ARC 용접 ARC 용접의 정의 ■ ARC: 용접봉과 모재 사이에 전압을 걸고, 용접봉의 선단을 모재에 접촉시켰다 떼는 순간 방전으로 강한 빛과 고열을 내는 원호 모양의 불꽃 ■ ARC 용접: 용접봉과 모재 사이에 발생하는 ARC 열에 의해 모재의 용접부를 용융시키고 *용가재가 용접부에 첨가되어 부품이 결합되는 용접 ARC 용접 관련 용어 ■ Consumable elsctrode -용극: 용접봉 중에 용접봉이 녹아서 용접물을 만드는 경우의 용접봉. ■ Flux -용제: 용접 시 산화, 질화, 급냉방지 및 불순물 제거 등을 위해 첨가하는 물질 ■ Slag -슬랙: 용접 표면에 산화물 등이 플럭스에 의해 합성된 물질. 용접 비드 보호. ■ Gas Shield -보호가스: 용접봉과 용융지의 산화 방지 ■ Weld Pool -용융지: 모재의 일부가 녹은 쇳물 부분 *용가재(filler metal): 용착금속으로 쓰이는 제 3의 금속

GMAW 용접 개요 GMAW 용접 분류 ■ GMAW 용접 개요 및 분류 -. Gas Metal Arc Welding의 약자. 용가재로써 작용하는 소모성 Wire를 일정한 속도로 용융지에 송급하면서 전류를 통하여 Wire와 모재 사이에 Arc를 일으켜 용접하는 방법이며 용융부위는 가스노즐을 통하여 공급되는 보호가스에 의하여 대기로부터 보호된다. -. MIG 용접: Insert Gas Metal Arc Welding의 약자. 불활성 가스금속 아크 용접이라 한다. 불활성 가스인 아르곤, 헬륨을 보호가스로 사용. -. CO2 ARC 용접: 보호 가스로 CO2를 사용. -. MAG 용접: Active Gas Metal Arc Welding의 약자. 탄산 가스와 아르곤을 혼합하여 보호 가스로 사용. 보호 가스 특징 25~75mm의 강팡에서 주로 사용. 순 Ar보다 용입 좋다. Ar(35%)+He 75mm 이상 강판에서 주로 사용. Porosity가 감소 Ar(25%)+He 25mm이하 강판에서 Arc 안정성 우수, Spatter가 적다. Ar 알루미늄 강 후판에서 U/Cut이 최소화되고 Arc 안정성 우수 Ar+O2(2%) Arc 안정성 증가 및 용융금속 유동성 좋아 용융지 조성 및 융합이 좋고, bead 형상이 좋다. Ar+O2(1%) 스테인레스 강 비용 저렴하나 Arc 불안정 CO2 순수 Ar 비해 용접속도 증가, Under-cut 감소 Ar+CO2 Arc의 안정성 좋음. Ar+O2(2~5%) 탄소강 특징 보호 가스 금속 종류

탄산가스 아크 용접 CO2 ARC 용접 개요 ■ CO2 ARC 용접: 대기 중의 산소나 질소의 영향으로 인한 산화, 질화를 방지하기 위하여 노즐을 통해 CO2를 분사, 보호한 후 WIRE를 송급 모터에 의해 토치 TIP까지 자동 송급하고 동시에 TIP에 전기를 통하면 WIRE 자체가 전극이 되어 쉴드 상태에서 모재와의 사이에 전기적 ARC를 발생, 모재와 WIRE를 함께 용해하여 접합하는 용접방법. ■ CO2 ARC 용접의 특성 -. 내균열성이 강한 우수한 용착금속을 얻을 수 있다. -. 적용모재의 범위가 광범위하다. -. 용착부의 기계적 성질이 우수하다. -. 값싼 CO2 가스를 사용하여 용접비용이 저렴하다. -. 전 자세 용접이 가능하며 조작이 간편하다. -. 용접전류의 밀도가 크므로 용입이 깊고, 용접속도를 빠르게 할 수 있다. 용접 종류 용접 속도 용착효율 피복아크 (400A) 70~75g/min 55~65% CO2 (100A) 110~120g/min 95% *용착효율 : 스패터, 슬래그 등 손상분을 제외한 와이어 소모량 비율

