가스 금속 아크 용접

3. 종류

• 탄산 가스 아크 용접: 쉴드 가스로 탄산 가스(CO2)만을 사용한다.
• MIG 용접: 쉴드 가스로 불활성 가스만을 사용한다.
• '''MAG 용접''': 쉴드 가스로 불활성 가스와 탄산 가스를 혼합하여 사용한다.

3. 1. MIG 용접 (Metal Inert Gas Welding)

3. 2. MAG 용접 (Metal Active Gas Welding)

3. 3. 플럭스 코어드 아크 용접 (FCAW, Flux-Cored Arc Welding)

4. 장비

가스 금속 아크 용접을 실시하기 위해, 필요한 기본 장비는 용접 건, 와이어 공급 장치, 용접 전원, 용접봉 와이어 및 차폐 가스가 공급된다.^[10]

[[File:MIG cut-away.svg|right|thumb|300px|GMAW 토치 노즐 절개 이미지:

1. 토치 핸들

2. 성형된 페놀 다이일렉트릭(흰색으로 표시) 및 나사산 금속 너트 삽입물(노란색)

3. 차폐 가스 디퓨저

4. 접촉 팁

5. 노즐 출력면]]

thumb

• 용접 건(Welding Gun)

• 와이어 공급 장치(Wire Feed Unit)

• 용접 전원 (Welding Power Supply)

• 용접봉 (Electrode)

• 차폐 가스 (Shielding Gas)

4. 1. 용접 건 (Welding Gun)

• 제어 스위치: 작업자가 누르면 와이어 공급, 전력 및 차폐 가스 흐름을 시작하여 아크를 발생시킨다.
• 접촉 팁: 일반적으로 구리로 만들어지며, 전원 케이블을 통해 용접봉으로 에너지를 전달하고 용접 영역으로 향하게 한다. 스패터를 줄이기 위해 화학적으로 처리되기도 한다.
• 전원 케이블: 용접 전원과 접촉 팁을 연결하여 전극에 에너지를 전달한다.
• 가스 노즐: 차폐 가스를 용접 영역에 고르게 분사하여 용접부를 보호한다. 크기에 따라 차폐 가스 흐름량이 달라지며, 고전류 용접 작업에는 더 큰 노즐이 사용된다.
• 전극 도관 및 라이너: 와이어가 접촉 팁으로 가는 동안 보호하고 안내하여 버클링을 방지하고 중단 없는 와이어 공급을 유지한다.
• 가스 호스: 차폐 가스 탱크에서 노즐로 가스를 공급한다.

4. 2. 와이어 공급 장치 (Wire Feed Unit)

4. 3. 용접 전원 (Welding Power Supply)

4. 4. 용접봉 (Electrode)

4. 5. 차폐 가스 (Shielding Gas)

5. 작동 원리

가스 금속 아크 용접(GMAW)은 전극이 손전등(팁의 머리)을 통해 자동으로 공급되기 때문에 기본 기술은 매우 간단하다.^[30] 가스 텅스텐 아크 용접의 경우 용접기는 용접 토치 및 별도의 충전재 전선을 다뤄야 하고, 피복 금속 아크 용접은 작업자가 광재를 잘게 부수고 용접 전극을 변경해야 하는 것과 대조적이다.^[30] GMAW는 용접되는 영역을 따라 조작자가 적절한 위치와 방향으로 용접건을 안내하기만 하면 된다.^[30]

대부분의 응용 분야에서 가스 금속 아크 용접은 배우기 비교적 쉬운 용접 공정이며, 기본적인 용접 기술을 숙달하는 데 1~2주 이상 걸리지 않는다.^[30] 하지만 숙련된 작업자가 용접을 수행하더라도 용접 품질은 여러 외부 요인에 따라 변동될 수 있다.^[30] 모든 GMAW는 위험하며, 피복 금속 아크 용접과 같은 다른 일부 용접 방법보다 위험성이 낮을 수 있다.^[30]

