3.7.1 원리와 특징

SAW란? : 선행하여 놓여지는 粒狀플럭스중에 솔리드 와이어를 송급하여 그 플럭스내에서 아크를 발생시켜 융접하는 자동용접법. 1940년대부터 적용되던 고능률 용접법으로서 지금도 전체용접중 약7% 정도 적용됨.

< 그림 1 > 서브머지드 아크 용접의 원리

원리 : 서브머지드 아크 용접법은 <그림1>과 같이 선행하여 놓여지는 입상 플럭스 중에 솔리드 와이어를 송급하여 플럭스로 덮여진 상태에서, 아크를 발생시켜 융접하는 자동 용접법이다. 그림과 같이 아크에 접촉하는 플럭스가 용융하며 이 용융 슬래그가 용융쇳물을 덮어서 용접금속을 보호한다. 보통 대직경 와이어에 대전류를 흘러보내기 때문에 고능률의 용접이 이루어진다.


< 그림 2 > 서브머지드 아크 용접

용적이행 : 용적은 벽면을 타고 Molten pool로 이행하는 벽면이행(IIW)을 한다.

용융슬래그의 역할 : 아크와 Molten pool은 주로 용융 슬래그에 의해 보호됨. 비드외관이 아름다운 것도 용융슬래그가 액체금속의 표면에 접촉한 상태에서 응고하기 때문임. 솔리드 와이어를 쓰는 CO2용접 비드 표면은 액체금속이 응고할 때 그 표면에 기체인 실드가스가 접촉된 상태임.

SAW의 장점
1) 1500-3000A의 전류까지 통전할 수 있는 고능률 용접법.
2) 용입이 깊고 결함이 잘 생기지 않아서 용접 이음부의 신뢰도가 높음.
3) 아크가 보이지 않고 Fume이 작게 발생하여 청정한 환경이 보장됨.

SAW의 단점
1) Flat position과 Horizontal fillet position에 대해서만 적용가능.
2) 용접 Groove의 정밀도가 우수해야 하며 그 준비에 많은 공수가 요구됨.
3) 강종에 따라서는 대입열 용접시 열영향부(Heat affected Zone, HAZ) 또는 본드부(Bond)의 취화가 우려됨. 아래 그림 참조

4) 용접선이 직접 보이지 않기 때문에 반자동 용접이 곤란하고, 자동 용접의 경우도 Seam tracking 성능이 우수한 高價의 시스템이 요구됨.

3.7.2 용접재료

(1) SAW용 입상 플럭스의 종류와 특징
1) 용융형 플럭스
◇ 제조법 : 원광석을 1300℃이상으로 용해, 냉각시킨후 분쇄하여 적당한 입도로 선별. 유리형상의 산화물과 불화물로만 구성됨.
◇ 특징 : 플럭스에 합금원소 첨가 곤란. 흡습성이 낮음.
◇ 적용 : 粗粒(coarse grain)은 소전류에 細粒(fine grain)은 대전류에 적용. 박판 고속용접에 적합. 최근에는 전체적으로 많이 적용되지 않고 있음.

2) 소결형 플럭스
◇ 제조법 : 원료광석 분말에 점결제를 가하여 입자(grain)로 만들어서 800 - 1000℃로 소결한 것.
◇ 특징 : 고온 소결하므로 합금원소의 첨가가 곤란. 용융플럭스와 유사
◇ 적용 : 용융형과 본드형의 중간 경우에 적용. 그다지 적용되지 않음.

3) 본드형 플럭스
◇ 제조법 : 원료광석을 분쇄하여 분말(powder)로 만든후 점결제(bond)를 가하여 입자(grain)로 만들어서 300-650℃로 가열 정립한 것.
◇ 특징 : 탈산제, 합금제 및 탄산염을 첨가할 수 있음. 흡습이 용이(사용전 200-300℃에서 1시간 건조). 용접 금속의 성분 변동이 큼. 용접부의 기계적 성질이 우수(염기도가 높은 중성 플럭스).
◇ 적용 : 후판 대입열 용접에 적용. 최근 가장 널리 적용. 초고속용접에 적용되는 플럭스도 개발되어 적용됨.

염기도가 낮은 산성 플럭스를 적용하면 용접작업은 잘되고 비드 외관도 우수하지만, 용접부의 기계적 성질 특히 인성(toughness) 즉 충격치가 나빠서 "타이타닉호“와 같이 되기 쉽다. 염기도가 높으면 중성 또는 염기성 플럭스라 하며 용접금속내의 산소함유량이 작아져서 tough하고 충격치가 높은 용접금속이 됨.

3.7.3 고능률 용접법

SAW의 Tandem용접

- Leading torch와 Trailing torch로 구성되는 2개이상의 토치를 동시에 진행시키면서 높은 생산성을 얻기 위해 적용하는 용접.
- 텐덤용접 전원의 적용 : 각 전극에 별도의 용접 전원을 접속.
   L토치-DC & T토치-AC의 조합 또는 L토치-AC & T토치-AC의 조합.

3.7.4 SAW의 편면 맞대기 용접법

- 대형 용접 구조물로서 Flat position에서 앞면 용접후 뒷면 용접을 위하여 반전하기가 곤란할 때에 적용.
- Backing의 적용이 중요하며, Copper backing, Ceramic backing, Flux backing 또는 이들의 혼합 backing 등이 적용됨.
- Backing재를 가진 맞대기 용접부에 대하여 대전류 저속용접 또는 Tandem용접을 적용하면 높은 생산성이 보장되지만, 입열량이 과대해지면 용접부의 결정립이 粗大化되어 항복강도와 toughness가 나빠짐.

* Hall-Petch의 식: 항복강도(Yield Strength)

- 금속재료의 항복강도는 결정입자의 직경d가 작을수록 커진다. -


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