아크 용접
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1. 개요
아크 용접은 전극과 모재 사이의 전기 방전을 이용하여 금속을 접합하는 기술이다. 1800년대 초 험프리 데이비와 바실리 페트로프의 연구를 시작으로 니콜라이 베나르도스, 오귀스트 드 메리탱 등에 의해 발전되었으며, 1, 2차 세계 대전을 거치며 조선, 건축 등 다양한 분야에 활용되었다. 아크 용접은 소모성 전극 방식(피복 아크 용접, 가스 금속 아크 용접 등)과 비소모성 전극 방식(가스 텅스텐 아크 용접, 플라즈마 아크 용접)으로 나뉘며, 용접 재료, 이음 방식, 전원 특성, 실드 가스 등 다양한 요인에 따라 용접 품질이 결정된다. 작업 중 화상, 감전, 유해 가스 노출 등의 위험이 있어 안전 규정을 준수해야 하며, 국제 표준에 따른 기술 자격이 존재한다.
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아크 방전은 전극 사이 기체에서 고전류 밀도로 발생하는 방전 현상으로, 부성 저항 특성을 가지며, 열음극 아크와 냉음극 아크로 나뉘고, 높은 온도를 발생시켜 산업적 활용과 전기 설비 손상 및 건강 위험을 야기하며, 독특한 시각적 효과를 나타낸다. - 아크 용접 - 가스 텅스텐 아크 용접
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| 아크 용접 | |
|---|---|
| 지도 정보 | |
| 기본 정보 | |
| 종류 | 용접 |
| 기술 분야 | 야금학, 제조업 |
| 사용 분야 | 제조 건축 수리 |
| 원리 | |
| 에너지원 | 전기 아크 |
| 용융 방법 | 국부 가열 |
| 접합 방식 | 용융 접합 |
| 주요 장비 | |
| 전원 공급 장치 | 용접기 |
| 전극 | 용접봉, 와이어 |
| 보호 가스 | 활성 가스, 불활성 가스 |
| 상세 기술 | |
| 전극 종류 | 소모성 전극 비소모성 전극 |
| 보호 가스 종류 | 아르곤 헬륨 이산화탄소 |
| 용접 방법 | 수동 아크 용접 자동 아크 용접 반자동 아크 용접 |
| 장점 | |
| 특징 | 다양한 금속 접합 가능 비교적 쉬운 조작 다양한 환경 적용 |
| 단점 | |
| 특징 | 용접 변형 가능성 유해 가스 발생 고온 작업 안전 위험 |
| 관련 용어 | |
| 관련 용어 | 용접봉 용접 와이어 용접 전류 용접 전압 용융풀 열영향부 |
| 주의 사항 | |
| 안전 장비 | 용접 마스크 용접 장갑 보호복 |
| 환기 | 적절한 환기 시설 필수 |
2. 역사
험프리 데이비가 1800년에 짧은 펄스 전기 아크를 발견했다.[23][24] 1802년에는 바실리 페트로프가 연속 전기 아크를 발견하고 용접에 응용할 가능성을 제시했다.[24][25][26][27][28] 니콜라이 베나르도스(Nikolai Benardos)는 1881년 파리 국제 전기 박람회에서 탄소 전극을 사용한 금속 아크 용접을 발표했으며, 1887년 스타니스와프 올셰프스키(Stanisław Olszewski)와 함께 특허를 받았다.[29] 같은 해, 프랑스 전기 발명가 오귀스트 드 메리탱(Auguste de Méritens)도 탄소 아크 용접 방법을 발명하여 1881년에 특허를 받았다.[30] 이 방법은 납축전지 제조에서 납 용접에 성공적으로 사용되었다.
19세기 후반, 니콜라이 슬라비아노프(Nikolai Slavyanov)(1888년)와 미국의 C. L. 코핀(C. L. Coffin)이 금속 전극을 발명하면서 아크 용접 기술이 발전했다. 1900년경 A. P. 스트로멘거는 영국에서 아크를 더 안정적으로 만드는 코팅된 금속 전극을 출시했다. 1905년, 러시아 과학자 블라디미르 미트케비치(Vladimir Mitkevich)는 용접에 3상 전기 아크를 사용할 것을 제안했다. 1919년 C. J. 홀슬랙이 교류 용접을 발명했지만, 10년 후에야 인기를 얻었다.[31]
제1차 세계 대전 동안 조선에 용접이 사용되기 시작하면서, 리벳으로 고정된 강판을 대체했다. 전쟁 초 독일의 뉴욕 항 공격 후 선박을 신속하게 수리할 수 있게 되면서 미국도 이 기술을 더 받아들이게 되었다.[34] 1919년, 영국의 조선업체 캐멀 레어드(Cammell Laird)는 전적으로 용접된 선체를 가진 상선 ''풀러가(Fullagar)''호의 건조를 시작했고,[36] 1921년에 진수되었다.[37]
1920년대에는 자동 용접 기술이 도입되었고, 실드 가스가 주목받기 시작했다. 수소, 아르곤, 헬륨을 용접 분위기로 사용하여 기공과 취성 문제를 해결했다.[38] 1930년대와 제2차 세계 대전 동안 자동 용접, 교류 및 플럭스의 발전과 함께 아크 용접이 크게 확장되었다.[39]
잠수 아크 용접은 1930년에 발명되었다. 1932년, 콘스탄틴 크레노프(Konstantin Khrenov)는 최초의 수중 전기 아크 용접을 성공적으로 수행했다. 1941년에는 가스 텅스텐 아크 용접이, 1948년에는 가스 금속 아크 용접이 개발되었다. 1957년에는 플럭스 코어 아크 용접 공정과 플라즈마 아크 용접이 발명되었다. 전자 슬래그 용접은 1958년에, 전자 가스 용접은 1961년에 출시되었다.[40]
3. 종류
소모성 전극 방식은 전극 자체가 녹아 용접부의 일부가 되는 방식이다. 가장 일반적인 아크 용접 방법 중 하나는 피복 아크 용접(SMAW)이며, 수동 금속 아크 용접(MMAW) 또는 스틱 용접이라고도 한다.[9] 전류를 사용하여 모재와 소모성 전극봉 사이에 아크를 발생시킨다. 전극봉은 용접부를 대기 오염으로부터 보호하고 슬래그 층을 제공하는 증기를 발생시키는 플럭스로 코팅되어 있다. 전극 코어 자체가 충전재 역할을 하므로 별도의 충전재가 필요 없다. 이 공정은 작업자 훈련이 거의 필요 없고 장비 비용도 저렴하지만, 소모성 전극을 자주 교체해야 하고 플럭스의 잔류물인 슬래그를 용접 후 제거해야 하므로 용접 시간이 다소 느리다.[9] 특수 전극을 사용하면 주철, 니켈, 알루미늄, 구리 및 기타 금속의 용접도 가능하다.[10]
가스금속아크용접(GMAW)은 일반적으로 ''MIG''(Metal Inert Gas의 약자)라고 하며, 연속 공급 소모성 와이어와, 오염으로부터 용접부를 보호하기 위해 와이어 주변으로 흐르는 불활성 또는 반불활성 차폐 가스를 사용하는 반자동 또는 자동 용접 공정이다. GMAW에는 일반적으로 정전압 직류 전원이 사용되지만, 정전류 교류도 사용된다. 연속 공급 충전재 전극을 사용하는 GMAW는 상대적으로 높은 용접 속도를 제공하지만, 더 복잡한 장비로 인해 SMAW 공정에 비해 편의성과 다양성이 떨어진다.[11] 오늘날 GMAW는 품질, 다양성 및 속도 때문에 자동차 산업과 같은 산업에서 일반적으로 사용된다. 용접부 주변에 안정적인 차폐 가스 층을 유지해야 하므로, 야외와 같이 공기 흐름이 많은 지역에서는 GMAW 공정을 사용하는 데 문제가 있을 수 있다.[11]
플럭스코어드아크용접(FCAW)은 GMAW 기법의 변형이다. FCAW 와이어는 분말 플럭스 재료로 채워진 가는 금속 튜브이다. 외부에서 공급되는 차폐 가스가 때때로 사용되지만, 대기로부터 필요한 보호를 생성하기 위해 플럭스 자체에 의존하는 경우가 많다.