탄산가스 아크 용접 영향요소 용접변수의 영향 1.와이어경이 클경우 ① SPATTER 증가 ② ARC 불안정 2. 쉴드 가스 ① 유량이 작으면 기공 발생 1.와이어경이 클경우 ① SPATTER 증가 ② ARC 불안정 ③ 용입 깊이 감소 3. 모재 표면 ① 기름 및 녹 부착시 기공 발생 4. TIP 모재간 거리 증가시 ① 전류감소 ② 용입 깊이 감소 ③ BEAD에 기복이 생기기 쉬움 9. 용접속도 증가시 ① BEAD폭 감소 ③ 언더컷 발생 ④ SPATTER 증가 6. WIRE 길이 증가시 ① ARC 불안정 ② SPATTER 증가 ④ 차폐효과 감소로 기공 발생 ⑤ 용융 속도 증가 7. 용입 전류 증가시 ① BEAD의 폭 증가 ② 용입 깊이 증가 ③ SPATTER 크기 및 양 감소 ④ BEAD 형상 거칠어짐 5. ARC 길이가 클 경우 (전압이 높을 경우) ① BEAD 폭이 넓어짐 ③ SPATTER 크기 증가 8. 토치 각도 감소시 ① BEAD 폭 넓어짐 ③ 기공 발생

CO2 & MAG 용접 비교 CO2 대비 MAG 용접 특징 MAG 특징과 적용 MAG보다 얕음 CO2보다 깊음 용입율 56~58 58~60 인장강도(kg/mm2) 조금 거침 평평하고 미려함 비드형상, 외관 용접 품질 보통 많음 퓸 발생량 큼 아크소음 강함 아주 강함 아크섬광 조금 높음 높음 와이어 용착효율 적음 슬래그 생성량 대립으로 조금 많음 소립으로 적음 스패터 발생량 양호 아크 안정성 용 접 작 업 성 CO2 GAS MAG GAS 종목 GAS MAG 특징과 적용 -용접길이가 길고, 용접작업의 능률향상을 도모할 경우 와이어 용착효율 좋다 -저온인성이 요구되는 재료의 용접 -고장력강 등의 용접부 계수강도가 요구되는 재료의 품질 고품질의 용접 가능 -비드 외관을 아름답게 하고, 상품가치를 높게 적용하는 품질 비드 외관 양호 스패터 제거가 불필요한 주변용접, 특히 기계가공면이 있는 부분 용접 후 도장공정이 요구되는 품질 스패터 발생이 적다 적용분야 특징

GAS별 용접 품질 비교 항목 MAG CO2 스패터 비드외관 용입량 도장성 MAG & CO2 비교 -소립으로 흡착율이 낮다 -대립으로 흡착율이 높다 -비드면이 평평하고 미려함 -비드면이 납작하고 거칠다 -용입이 CO2보다 깊음 -용입이 MAG보다 얕음 -비드 끝단 카본 생성 없음 -카본 생성

보호가스 비율 결정 CO2 Ar CO2 & Ar 가스 비교 특징 보호 가스 가스 혼합 특성 - 화학적으로 불활성이며 공기보다 1.4배 무거워 아래보기 자세에서 용적금속 보호 용이 - 열전도성 낮아 열적 핀치효과 작으며, 따라서 넓은 아크 형성 Ar 반응성이 강하지만 가격이 저렴하고 용입이 깊은 장점. 단락이행과 입상용적이행 모드만이 나타나 저전류 범위에서 아크 불안정 및 소음 스패터 발생량 많음(열적 핀치효과 크고, 전위 경사도 큼) CO2 특징 보호 가스 가스 혼합 특성 ■ Ar 유량 증가 - 안정된 스프레이 이행, 적은 스패터 발생 - 열적 핀치효과 작아져 비드 가장자리에 언더컷 야기 ■ CO2 유량 증가 - 열적 핀치효과 커져 용입 깊어짐. - 스패터 발생량 증가 *보호 가스에 따른 비드 형상 및 용입깊이 변화*

SPOT 용접 SPOT 용접의 정의 ■ SPOT 용접 - 전기 저항용접 중에서 가장 간단하며 광범위하게 사용 - 전극 사이에 용접물을 넣고 가압하면서 전류를 통하여 접촉부분의 저항열로 가압부분을 융합 가압 용접전류 2차 케이블 용접트랜스 (변압기) 1차전원 너겟트 전극 강판 SPOT 용접 관련 용어 ■ 너겟트 - 용접과정에서 강판이 녹은 부분 ■ 블로우홀(기공) - 너겟트 속에 있는 작은 구멍 ■ 압흔 - 전극팁이 가압력으로 모재 속으로 파고 들어간 자국 ■ 피트 - 용접부 결함의 하나로 압흔 속에 일부분이 깊이 패인 것 ■ 코로나 본드 - 용접 후 너겟트 주위에 링형상으로 생긴 부분