6. 금속 이송 방식

가스 금속 아크 용접(GMAW) 용접에서 용융된 금속이 모재로 이행되는 방식은 다음과 같다.^[41]

• 글로뷸러 이행 (Globular Transfer)

• 단락 이행 (Short-Circuiting Transfer)

• 스프레이 이행 (Spray Transfer)

• 펄스 스프레이 이행 (Pulsed-Spray Transfer)

6. 1. 단락 이행 (Short-Circuiting Transfer)

6. 2. 글로뷸러 이행 (Globular Transfer)

6. 3. 스프레이 이행 (Spray Transfer)

6. 4. 펄스 스프레이 이행 (Pulsed-Spray Transfer)

7. 용접 기술

GMAW 공정으로 용접을 성공적으로 수행하기 위해서는 용접 건의 올바른 방향과 균일한 이동 속도가 중요하다.^[31] 건의 방향은 아크 에너지가 전달되는 방식에 영향을 미치는데, 와이어 전극이 용접 표면에 수직일 때 침투가 가장 깊고 필러 금속 증착이 균일해진다.^[31] 그러나 실제로는 수직성이 항상 이상적이거나 달성 가능하지 않으므로, 일반적으로 와이어가 두 표면 사이의 각도를 이등분하도록 건 방향을 잡는다.^[31] 예를 들어, 90도 필렛 이음새의 경우 45도의 와이어 각도가 최적의 침투와 필러 증착을 생성한다.^[31]

이동 각도, 즉 접합부를 따라 이동하는 방향에 대한 건의 각도는 거의 수직으로 유지되어야 한다.^[31] 최적의 각도는 차폐 가스 유형과 분산 방식에 따라 달라지는데, 순수 불활성 가스의 경우 토치 하단이 상부보다 약간 앞서는 반면, 이산화탄소 용접 분위기에서는 그 반대이다.^[32]

접촉 팁과 작업 간의 거리(스틱 아웃)를 안정적으로 유지하는 것이 중요하다.^{[33][34][35][36]} 과도한 스틱 아웃은 침투 부족, 불량한 증착, 대기 오염 및 다공성을 유발할 수 있다.^{[33][34][35][36]} 반대로 불충분한 스틱 아웃은 스패터 축적을 가속화하고, 심하면 와이어가 팁 안으로 타들어가 건 손상을 유발할 수 있다.^{[33][34][35][36]}

수직 또는 오버헤드 이음매와 같은 포지션 용접은 위빙 기술을 사용해야 할 수 있다. 포지션 용접은 용융 금속이 풀 밖으로 흘러나오는 경향이 있어, 위빙을 통해 융합 영역을 지속적으로 이동시켜 한 지점에 증착되는 금속의 양을 제한하고 표면 장력이 용융 금속을 유지하도록 돕는다.

수직 용접은 하향식 또는 상향식으로 진행할 수 있다. 하향식은 더 깊은 침투를 생성하지만 용접 드립으로 인한 크레이터링 및 언더컷이 발생할 수 있다. 상향식은 용접 드립이 덜 발생하고 더 매끄러운 용접을 생성하지만 침투는 덜하다.

용접공은 건 취급 기술 외에도 전압, 와이어 공급 속도, 가스 유량 설정 등 용접기를 올바르게 구성해야 한다. 또한, 용접 노즐과 팁을 주기적으로 청소하고 스패터 방지 화합물을 사용하여 스패터 축적을 늦출 수 있다.