잠수아크용접(SAW)은 과립상 플럭스의 피복층 아래에서 아크가 발생하는 고생산성 용접 공정이다. 이는 대기 중의 오염 물질이 플럭스에 의해 차단되므로 아크 품질을 향상시킨다. 용접에 형성되는 슬래그는 일반적으로 저절로 떨어지며, 연속 와이어 공급을 사용하기 때문에 용접 증착 속도가 빠르다. 플럭스가 아크를 가리고 연기가 발생하지 않기 때문에 다른 아크 용접 공정에 비해 작업 조건이 훨씬 개선된다.[12] 아크가 보이지 않으므로 일반적으로 자동화된다. SAW는 1F(평면 필릿), 2F(수평 필릿), 1G(평면 그루브) 위치에서만 가능하다.
1. 용접 와이어 2. 실드 가스 3. 노즐 4. 전극 5. 아크 6. 용융지 7. 모재
소모전극식 용접(용극식)에는 다음과 같은 종류가 있다.[41]3. 1. 소모성 전극 방식
소모성 전극 방식은 전극 자체가 녹아 용접부의 일부가 되는 방식이다. 가장 일반적인 아크 용접 방법 중 하나는 피복 아크 용접(SMAW)이며, 수동 금속 아크 용접(MMAW) 또는 스틱 용접이라고도 한다.[9] 전류를 사용하여 모재와 소모성 전극봉 사이에 아크를 발생시킨다. 전극봉은 용접부를 대기 오염으로부터 보호하고 슬래그 층을 제공하는 증기를 발생시키는 플럭스로 코팅되어 있다. 전극 코어 자체가 충전재 역할을 하므로 별도의 충전재가 필요 없다. 이 공정은 작업자 훈련이 거의 필요 없고 장비 비용도 저렴하지만, 소모성 전극을 자주 교체해야 하고 플럭스의 잔류물인 슬래그를 용접 후 제거해야 하므로 용접 시간이 다소 느리다.[9] 특수 전극을 사용하면 주철, 니켈, 알루미늄, 구리 및 기타 금속의 용접도 가능하다.[10]
가스금속아크용접(GMAW)은 일반적으로 ''MIG''(Metal Inert Gas의 약자)라고 하며, 연속 공급 소모성 와이어와, 오염으로부터 용접부를 보호하기 위해 와이어 주변으로 흐르는 불활성 또는 반불활성 차폐 가스를 사용하는 반자동 또는 자동 용접 공정이다. GMAW에는 일반적으로 정전압 직류 전원이 사용되지만, 정전류 교류도 사용된다. 연속 공급 충전재 전극을 사용하는 GMAW는 상대적으로 높은 용접 속도를 제공하지만, 더 복잡한 장비로 인해 SMAW 공정에 비해 편의성과 다양성이 떨어진다.[11] 오늘날 GMAW는 품질, 다양성 및 속도 때문에 자동차 산업과 같은 산업에서 일반적으로 사용된다. 용접부 주변에 안정적인 차폐 가스 층을 유지해야 하므로, 야외와 같이 공기 흐름이 많은 지역에서는 GMAW 공정을 사용하는 데 문제가 있을 수 있다.[11]
플럭스코어드아크용접(FCAW)은 GMAW 기법의 변형이다. FCAW 와이어는 분말 플럭스 재료로 채워진 가는 금속 튜브이다. 외부에서 공급되는 차폐 가스가 때때로 사용되지만, 대기로부터 필요한 보호를 생성하기 위해 플럭스 자체에 의존하는 경우가 많다.
잠수아크용접(SAW)은 과립상 플럭스의 피복층 아래에서 아크가 발생하는 고생산성 용접 공정이다. 이는 대기 중의 오염 물질이 플럭스에 의해 차단되므로 아크 품질을 향상시킨다. 용접에 형성되는 슬래그는 일반적으로 저절로 떨어지며, 연속 와이어 공급을 사용하기 때문에 용접 증착 속도가 빠르다. 플럭스가 아크를 가리고 연기가 발생하지 않기 때문에 다른 아크 용접 공정에 비해 작업 조건이 훨씬 개선된다.[12] 아크가 보이지 않으므로 일반적으로 자동화된다. SAW는 1F(평면 필릿), 2F(수평 필릿), 1G(평면 그루브) 위치에서만 가능하다.