SPOT 용접 원리 및 특징 장점 단점 SPOT 용접의 원리 ■ 용접할 금속과 금속을 전극으로 가압. 전류를 흘려 저항열에 의해 용접부를 녹여 접합 ■ 발열량(Q) = 0.24전류2X저항X통전시간 =0.24 I2ㆍRㆍT ■ SPOT 용접 품질 결정 4대 요소: 전류, 통전시간, 가압력, 전극선 단경 SPOT 용접의 특징 장점 단점 ① 리벳이나 볼트 이음같이 돌기가 없어 표면이 평평. ② 용접봉이나 용제를 쓰지 않아도 가능하므로 경제적. ③ 강도를 떨어뜨리고, 변형을 일으키기 쉽게 하는 구멍이 필요 없음. ④ 작업속도 빠름. ⑤ 용접기 조정 외에 숙련 기술 필요 없음. ⑥ 용접 후 금속 조직이 비교적 양호. ① 아크 용접에 비해 큰 전류 필요. ② 용접장치의 기구 복잡 및 비싼 시설비

SPOT 용접 기초 이론 스패터 발생 0.26 (≒ ¼) 0.48 (≒ ½) 1 746 Cal 1381 Cal 2880 Cal 적정영역 스패터 발생 8.5 9.5 10.5 용접전류 (KA) 인장강도 (kgf) 720 700 650 ■ 전류량과 용접 품질 - 전류과대: 스패터 발생 - 전류과소: 용접강도 감소 ■ 가압력의 영향 - 가압력 과소: 스패터 발생 - 가압력 10% 변화시 용접강도 3% 변화 ■ 전극선단 형상관리 - 면적 증대 시 발열량 감소 100 200 300 400 500 전극가압력(kgf) 600 700 인장강도 (kgf) +10% -10% -3% +3% 300kgf 스패터 발생 0.26 (≒ ¼) 0.48 (≒ ½) 1 746 Cal 1381 Cal 2880 Cal 발생 열량 (12KA) 1.96배 1.44배 0.385 ㎠ 0.283 ㎠ 0.196 ㎠ 통전 면적 전극 모양 5mm 6mm 7mm

SPOT 용접 결함에 따른 원인 전류가 크고 통전 시간이 긴 경우 가압력, 지지시간이 부족한 경우 용접 금속 내에 생긴 작은 구멍 블로우홀 (기공) 전류가 크거나 가압력이 작을 경우 표면 처리가 불량인 경우 전극과 모재가 합금을 만든 상태 오손 (픽업) 통전 시간이 긴 경우 표면이 파여 만들어진 깊은 구멍(대부분 중앙에 만들어짐) 피트 판의 표면 또는 판 사이가 가열되어 있는 경우 전류가 너무 크거나 가압력이 작을 경우 표면 처리나 전극 형상이 불량 모재의 표면 및 판 사이에 녹은 금속이 날려 튀어나온 상태 스패터 (튀어나옴) 3대 요소가 너무 큰 경우(전류, 통전시간, 가압력) 전극 지름이 작은 경우 표면에 만들어진 누른 흔적 압흔 (표면의 오목 자국) 발생원인 결함의 형상 결함 명칭

재료에 따른 용접 재료별 용접방법 A: 일반적 사용 B: 때로 사용 C: 드물게 사용 D: 사용하지 않음 재질 용접방법 재질 용접방법 피복아크 서브머지드 CO2 불활성아크 산소아세틸렌 점, 심용접 플래시 테르밋 납땜 공업용순철 A C 주강 탄소강 B 고 Mn강 주철 회주철 D 가단주철 합금주철 저합금강 니켈강 니켈동강 망간몰리브덴강 탄소몰리브덴강 니켈크롬강 크롬몰리브덴강 니켈크롬몰리브덴강 니켈몰리브덴강 크롬강 크롬바나듐강 망간강

재료별 용접방법 A: 일반적 사용 B: 때로 사용 C: 드물게 사용 D: 사용하지 않음 재질 용접방법 피복아크 서브머지드 재질 용접방법 피복아크 서브머지드 CO2 불활성아크 산소아세틸렌 점, 심용접 플래시 테르밋 납땜 내열초합금 A B C D 고니켈합금 경합금 순알루미늄 알루미합금(비열처리) 알루미합금(열처리) 순마그네슘 마그네슘합금 순티탄 티탄합금 (α) 동합금 순동 황동 인청동 알루미청동 니켈청동 지르코늄, 니오브

