, 같은 전류에서 DCEN보다 4배 정도 사이즈가 큰 용접봉을 사용한다.
▶ 아르곤을 쉴드가스로 사용할 때 청정작용(Cleaning action)이 있다.
▶ 그림 3.3.4와 같이 용입이 얕고, 비드 폭이 넓다.

그림 3.3.4 직류 봉 플러스에서의 이온들의 움직임과 용입현상
(다) 교류(AC)
▶ 고주파(HF) 전원을 첨가하여 사용한다.
▶ 용입과 비드 폭은 DCEN과 DCEP의 중간이다.
▶ 청정작용은 DCEP일 때의 반 정도가 일어난다.

표 3.3.1 극성에 따른 비드 형상비교

■ 고주파 교류전원의 일반 교류 전원에 비한 장점
▶ 전극을 모재에 접촉시키지 않아도 아크가 발생한다.
▶ 아크가 안정된다.
▶ 긴 아크를 유지할 수 있으므로 육성 용접이나 표면경화 작업에 용이하다.
▶ 텅스텐 용접봉에 많은 열을 받지 않는다.
▶ 일정한 용접봉 사이즈로 사용할 수 있는 전류 범위가 크고, 보다 낮은 전류로 용접이 용이하다.

3) 청정작용(Cleaning action)
청정작용이란 용접시 용접봉과 모재 사이의 극성 배치가 그림 1.4와 같이 전극봉이 양극(+), 모재가 음극(-)으로 연결되었을 때(DCEP일 때) 음극쪽인 모재 표면에 발생하는 음극 청정작용(Cathode Cleaning Action)으로 산화막이 제거되는 것을 뜻한다. 이 청정작용은 대부분의 금속에서 발생하며 알루미늄(Al)과 마그네슘(Mg) 등과 같이 산화력이 높으며, 산화물의 용융온도가 모재의 용융온도보다 높은 재질에서 특히 중요하다. 이 재질의 용접시에는 산화물이 녹지 않고 용융지를 덮고 있어 용융지의 흐름이나 용적과 용융금속간의 결합을 방해하기 때문에 용접이 곤란하다. 따라서 가스 용접이나 수동아크 용접시에는 산화물을 화학 반응으로 제거할 수 있는 용제를 사용해야 하며, 불활성 가스 아크 용접시에는 청정작용으로 모재 표면의 산화막이 제거되어 용제 사용없이 용접할 수 있다.

그러나 TIG 용접시 DCEP일 경우에는 아크에서의 열평형이 텅스텐 전극봉쪽으로 70% 정도 쏠려 전극봉이 과열되어 녹을 염려가 있기 때문에 DCEN의 경우보다 지름이 큰 전극봉을 사용해야 하며, 사용할 수 있는 전류의 세기도 제한된다. 따라서 Al합금의 TIG 용접시에는 교류전류를 사용하며, MIG 용접시에도 DCEP을 사용하는 것이 일반적이다.

그림 3.3.5에는 아크의 극성변화에 따른 양이온과 음이온의 거동을 나타내었다.


그림 3.3.5 아크의 극성 변화에 따른 양이온과 음이온의 거동
4) 토 치
종류는 냉각 방법에 따라 공랭식(100A 이하)과 수냉식(100A 이상)의 두가지가 있다.
가스컵(가스 노즐)의 크기는 사용하는 텅스텐 전극봉 직경의 4-6배 정도가 적당하며, 컵 사이즈가 작으면 과열되어 잘 깨지고, 너무 크면 실드가스 소모가 많다.

그림 3.3.6 TIG 용접 토치의 단면도


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