소모전극식 용접(용극식)에는 다음과 같은 종류가 있다.[41]3. 2. 비소모성 전극 방식
가스 텅스텐 아크 용접(GTAW) 또는 텅스텐/불활성 가스(TIG) 용접은 텅스텐으로 만들어진 비소모성 전극, 불활성 또는 반불활성 가스 혼합물, 그리고 별도의 충전재를 사용하는 수동 용접 공정이다.[13] 특히 얇은 재료 용접에 유용하며, 안정적인 아크와 고품질 용접을 제공하지만, 상당한 작업자 기술을 필요로 하며 상대적으로 낮은 속도로만 수행할 수 있다.[13] 스테인리스강과 경금속에 주로 적용되며, 자전거, 항공기 및 선박 응용 분야와 같이 용접 품질이 매우 중요한 경우에 자주 사용된다.[13]
관련 공정인 플라즈마 아크 용접도 텅스텐 전극을 사용하지만 플라즈마 가스를 사용하여 아크를 생성한다.[14] 아크는 GTAW 아크보다 더 집중되어 있어 횡방향 제어가 더욱 중요해지므로 일반적으로 기계화된 공정으로 제한된다.[14] 안정적인 전류 때문에 이 방법은 GTAW 공정보다 더 넓은 범위의 재료 두께에 사용할 수 있으며 훨씬 빠르다.[14] 마그네슘을 제외하고 GTAW와 동일한 모든 재료에 적용할 수 있으며, 스테인리스강의 자동 용접은 이 공정의 중요한 응용 분야 중 하나이다.[14] 이 공정의 변형으로는 효율적인 강철 절단 공정인 플라즈마 절단이 있다.[14]
비소모전극식 용접(비용극식)에는 TIG 용접(tungsten inert gas welding)과 플라즈마 용접/Plasma arc welding영어이 있다.[42]
3. 3. 기타 아크 용접 방식
4. 원리 및 특징
전극과 모재 사이에 발생하는 전기 방전(아크)은 아크 용접의 핵심이다. 아크의 온도는 5,000℃에서 20,000℃에 달하며, 이 열을 이용하여 용접을 수행한다.[41] 아크에 흐르는 전류는 전자가 담당하며, 전자의 방출 부분인 음극부의 특성이 아크 용접에 지배적인 영향을 미친다.[41]
일반적인 전기 전도체와 달리, 아크는 전압 변화에 따라 저항값이 크게 변한다. 전압이 낮으면 아크는 짧아지고 저항값은 감소하며, 전압이 높으면 아크 길이는 길어지고 저항값은 증가한다. 또한, 같은 전압에서 전류값을 높이면 아크 길이는 짧아지고, 전류값을 줄이면 아크 길이는 길어진다.
아크의 전기적 특성은 전류, 전압의 크기에 크게 좌우된다. 직류의 경우, 전류 값이 작으면 아크 전압은 음의 저항 특성을 보이며 전류 증가에 따라 감소한다. 중간 정도의 전류에서는 정전압 특성을 나타내고, 큰 전류 값에서는 상승 특성을 보여 전류 증가에 따라 아크 전압도 증가한다.[41] 교류의 경우 평균적으로 직류와 유사한 특성을 가지지만, 순간적인 전압은 소전류, 중전류, 대전류의 특성을 모두 나타낸다. 전류 값의 양극이 바뀌는 시점에 아크는 소멸과 재점화를 반복하므로, 교류 전원 장치는 재점화에 필요한 전압을 상회하는 무부하 전압을 가져야 하며, 무부하 전압이 전류보다 앞선 위상을 가지는 특성이 요구된다.
아크 용접에 필요한 전기 에너지를 공급하기 위해 다양한 전원 공급 장치를 사용할 수 있다. 가장 일반적인 분류는 정전류 전원 공급 장치와 전압 정전압 전원 공급 장치이다.[1] 아크 용접에서 전압은 아크 길이와 직접적으로 관련이 있으며, 전류는 열 입력량과 관련이 있다.
- 정전류 전원 특성: 전압이 변하더라도 비교적 일정한 전류를 유지한다.[1] 수동 용접에서는 전극을 완벽하게 고정하기 어렵기 때문에 아크 길이 및 전압이 변동될 수 있는데, 정전류 전원은 이러한 환경에 적합하여 가스 텅스텐 아크 용접 및 용접봉 아크 용접과 같은 수동 용접 공정에 가장 많이 사용된다.[1] 일반적인 아크 길이 조건에서 용접봉 전극을 사용하는 정전류 전원 공급 장치는 약 20볼트에서 작동한다.[2]
- 정전압 전원 특성: 전압을 일정하게 유지하고 전류를 변화시키므로 가스 금속 아크 용접, 플럭스 코어 아크 용접 및 잠수 아크 용접과 같은 자동 용접 공정에 가장 많이 사용된다.[1] 이러한 공정에서는 와이어와 모재 사이의 거리 변동이 전류의 큰 변화에 의해 빠르게 수정되므로 아크 길이가 일정하게 유지된다. 예를 들어, 와이어와 모재가 너무 가까워지면 전류가 급격히 증가하여 열이 증가하고 와이어 끝이 녹아 원래의 분리 거리로 돌아간다.[1]
아크 용접에 사용되는 전류의 방향도 용접에 중요한 역할을 한다. 용접봉 아크 용접 및 가스 금속 아크 용접과 같은 소모성 전극 공정은 일반적으로 직류를 사용하지만 전극은 양극 또는 음극으로 대전될 수 있다. 일반적으로 양극으로 대전된 양극은 더 큰 열 농도(약 60%)를 갖는다.[3] 용접봉 용접의 경우 DC+ 극성이 가장 일반적으로 사용되며, 이는 더 높은 수준의 관통력을 가진 양호한 비드 프로파일을 생성한다. DC− 극성은 관통력이 낮고 전극 용융 속도가 더 빠르다. 예를 들어, 얇은 시트 금속에서 관통을 방지하기 위해 때때로 사용된다.[4] 가스 텅스텐 아크 용접과 같은 비소모성 전극 공정은 직류(DC)와 교류(AC) 모두를 사용할 수 있다. 그러나 직류의 경우 전극은 아크만 생성하고 충전재를 제공하지 않기 때문에 양극으로 대전된 전극은 얕은 용접을 일으키고 음극으로 대전된 전극은 더 깊은 용접을 만든다.[6] 교류는 이 두 가지 사이를 빠르게 이동하여 중간 관통 용접을 만든다. AC의 한 가지 단점은 제로 크로싱 후에 아크를 다시 점화해야 한다는 점인데, 이는 일반적인 사인파 대신 구형파 패턴을 생성하는 특수 전원 장치의 발명으로 해결되었으며, 제로 크로싱 후 저전압 시간을 없애고 문제의 영향을 최소화한다.[7]
작업률은 특정 아크 용접기를 안전하게 사용할 수 있는 10분 동안의 분 수를 정의하는 용접 장비 사양이다. 예를 들어, 60% 작업률을 가진 80A 용접기는 6분간의 연속 용접 후 최소 4분 동안 "휴식"해야 한다.[8] 작업률 제한을 준수하지 않으면 용접기가 손상될 수 있다. 상업용 또는 전문가용 용접기는 일반적으로 100% 작업률을 갖는다.