금속 종류별 용접 철 및 탄소강 ■ 순철(C=0.2% 이하) - 탄소 함량이 적어 급랭경화 현상이 없고, 다양한 방법으로 쉽게 용접 가능 ■ 탄소강 - 저탄소강(C=0.03~0.1%), 중탄소강(C=0.15~0.55%), 고탄소강(C=0.45~2.0%) - 저탄소강, 중탄소강은 용접 용이. 고탄소강은 균열과 기공이 많이 생기고, 급랭경화 현상으로 용접 곤란. - 고탄소강은 급랭효과 나타나므로 600~650℃로 예열 또는 후열처리. 낮은 전류와 느린 용접속도 필요 주철 ■ 주철의 조성 및 특성 - C: 2.5~3.5%, Si: 1.5~2.5%, Mn: 0.2~1.2%, P<0.5%, S<0.1% - 연강에 비해 취약, 급랭에 의한 백선화, ■ 용접방법 - 용접 후 600~900℃ 후열처리 - C: 3.5%, Si: 3~4%, Al: 1% 용접봉 사용 <= 백선화 방지 - 그림과 같은 요철 홈가공 => 용접 면적 확대

고장력강 ■ 인장강도 50kg/mm2 이상. 인장강도 확보를 위해 Mn, Si, Ni, Cr, Mo, V, Ti 등을 첨가 ■ 용접특징 - 연강 용접법 이용 - 연강에 비해 경화 심하므로, 예열 및 후열처리 - 용접봉(저수소계)을 470℃에서 1시간 건조 => 0.1%이하 수분 함유, 냉간균열 방지 Stainless 강 ■ Ni, Cr을 첨가시킨 합금강으로 내부식성, 내열성 갖음 ■ Martensite계 - 용접부 급랭경화. 냉각 후 균열 생기기 쉬움 - 200~400℃로 예열 혹은 용접 후 냉각 전에 700~800℃로 가열하여 공랭 ■ Ferrite계 - 조직이 조대하여 연성과 인성이 떨어짐 - 모재를 70~100℃로 예열하여 서냉 ■ Austenite계 - 용착금속 인근의 열영향부 조대화, 주위 부분 입계부식 현상 - 입계부식 방지 => C<0.03%인 stainless강 용접봉 사용

Aluminum과 그 합금 ■ 특징: 내식성 우수, 비교적 큰 강도, 비중 2.7로 연강의 1/3 ■ 불활성 가스 아크 용접 용이, 일반 용접으로 곤란 - 비열과 열전도 크므로 용접 온도까지 가열 위해 고온의 열원 필요 - 용융점 낮고, 색에 의한 온도 식별 어려워 지나친 용해온도 되기 쉬움 - 산화 알미늄은 높은 융점(2050℃)으로 용융되지 않아 유동성 해치고, 융합 방해 - 고온강도 낮고, 용접변형 큼 - 수소 gas 등을 흡수하여 응고시 용착금속에 기공 발생 ■ 용접봉 & 용제 선택 - 용접봉: 모재와 동일한 화학조성 - 용제: LiCl 주성분 Titanium과 그 합금 ■ 특징: 비중 4.5로 강보다 30~40% 가볍고, 400~450℃ 고온에서 강도 저하 없음. 내식성, 내열성. ■ 고온에서 다른 원소 및 화합물과 쉽게 취화 - gas 용접, 피복 arc 용접, 서브머지드 arc 용접 사용 불가 - 불활성 gas 용접만이 사용 가능

동과 그 합금 ■ 동 - 용접시 열전도성이 크므로 석면 등으로 보열하거나 충분히 예열. 높은 전류 사용. - 용접봉: 모재의 강도보다 큰 인청동, 규소망간동, 청동의 피복봉. ■ 황동 - Cu와 Zn의 합금으로 Zn의 함량이 20~40%. - 고온도의 용접열로 기화하여 생긴 독성의 아연 및 산화 아연증기로 작업곤란. - 용접부는 다공성으로 변화, Zn 함유량 감소로 변색 등으로 용접 곤란. - 용접봉은 모재와 같은 조성, gas 용접에서는 산화 불꽃 사용. ■ 청동 - Cu와 Sn의 합금으로 Sn의 함량이 6~10%. 540℃ 이상에서 고온취성. - 용접봉은 모재와 같은 조성 혹은 합금 용접봉. 일반적으로 황동보다 용접성 좋음. - gas 용접에서는 화염의 집중으로 용접속도 높이고, 좁게 가열하므로 모재 변형 적음. Magnesium과 그 합금 ■ 특징: 비중 1.74~1.83으로 알루미늄의 1/1.5. 절삭성, 고온가공성 및 용접성 양호. ■ 불활성 gas 용접의 이용 많음.