8. 품질 관리

가스 금속 아크 용접(GMAW)에서 가장 흔한 품질 문제 두 가지는 슬래그와 기공이다. 이를 제어하지 않으면 강도가 약하고 연성이 낮은 용접부가 생성될 수 있다.^[37]
슬래그 (Slag)슬래그는 가스 금속 아크 용접(GMAW)에서 흔히 발생하는 문제로, 용접부의 강도와 연성을 약화시킬 수 있다.^[37] 주로 산화 알루미늄 또는 질화 알루미늄 입자에서 발생하며, 알루미늄 GMAW 용접에서 특히 문제가 된다.^[37] 슬래그 생성을 방지하려면 전극과 피가공물 표면의 산화물을 와이어 브러시나 화학적 처리로 제거해야 한다.^[37] 또한, 불활성 보호 가스의 충분한 흐름을 유지하고, 움직이는 공기가 있는 곳에서의 용접은 피해야 한다.^[37]
기공 (Porosity)가스 금속 아크 용접(GMAW)에서 기공은 용접 풀에 가스가 갇혀 발생하며, 금속이 응고되기 전에 가스가 빠져나가지 못해 발생한다.^[38] 가스는 보호 가스, 피가공물의 불순물, 지나치게 길거나 격렬한 아크에서 발생할 수 있다.^[38] 갇힌 가스의 양은 용접 풀의 냉각 속도와 관련이 있으며, 열전도율이 높은 알루미늄 용접은 냉각 속도가 빨라 기공이 더 많이 발생하기 쉽다.^[38]

기공을 줄이기 위해 피가공물과 전극을 깨끗하게 유지하고, 용접 속도를 줄이며, 전류를 적절히 조절해야 한다.^[38] 예열은 냉각 속도를 줄이는 데 도움이 될 수 있다.^[38]

8. 1. 슬래그 (Slag)

8. 2. 기공 (Porosity)

9. 안전

가스 금속 아크 용접(GMAW)은 전기 아크를 사용하므로, 용접공은 아크 자체뿐만 아니라 강렬한 열, 불꽃, 뜨거운 금속으로부터 자신을 보호해야 한다. 두꺼운 가죽 장갑과 보호용 긴 소매 재킷을 포함한 적절한 보호복을 착용해야 한다.^[39] 아크의 강렬한 자외선은 노출된 피부에 화상을 일으킬 수 있으며, 각막 염증(아크 눈)을 유발하거나, 장시간 노출 시 눈의 망막에 돌이킬 수 없는 손상을 줄 수 있다.^[39]

기존의 용접 헬멧에는 이러한 노출을 방지하기 위해 어두운 페이스 플레이트가 포함되어 있다. 최근에는 아크에 노출되면 자동으로 어두워지는 액정 타입의 페이스 플레이트를 특징으로 하는 새로운 헬멧 디자인이 사용된다.^[39] 폴리염화 비닐 플라스틱 필름으로 만들어진 투명한 용접 커튼은 인근 작업자와 구경꾼이 아크에 노출되는 것을 막기 위해 자주 사용된다.^[39]

용접공은 유해 가스와 공기 중의 입자상 물질에 노출될 수 있다. GMAW는 다양한 유형의 산화물 입자를 포함하는 연기를 생성하며, 입자 크기는 연기의 독성에 영향을 미친다. 작은 입자가 더 큰 위험을 초래한다. 환기가 부적절하면 이산화 탄소 및 오존 농도가 위험할 수 있다. 다른 예방 조치로는 가연성 물질을 작업장으로부터 멀리하고, 작동하는 소화기를 근처에 비치하는 것이 있다.^[40] 가스 금속 아크 용접(GMAW) 작업자는 유해 가스와 공기 중의 입자상 물질에 노출될 수 있다.^[40] GMAW는 다양한 유형의 산화물 입자를 포함하는 연기를 생성하며, 입자 크기가 작을수록 더 큰 위험을 초래한다.^[40] 환기가 부적절하면 이산화 탄소 및 오존 농도가 위험 수위에 도달할 수 있으므로 각별한 주의가 필요하다.^[40] 가스 금속 아크 용접(GMAW)은 전기 아크를 사용하므로 화재 예방을 위해 각별한 주의가 필요하다. 용접 작업자는 강렬한 열, 불꽃, 뜨거운 금속으로부터 신체를 보호하기 위해 두꺼운 장갑과 긴 소매 재킷 등 적절한 보호복을 착용해야 한다.^[39] 아크의 강렬한 자외선은 피부 화상이나 아크 눈(각막 염증)을 유발할 수 있으며, 심하면 망막 손상까지 일으킬 수 있다. 따라서 용접 헬멧의 어두운 페이스 플레이트나 자동 어두워지는 액정 타입 헬멧을 착용하여 눈을 보호해야 한다.^[39] 주변 작업자와 구경꾼은 폴리염화 비닐 플라스틱 필름으로 만들어진 투명 용접 커튼으로 보호할 수 있다.^[39]