아크 용접에 사용되는 전원 장치(용접 전원)에는 조건에 따라 다양한 형태가 있으며, 각각 전류와 전압의 제어 방식이 다르다.
- 수하 특성(垂下 特性): 전류가 증가하면 전압이 저하하는 특성을 의미하며, 용접 중 아크 길이가 변화하여 아크 전압이 변화하더라도, 부하 전류값이 거의 일정[41]하므로 용가재의 녹는 양의 변화가 거의 보이지 않는 특징이 있다. 구조가 단순하고 가격이 저렴하며, 용접 전류가 거의 변하지 않고 수작업으로도 안정된 용접이 가능하므로 피복 아크 용접이나 서브머지드 아크 용접 등에 채용된다.
- 정전류 특성: 아크 길이가 변해도 출력 전류가 전혀 변하지 않는 구조를 가진 전원 장치로, 피복 아크 용접의 직류 전원으로 채택되고 있다. 아크가 안정되기 쉽고 시공 범위도 넓어지지만, 자기 뿜침이라고 불리는 결함이 발생하기 쉽고, 구조가 복잡하며 가격이 높다는 단점이 있다.[41]
- 정전압 특성: 부하 전류가 증감해도 부하 전압이 일정하게 유지되는 성질이다. 반자동 용접(특히 MAG 용접)에서 토치 조작은 수작업이다. 토치 조작의 약간의 흔들림을 허용하면서 아크 길이를 일정하게 유지하는 기능을 가진 전원에 정전압 특성을 가진 전원이 있다. 이 전원에 더하여, 용가재인 와이어의 공급을 정속 송급 방식으로 함으로써 아크의 길이를 일정하게 유지할 수 있다.[41]
용접봉이나 용접 와이어가 녹은 용융 금속이 모재 위로 이동하는 것을 용적이행이라고 한다. 이 용적이행의 모습은 '''전압''', '''전류''', 실드 가스, 용접재의 종류 등에 따라 현저하게 변화한다.
저전류 상태에서는 아크 열에 의해 용융된 첨가재(용접봉)의 선단부가 용융된 모재에 접촉(단락)하고, 아크가 사라짐과 동시에 첨가재에서 모재로 흐르는 것처럼 용융 금속이 이동한다. 이것을 '''단락이행'''이라고 한다.
이산화탄소 가스 아크 용접에서 고전류 상태에서는, 용융된 첨가재는 큰 액체 방울이 되어 이동하고, 일부 용융 금속이 튀는 등의 현상이 발생한다. 이것을 '''글로뷸 이행'''이라고 한다. 튀어나온 용융 금속은 '''스패터'''라고 하며, 용접 비드 주위에 달라붙어 용접의 외관을 나쁘게 하는 원인이 된다. 하지만, 잘 제어할 수 있다면 글로뷸 이행은 고속 용접이 가능하다는 장점이 있다.
MAG 용접에서 고전류 상태에서는, 첨가재에서 모재로의 용접 금속의 이동이 매우 작은 액체 방울 상태로 이루어진다. 이것을 '''스프레이 이행'''이라고 한다. 스프레이 이행은 스패터가 적기 때문에 외관이 좋고, 또한 용입도 깊어, 효율이 좋은 용접이 가능하다.
아크 용접에서 실드 가스는 용접부를 대기 중의 산소, 질소 등으로부터 보호하는 역할을 한다.[41] 용융된 금속과 대기가 접촉하면 다량의 질소가 금속 속에 용해되고, 응고 시 기포가 발생하여 블로홀(blow hole)이라는 결함을 생성, 용접부의 기계적 강도를 저하시킨다.[41] 이를 방지하기 위해 실드 가스를 분사하여 공기와 아크, 또는 공기와 용융지를 차단한다.
실드 가스로는 불활성 기체인 헬륨, 아르곤과 활성 기체인 이산화탄소가 주로 사용되며, 때로는 수소나 산소 등이 첨가되기도 한다.[41] 실드 가스는 아크 자체를 형성하는 중요한 기능도 담당한다. 아크는 플라스마의 일종으로, 고온에서 기체가 전리된 상태이며, 실드 가스가 아크화됨으로써 전자가 공기를 통해 이동할 수 있게 되어 아크는 전기를 통하는 전도체가 된다.
실드 가스의 성분은 아크의 상태와 용접 결과에 큰 영향을 미친다. 이산화탄소는 아크의 특성을 크게 변화시키는 물질로, 고온에서 분해되어 산소와 일산화탄소로 나뉘고, 이들이 이온화되어 플라스마가 되어 아크를 형성한다. 일산화탄소는 환원성을 나타내지만, 산소는 산화성을 띄므로, 이산화탄소를 실드 가스로 사용할 때는 용접 와이어에 탈산성 원소(Mn, Si 등)를 첨가하여 산화철 생성을 방지해야 한다.[41]
이산화탄소는 고온에서 분해될 때 부피가 팽창하고 아크에서 열량을 빼앗아 아크를 냉각시켜 가늘고 날카롭게 만드는 '''열적 핀치 효과'''를 발생시킨다.[41] 이는 깊은 용입, 빠른 용접 속도, 용접 대상물에 대한 열 영향 감소 등 장점으로 작용하지만, 스패터 발생 증가, 용접 결함 및 외관 불량 등 단점도 수반한다.
알루미늄과 같이 이온화 경향이 강한 금속의 용접에는 이산화탄소가 적합하지 않다. 발생한 산소에 대해 첨가제가 기능하지 않아 환원할 수 없기 때문이다.