용접 결함 검사 및 시험 결함 종류 및 시험방법 용접결함 결함종류 검사와 시험 치수결함 구조결함 성질결함 변형 적당한 gage를 사용하여 외관 육안 검사 용접부의 크기가 부적당 용착금속 측정용 gage를 사용하여 육안 검사 용접부의 형상이 부적당 상동 구조결함 기공 방사선 검사, 자기 검사, 와류 검사, 초음파 검사, 파단 검사, 현미경 검사 slag 섞임 융합 불량 용입 불량 외관 육안 검사, 방사선 검사, 굽힘 시험 undercut 외관 육안 검사, 방사선 검사, 초음파 검사, 현미경 검사 용접 균열 현미경 조직 검사, 자기 검사, 침투 검사, 형광 검사, 굽힘 시험 표면 결함 외관 검사 성질결함 인장강도 부족 기계적 시험 항복강도 부족 연성 부족 경도 부족 피로강도 부족 충격강도 부족 화학성분 부적당 화학 분석 시험 내식성 불량 부식 시험

치수 결함 분석 치수 결함의 원인 및 종류 ■ 치수 결함 원인 - 단시간 가열, 냉각 및 용착금속의 수축 등으로 변형 및 잔류응력 발생. ■ 용접 변형의 종류 횡수축 종수축 회전 변형 각 변형 종굽힘 변형 치수 결함의 방지 ■ 변형 방지 - 백스텝용접, 스킵용접, 캐스케이드법, 블록법, 도열법, 피이닝법, 교호법, 대칭법, 억제법, 역변형법, 빌드업법 ■ 잔류응력 제거 - 응력풀림, 저온응력 제거법, 기계적 응력제거

구조 결함 분석 용접 균열의 원인 및 종류 ■ 역학적 원인 - 온도구배에 의한 열응력 - 변태에 의한 체적 변화 - 구조상 또는 판재의 두께에 의한 내외부의 작용력 ■ 금속학적 원인 - 열영향에 의한 모재의 취화 - 응고시 입계에 존재하는 P, S, Sn, Cu, Zn 등의 편석에 의한 취화 - 용접시에 침입한 H2에 의한 취화 ■ 용접균열의 종류 종방향 균열 횡 균열 원호 균열 편석 균열 동체 균열 (HAZ 균열) bead 하부 균열 root 균열 *HAZ: Heat Affected Zone. 용접열로 조직이나 성질이 변화하나 용융하지 않은 모재 부분.

Underfill, Undercut, Overlap Slag 혼입 및 방지 ■ 산화물, 용제 및 피복재가 용착금속에 혼입 ■ slag 혼입 방지 - 각 용접층에서 wire brush 등으로 slag 제거 - 충분한 보호 가스 공급 및 적합한 용접봉 사용 Underfill, Undercut, Overlap ■ Underfill: 모재부 홈에 용착금속이 충분히 없어 경계에 생기는 오목한 부분 - 원인: 용접속도가 너무 빠를 때 ■ Undercut: 전류가 과대하여 모재가 파이는 것 - 원인: 전류과대로 arc를 짧게 할 수 없거나, 용접봉 사용방법이 부적절 ■ Overlap: 용융금속이 넘쳐서 표면에 융합되지 않은 상태로 덮여 있는 것 - 원인: 긴 arc 길이로 용착금속 집중 저해, 용접봉 용융점이 모재보다 너무 낮을 때, 용접전류 부족, 용접속도가 너무 느릴 때 Undercut Overlap

기술 발전 동향 자동차 적용 용접

자동차 적용 Laser 가공기술 발전과정 • • 하이드로 폼 페이퍼 절단 / 미션 부품 용접 엔진 • 에어컨 / 클러치 용접 밸브 . 시트 육성 파이프 천공 / 절단 미션 • 스테어링기어 하우징 소입 • 엔진 밸브 육성 • 후드레일 용접 • Al 바디 용접 • 바디부품 용접 • 언더바디 용접 • 루프피칭 조인트 용접 바디 • 본네트 용접 • 도어링 • 도어언더 사이드 판넬 테일러드 • 강판절단 • 플로어 • 사이드 판넬 아우터 스티프너 블랭크 용접 • ~50 KW CO 레이저 • 8 ~ 10 KW 2 • 0.8 ~ 1.2 KW • 3 ~ 5 KW • 옵티컬 파이버를 이용한 가공시스템 YAG 레이저 • 3 ~ 5 KW • 250 ~ 600 W • 800 ~ 1000 W • 1.5 ~ 2 KW 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000