용접 시 발생하는 유해 가스와 입자상 물질도 주의해야 한다. GMAW는 다양한 산화물 입자를 포함하는 연기를 생성하는데, 작은 입자일수록 더 위험하다. 이산화 탄소와 오존 농도가 높아지지 않도록 환기에 신경 써야 한다.^[40] 가연성 물질을 작업장에서 멀리하고, 작동하는 소화기를 근처에 비치하는 것도 화재 예방에 필수적이다.^[40]

9. 1. 보호 장비 착용

9. 2. 환기

9. 3. 화재 예방

10. 응용 분야

10. 1. 자동차 산업

10. 2. 조선 산업

10. 3. 건설 산업

10. 4. 기타

참조

_[1] 서적
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_[3] 서적
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_[6] 서적
_[7] 서적
_[8] 서적
_[9] 서적
_[10] 서적
_[11] 서적
_[12] 서적
_[13] 서적
_[14] 서적
_[15] 서적
_[16] 서적
_[17] 서적
_[18] 서적
_[19] 서적
_[20] 서적
_[21] 서적
_[22] 서적
_[23] 뉴스 Loose screw? 3-D printer may soon forge you a new one http://www.nbcnews.c[...]
_[24] 웹사이트 You Can Now 3D Print with Metal at Home http://motherboard.v[...] 2016-08-16
_[25] 논문 Low-Cost Open-Source 3-D Metal Printing https://www.academia[...]
_[26] 논문 Integrated Voltage - Current Monitoring and Control of Gas Metal Arc Weld Magnetic Ball-Jointed Open Source 3-D Printer https://www.academia[...]
_[27] 논문 Structure-Property Relationships of Common Aluminum Weld Alloys Utilized as Feedstock for GMAW-based 3-D Metal Printing https://www.academia[...]
_[28] 논문 In Situ Formation of Substrate Release Mechanisms for Gas Metal Arc Weld Metal 3-D Printing https://www.academia[...]
_[29] 논문 Substrate Release Mechanisms for Gas Metal Arc 3-D Aluminum Metal Printing https://www.academia[...]
_[30] 서적
_[31] 웹사이트 Variables that Affect Weld Penetration https://www.lincolne[...] Lincoln Electric 2018-08-20
_[32] 서적
_[33] 서적
_[34] 서적
_[35] 서적
_[36] Harvnb
_[37] Harvnb
_[38] Harvnb
_[39] Harvnb
_[40] Harvnb
_[41] Harvnb
_[42] Harvnb
_[43] Harvnb
_[44] Harvnb
_[45] Harvnb
_[46] Harvnb
_[47] Harvnb
_[48] Harvnb
_[49] Harvnb
_[50] Harvnb
_[51] Harvnb
_[52] Harvnb
_[53] Harvnb
_[54] Harvnb
_[55] Harvnb
_[56] 웹사이트 Gasless wire welding is a breeze http://www.cigweld.c[...]
_[57] 웹사이트 Welding Metallurgy: Arc Physics and Weld Pool Behaviour https://canteach.can[...]
_[58] 웹사이트 How to weld with flux cored wire http://www.mig-weldi[...]
_[59] 웹사이트 Gas Vs Gasless Mig Welding, what's the difference http://www.thewelder[...] 2014-10-04