이산화탄소 아크 용접은 이산화탄소만을 실드 가스로 사용하는 반면, 혼합 가스·맥 용접은 이산화탄소와 아르곤 가스를 혼합하여 사용한다. 혼합 가스·맥 용접의 표준 가스는 이산화탄소 20%, 아르곤 80% 비율로 구성된다.[41]
4. 1. 아크 발생 및 유지
전극과 모재 사이에 발생하는 전기 방전(아크)은 아크 용접의 핵심이다. 아크의 온도는 5,000℃에서 20,000℃에 달하며, 이 열을 이용하여 용접을 수행한다.[41] 아크에 흐르는 전류는 전자가 담당하며, 전자의 방출 부분인 음극부의 특성이 아크 용접에 지배적인 영향을 미친다.[41]일반적인 전기 전도체와 달리, 아크는 전압 변화에 따라 저항값이 크게 변한다. 전압이 낮으면 아크는 짧아지고 저항값은 감소하며, 전압이 높으면 아크 길이는 길어지고 저항값은 증가한다. 또한, 같은 전압에서 전류값을 높이면 아크 길이는 짧아지고, 전류값을 줄이면 아크 길이는 길어진다.
아크의 전기적 특성은 전류, 전압의 크기에 크게 좌우된다. 직류의 경우, 전류 값이 작으면 아크 전압은 음의 저항 특성을 보이며 전류 증가에 따라 감소한다. 중간 정도의 전류에서는 정전압 특성을 나타내고, 큰 전류 값에서는 상승 특성을 보여 전류 증가에 따라 아크 전압도 증가한다.[41] 교류의 경우 평균적으로 직류와 유사한 특성을 가지지만, 순간적인 전압은 소전류, 중전류, 대전류의 특성을 모두 나타낸다. 전류 값의 양극이 바뀌는 시점에 아크는 소멸과 재점화를 반복하므로, 교류 전원 장치는 재점화에 필요한 전압을 상회하는 무부하 전압을 가져야 하며, 무부하 전압이 전류보다 앞선 위상을 가지는 특성이 요구된다.
4. 2. 전원 특성
아크 용접에 필요한 전기 에너지를 공급하기 위해 다양한 전원 공급 장치를 사용할 수 있다. 가장 일반적인 분류는 정전류 전원 공급 장치와 전압 정전압 전원 공급 장치이다.[1] 아크 용접에서 전압은 아크 길이와 직접적으로 관련이 있으며, 전류는 열 입력량과 관련이 있다.
- 정전류 전원 특성: 전압이 변하더라도 비교적 일정한 전류를 유지한다.[1] 수동 용접에서는 전극을 완벽하게 고정하기 어렵기 때문에 아크 길이 및 전압이 변동될 수 있는데, 정전류 전원은 이러한 환경에 적합하여 가스 텅스텐 아크 용접 및 용접봉 아크 용접과 같은 수동 용접 공정에 가장 많이 사용된다.[1] 일반적인 아크 길이 조건에서 용접봉 전극을 사용하는 정전류 전원 공급 장치는 약 20볼트에서 작동한다.[2]
- 정전압 전원 특성: 전압을 일정하게 유지하고 전류를 변화시키므로 가스 금속 아크 용접, 플럭스 코어 아크 용접 및 잠수 아크 용접과 같은 자동 용접 공정에 가장 많이 사용된다.[1] 이러한 공정에서는 와이어와 모재 사이의 거리 변동이 전류의 큰 변화에 의해 빠르게 수정되므로 아크 길이가 일정하게 유지된다. 예를 들어, 와이어와 모재가 너무 가까워지면 전류가 급격히 증가하여 열이 증가하고 와이어 끝이 녹아 원래의 분리 거리로 돌아간다.[1]
아크 용접에 사용되는 전류의 방향도 용접에 중요한 역할을 한다. 용접봉 아크 용접 및 가스 금속 아크 용접과 같은 소모성 전극 공정은 일반적으로 직류를 사용하지만 전극은 양극 또는 음극으로 대전될 수 있다. 일반적으로 양극으로 대전된 양극은 더 큰 열 농도(약 60%)를 갖는다.[3] 용접봉 용접의 경우 DC+ 극성이 가장 일반적으로 사용되며, 이는 더 높은 수준의 관통력을 가진 양호한 비드 프로파일을 생성한다. DC− 극성은 관통력이 낮고 전극 용융 속도가 더 빠르다. 예를 들어, 얇은 시트 금속에서 관통을 방지하기 위해 때때로 사용된다.[4] 가스 텅스텐 아크 용접과 같은 비소모성 전극 공정은 직류(DC)와 교류(AC) 모두를 사용할 수 있다. 그러나 직류의 경우 전극은 아크만 생성하고 충전재를 제공하지 않기 때문에 양극으로 대전된 전극은 얕은 용접을 일으키고 음극으로 대전된 전극은 더 깊은 용접을 만든다.[6] 교류는 이 두 가지 사이를 빠르게 이동하여 중간 관통 용접을 만든다. AC의 한 가지 단점은 제로 크로싱 후에 아크를 다시 점화해야 한다는 점인데, 이는 일반적인 사인파 대신 구형파 패턴을 생성하는 특수 전원 장치의 발명으로 해결되었으며, 제로 크로싱 후 저전압 시간을 없애고 문제의 영향을 최소화한다.[7]
작업률은 특정 아크 용접기를 안전하게 사용할 수 있는 10분 동안의 분 수를 정의하는 용접 장비 사양이다. 예를 들어, 60% 작업률을 가진 80A 용접기는 6분간의 연속 용접 후 최소 4분 동안 "휴식"해야 한다.[8] 작업률 제한을 준수하지 않으면 용접기가 손상될 수 있다. 상업용 또는 전문가용 용접기는 일반적으로 100% 작업률을 갖는다.
아크 용접에 사용되는 전원 장치(용접 전원)에는 조건에 따라 다양한 형태가 있으며, 각각 전류와 전압의 제어 방식이 다르다.
- 수하 특성(垂下 特性): 전류가 증가하면 전압이 저하하는 특성을 의미하며, 용접 중 아크 길이가 변화하여 아크 전압이 변화하더라도, 부하 전류값이 거의 일정[41]하므로 용가재의 녹는 양의 변화가 거의 보이지 않는 특징이 있다. 구조가 단순하고 가격이 저렴하며, 용접 전류가 거의 변하지 않고 수작업으로도 안정된 용접이 가능하므로 피복 아크 용접이나 서브머지드 아크 용접 등에 채용된다.
- 정전류 특성: 아크 길이가 변해도 출력 전류가 전혀 변하지 않는 구조를 가진 전원 장치로, 피복 아크 용접의 직류 전원으로 채택되고 있다. 아크가 안정되기 쉽고 시공 범위도 넓어지지만, 자기 뿜침이라고 불리는 결함이 발생하기 쉽고, 구조가 복잡하며 가격이 높다는 단점이 있다.[41]
- 정전압 특성: 부하 전류가 증감해도 부하 전압이 일정하게 유지되는 성질이다. 반자동 용접(특히 MAG 용접)에서 토치 조작은 수작업이다. 토치 조작의 약간의 흔들림을 허용하면서 아크 길이를 일정하게 유지하는 기능을 가진 전원에 정전압 특성을 가진 전원이 있다. 이 전원에 더하여, 용가재인 와이어의 공급을 정속 송급 방식으로 함으로써 아크의 길이를 일정하게 유지할 수 있다.[41]
4. 3. 용적이행
용접봉이나 용접 와이어가 녹은 용융 금속이 모재 위로 이동하는 것을 용적이행이라고 한다. 이 용적이행의 모습은 '''전압''', '''전류''', 실드 가스, 용접재의 종류 등에 따라 현저하게 변화한다.저전류 상태에서는 아크 열에 의해 용융된 첨가재(용접봉)의 선단부가 용융된 모재에 접촉(단락)하고, 아크가 사라짐과 동시에 첨가재에서 모재로 흐르는 것처럼 용융 금속이 이동한다. 이것을 '''단락이행'''이라고 한다.
이산화탄소 가스 아크 용접에서 고전류 상태에서는, 용융된 첨가재는 큰 액체 방울이 되어 이동하고, 일부 용융 금속이 튀는 등의 현상이 발생한다. 이것을 '''글로뷸 이행'''이라고 한다. 튀어나온 용융 금속은 '''스패터'''라고 하며, 용접 비드 주위에 달라붙어 용접의 외관을 나쁘게 하는 원인이 된다. 하지만, 잘 제어할 수 있다면 글로뷸 이행은 고속 용접이 가능하다는 장점이 있다.
MAG 용접에서 고전류 상태에서는, 첨가재에서 모재로의 용접 금속의 이동이 매우 작은 액체 방울 상태로 이루어진다. 이것을 '''스프레이 이행'''이라고 한다. 스프레이 이행은 스패터가 적기 때문에 외관이 좋고, 또한 용입도 깊어, 효율이 좋은 용접이 가능하다.
4. 4. 실드 가스
아크 용접에서 실드 가스는 용접부를 대기 중의 산소, 질소 등으로부터 보호하는 역할을 한다.[41] 용융된 금속과 대기가 접촉하면 다량의 질소가 금속 속에 용해되고, 응고 시 기포가 발생하여 블로홀(blow hole)이라는 결함을 생성, 용접부의 기계적 강도를 저하시킨다.[41] 이를 방지하기 위해 실드 가스를 분사하여 공기와 아크, 또는 공기와 용융지를 차단한다.실드 가스로는 불활성 기체인 헬륨, 아르곤과 활성 기체인 이산화탄소가 주로 사용되며, 때로는 수소나 산소 등이 첨가되기도 한다.[41] 실드 가스는 아크 자체를 형성하는 중요한 기능도 담당한다. 아크는 플라스마의 일종으로, 고온에서 기체가 전리된 상태이며, 실드 가스가 아크화됨으로써 전자가 공기를 통해 이동할 수 있게 되어 아크는 전기를 통하는 전도체가 된다.
실드 가스의 성분은 아크의 상태와 용접 결과에 큰 영향을 미친다. 이산화탄소는 아크의 특성을 크게 변화시키는 물질로, 고온에서 분해되어 산소와 일산화탄소로 나뉘고, 이들이 이온화되어 플라스마가 되어 아크를 형성한다. 일산화탄소는 환원성을 나타내지만, 산소는 산화성을 띄므로, 이산화탄소를 실드 가스로 사용할 때는 용접 와이어에 탈산성 원소(Mn, Si 등)를 첨가하여 산화철 생성을 방지해야 한다.[41]
이산화탄소는 고온에서 분해될 때 부피가 팽창하고 아크에서 열량을 빼앗아 아크를 냉각시켜 가늘고 날카롭게 만드는 '''열적 핀치 효과'''를 발생시킨다.[41] 이는 깊은 용입, 빠른 용접 속도, 용접 대상물에 대한 열 영향 감소 등 장점으로 작용하지만, 스패터 발생 증가, 용접 결함 및 외관 불량 등 단점도 수반한다.
알루미늄과 같이 이온화 경향이 강한 금속의 용접에는 이산화탄소가 적합하지 않다. 발생한 산소에 대해 첨가제가 기능하지 않아 환원할 수 없기 때문이다.
이산화탄소 아크 용접은 이산화탄소만을 실드 가스로 사용하는 반면, 혼합 가스·맥 용접은 이산화탄소와 아르곤 가스를 혼합하여 사용한다. 혼합 가스·맥 용접의 표준 가스는 이산화탄소 20%, 아르곤 80% 비율로 구성된다.[41]
5. 용접 재료
아크 용접의 주된 대상 재료는 철강이다.[44] 철강은 온도와 탄소량에 따라 상변태를 일으켜 물리적 특성이 다른 조직으로 변화한다. 용접은 급격한 온도 변화를 수반하기 때문에, 가열과 냉각 방법에 따라 다양한 조직으로 변화한다.[44]
철을 아크 용접하면 용융부와 용접 주변부가 급격한 가열 후 급격히 냉각된다. 이러한 '''열영향'''으로 인해 성분과 결정 구조가 변화하여 강도가 부족해지거나 변형, 균열이 발생할 수 있다. 철강이 단단해지면 취성이 커져 기계적 강도가 저하될 수 있으므로, 일반적으로 탄소가 적은 강재일수록 용접성이 좋다.[44]
철을 경화시키는 물질은 탄소 외에도 망간, 실리콘 등이 있으며, 이 물질들의 영향을 탄소의 영향으로 환산한 것을 '''탄소당량'''이라고 한다.
아크의 음극 쪽에서 전자가 튀어나오는 것은 녹은 용접 모재 표면의 슬래그라고 불리는 산화물층에 떠 있는 '''음극점'''에서이다. 철은 알루미늄이나 티타늄과 달리 표면에 산화막이 거의 없기 때문에, 아크 전류를 안정적으로 흘리기 위해 티타늄 산화물(루틸, TiO2)을 포함하는 '''플럭스'''를 사용한다.[44] 티타늄 산화물은 알루미늄, 실리콘, 망간 등의 산화물보다 전기를 잘 통하는 양도체이기 때문이다. 강철 용접 시 실드 가스에 이산화탄소를 사용하거나 아르곤 가스에 소량의 산소를 첨가하는 것은 산화물 형성을 촉진하기 위해서다.[44] 용접 와이어 표면에 티타늄 산화물을 도포하면 용적이 작아져 용접 와이어에서 작은 입자 상태로 모재 표면에 날아가게 된다.
티타늄 산화물(루틸)이 용접 부위에 용해되면, 티타늄 강 부분의 결정 구조는 티타늄 산화물이 핵이 되어 생성되는 결정립이 수 μm 이하로 미세해지고, 그 인성도 양호해진다. 용접 부위에 포함되는 산화물은 강철 모재의 10배 정도가 되지만, 강도 등에서는 오히려 우수한 것이 된다.[44]
탄소량이 0.25% 이하로 담금질 경화를 무시할 수 있는 강재를 연강(저탄소강, 보통강)이라고 한다. 가장 일반적인 강재이며, 인장강도는 약 400N/mm2이다. JIS 규격에서는 일반 구조용 압연강재인 SS400이 연강에 해당하지만, 탄소 및 다른 성분은 규정되어 있지 않아 제조사나 로트에 따라 용접에 적합하지 않은 경우가 있다. 용접용으로 규정된 연강으로는 SM재와 SN재가 있다. 연강은 용접성이 나쁘지 않지만, 비교적 무른 강재이므로 용접량이 많으면 큰 변형이 발생할 수 있다.
고장력강(高張力鋼)은 JIS 규격에 명시된 철강으로, 490N/mm² 이상의 일반 구조용 철강을 말한다. 용접성, 노치 인성 등을 고려하는 것도 JIS 규격에 명시되어 있다. 경도가 높기 때문에 형상과 용접량에 따라 균열이 발생할 수 있으며, 연강보다 탄소 함량이 많아 담금질성이 강하다. 따라서 강도 문제가 발생하면 예열이나 후열 처리 등이 필요하다.
TMCP강은 탄소와 합금 함량을 줄여 용접이 용이한 고장력강으로 만들기 위해, 일반 압연강판보다 낮은 온도에서 정밀한 온도 제어를 하면서 압연한 강재이다. 조직이 미세하여 탄소당량이 적어도 일반 압연강판과 같은 강도를 가진다. 탄소당량이 적기 때문에 열영향부의 경화 및 노치 인성 저하가 적어 용접성이 우수하다.
6. 용접 이음 및 자세
접합하는 모재와 모재의 배치 방법에는 여러 종류가 있으며, 용도에 따라 구분하여 사용한다.
- '''맞대기 이음''' (버트 용접, I 버트(아이 버트)): 아크 용접의 경우, 딱 맞닿은 맞대기 이음은 시공하기 어렵다. 그러므로 우라가네(裏金 또는 裏鉄)라는 얇은 플레이트를 뒷면에 붙여 맞대기 간격을 판두께 이상으로 하는 것이 일반적이다.
- '''개선 이음''' (양개선): 용접하기 쉽지만, 개선을 만들기 위한 가공 비용이 필요하다. 양개선 이음의 경우, 모재의 얇은 부분이 녹아 없어지기 때문에 우라가네를 사용하는 것이 일반적이다.
- '''겹치기 이음''', '''모서리 이음''': 중후판 용접에서 가장 일반적인 용접이다. 한쪽 개선의 모서리 이음도 많다.
어떤 용접이든 두 재료에 고르게 열을 가하는 것이 기본이며 단면 방향의 조준 각도가 중요하다. 잘못된 용접 방법·용접 재료를 적용하거나 모재에 가하는 열량이 과다하거나 과소하면 기대하는 강도를 얻을 수 없고 부재가 파단된다.
7. 용접 결함 및 대책
아크 용접 시에는 다양한 결함이 발생할 수 있으며, 이는 용접부의 강도 및 내구성에 영향을 미친다.
일부 재료, 특히 고강도 강철, 알루미늄 및 티타늄 합금은 수소취성에 취약하다.[15] 용접봉에 포함된 미량의 수분은 아크 열에 의해 분해되어 재료의 격자 내로 들어가 취성을 유발한다. 따라서 이러한 재료의 용접봉은 밀봉된 방습 포장으로 제공되며, 수분 흡수가 의심되는 경우 건조 오븐에서 건조해야 한다.[15]
오스테나이트계 스테인리스강과 니켈계 합금은 입계 부식되기 쉽다.[16] 고온에 노출되면 크롬이 탄소와 반응하여 크롬 탄화물을 형성하고 결정 가장자리의 크롬을 고갈시켜 내식성을 저해한다. 나이프라인 공격(KLA)은 니오븀으로 안정화된 강철에서 발생하는 부식으로, 용접 부근의 얇은 영역에 영향을 미쳐 발견하기 어렵고 부식 속도를 증가시킨다.[16]
금속은 용접시 국부적인 가열 및 냉각으로 인해 왜곡된다. 가열된 부분은 팽창하지만 주위의 차가운 부분에 의해 압축된다. 가열된 부분은 수축하는 방향으로 소성 변형되고, 냉각 후에는 원래 체적보다 작아져 주위를 강하게 당긴다. 이는 제품 전체의 왜곡과 '''잔류응력'''을 발생시켜 제품 강도에 영향을 미친다. 또한 용접 주위에서는 모재의 결정 구조와 화학 조성이 변화한다.
8. 안전
적절한 예방 조치 없이 용접은 위험하고 건강에 해로운 작업이 될 수 있지만, 새로운 기술과 적절한 보호 장비를 사용하면 용접과 관련된 부상이나 사망의 위험을 크게 줄일 수 있다. 용접 작업 중에는 화상, 감전, 시력 손상, 유해 가스 및 자외선 노출 등의 위험이 따른다.[18]
많은 일반적인 용접 공정은 개방형 전기 아크 또는 화염을 포함하기 때문에 열과 불꽃으로 인한 화상 위험이 크다. 이를 방지하기 위해 용접공들은 두꺼운 가죽 장갑과 보호용 긴 소매 재킷 형태의 보호복을 착용한다.[18] 압축 가스와 화염을 사용하는 용접 공정에서는 폭발 및 화재 위험도 있으므로, 공기 중 산소량을 제한하고 가연성 물질을 작업장에서 멀리하는 등의 예방 조치가 필요하다.[18]
용접부의 밝기에 노출되면 자외선으로 인해 각막이 염증을 일으키는 아크 눈병이 발생할 수 있고, 눈의 망막이 화상을 입을 수도 있다. 이를 방지하기 위해 용접용 보안경과 어두운 면판이 있는 용접용 마스크를 착용해야 한다.[19] 최근에는 전자적으로 자동으로 어두워지는 면판을 갖춘 새로운 마스크 모델도 출시되었다.[19] 주변 사람들을 보호하기 위해 용접 구역을 투명한 폴리염화비닐 플라스틱 필름으로 만들어진 용접용 커튼으로 둘러싸는 경우가 많다.[20]
용접공은 또한 위험한 가스와 미립자 물질에 자주 노출된다. 플럭스 코어 아크 용접 및 가스 금속 아크 용접과 같은 공정은 다양한 종류의 산화물 입자를 포함하는 연기를 발생시키는데, 작은 입자일수록 더 큰 위험을 초래한다. 또한 많은 공정에서 이산화탄소와 오존 등의 가스가 발생하는데, 환기가 불충분하면 위험할 수 있다.
아크 용접기의 개방 회로 전압은 수십 볼트에서 최대 약 120볼트에 불과하지만, 이러한 저전압조차도 작업자에게 감전 위험을 초래할 수 있다. 특히 선체, 저장 탱크, 금속 구조용 강철 또는 습한 지역과 같은 곳은 일반적으로 접지 전위에 있어 작업자가 감전될 위험이 더 크다. AC 전력 분배 시스템에서 작동하는 용접기는 기기의 절연 결함으로 인해 작업자가 고전압에 노출되는 것을 방지하기 위해 아크 회로를 접지에서 분리해야 한다.[21] 방랑 전류로 인한 발열, 감전, 전자 장치 손상 위험을 줄이기 위해 용접기의 귀환 클램프는 작업 영역 근처에 위치해야 한다.[21] 용접 작업자는 용접 전류가 베어링을 통과하지 않도록 귀환 클램프를 설치하여 베어링 손상을 방지해야 한다. 변압기에 연결된 전기 버스 워크에서 용접을 하는 경우 낮은 용접 전압이 훨씬 높은 전압으로 "승압"될 위험이 있으므로 추가 접지 케이블이 필요할 수 있다.
고주파 교류 전류 성분을 사용하는 특정 용접기는 전원 장치 2미터 이내, 용접 지점 1미터 이내에서 심박조율기 작동에 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다.[22]
아크 용접은 강한 자외선을 발생시켜 피부에 염증, 화상, 물집, 기미 등의 증상을 유발하며, 심하면 피부 암으로 이어질 수 있다. 맨눈으로 아크 광을 보면 눈의 염증인 전광성 각막염(전광염)이 발생하고, 반복되면 시력 저하나 실명에 이를 수 있다. 아크 용접으로 발생하는 자외선은 산소 분자를 오존으로 변화시키는데,[47] 오존은 산화력이 강하여 생체에 해롭다.
금속흄이라는 산화철 연기를 흡입하면 금속흄열이나 진폐증 같은 심각한 질병의 원인이 된다. 흄에는 일산화탄소와 오존도 섞여 있으므로 환기에 충분히 주의해야 한다.
2021년 4월 1일부터 용접 흄은 특정 화학 물질(제2류 물질)로 지정되었다. 용접 흄에 포함된 망간이 신경 장애 등 심각한 건강 장애를 일으킬 위험이 있다는 사실이 밝혀짐에 따라, 산업안전보건법, 특정 화학 물질 장애 예방 규칙이 개정되었다. 업무로 용접 작업을 하는 경우 작업자 주변의 공기 중 망간 농도 측정이 의무화되었고, 망간 및 그 화합물로서 0.05mg/m^3의 억제 농도가 규정되었다. 억제 농도를 만족시킬 수 없는 경우에는 국소 환기 장치·전체 환기 장치를 설치하는 등의 대책을 실시하여 기준치 이하의 농도로 할 필요가 있다.
강력한 자외선을 피하기 위해 긴팔, 긴바지 작업복, 용접면, 가죽 장갑 착용이 필수이며, 용접 연기(ヒューム)를 피하기 위해 방진 마스크도 필수이다. 필요에 따라 안전화, 레그 워머(발목 보호대), 두꺼운 내열 앞치마, 안전모, 보안경 등을 착용하고, 와셀린이나 화상 방지 크림과 같은 피부 보호제를 사용하기도 한다. 용접 작업자의 탈의실, 휴게실 등에는 옷에 붙은 분진을 제거하는 장치나 공기 청정기 등을 설치하는 것이 바람직하다.
한국에서는 산업안전보건법 규정에 따라 사업주는 근로자를 아크 용접 작업에 종사시키려면 아크 용접 작업자에 대한 특별교육을 받도록 해야 한다. 또한, 특정화학물질 및 사알킬납 등 작업주임자 숙련교육이나 금속 아크 용접 등 작업주임자 한정 숙련교육을 수료한 사람 중에서 작업주임자를 선임해야 한다.
9. 관련 기술 및 표준
국제표준화기구(ISO)에서는 용접 작업을 “작업 후 제품의 시험·검사에서는 공정의 결과를 충분히 검증할 수 없고, 사전 작업의 인증을 필요로 하는 특수 공정”으로 분류하고 있다.[45] 용접 작업의 기술 자격도 국제 표준화가 진행되고 있으며, 국제 용접 엔지니어(IWE), 국제 용접 기술자(IWT), 국제 용접 전문가(IWS), 국제 용접 실무자(IWP)와 같은 국제 용접 기술자 자격이 있다.[46]
아크 에어 가우징은 완전 용입 용접을 할 경우, 한쪽 면에서 용접한 후 반대쪽에서 앞서 용착된 금속의 첫 번째 층을 아크 열로 녹여 에어로 날려 보내는 처리를 말한다. 똑바로 연속해서 비드(용접 흔적의 돌출부)를 놓는 것을 스트레이트 비드라고 하며, 비교적 얇은 재료에 적합하다. 또한 진행 방향에 대해 진폭을 주면서 진행하여 놓은 비드를 위빙 비드라고 하며, 다층 용접 등 비교적 두꺼운 판에 적합하다.
10. 관련 기업
아크 용접과 관련된 주요 기업으로는 파나소닉(松下溶接システム), 다이헨, 덴요, 고베제강소, 닛테츠스미킨 용접공업(日鉄住金溶接工業), JKW, 시코쿠 용재, 다이도 특수강, 특수전극, 일본 웰딩로드, 타세토, 나이스, 일본 빈첼, 비아메카닉스, 아마다미야치 등이 있다.
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