13. 용접봉 용접봉 용접해야 할 모재 사이의 틈(gap)을 채우기 위한 것

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1 13. 용접봉 용접봉 용접해야 할 모재 사이의 틈(gap)을 채우기 위한 것
용가재(filler metal) 또는 전극봉(electrode)이라 함 맨 용접봉 : 자동, 반자동에 사용 피복 아크 용접봉 : 수동 용접에 사용   심선 노출부 25㎜, 심선 끝 3㎜ 이하 노출   심선 지름 : 1 ~ 10㎜   길      이 : 350 ~ 900㎜ 이번 장에서는 피복금속 아크 용접봉의 개요에 대하여 설명하겠습니다. 용접할 때 사용하는 용접봉은 용접해야 할 모재 사이의 틈을 채우기 위하여 필요한 것으로 용가봉 또는 전극봉이라 합니다. 맨 용접봉은  자동, 반자동용접시 사용하고, 피복금속 아크 용접봉은 수동 용접에 사용합니다. 피복금속 아크 용접봉의 심선 노출부는 25mm 이고, 심선 끝은  3mm 이하로 노출되어 있으며, 심선 지름은 보통 일(1) 내지 십밀리미터(10mm), 용접봉의 길이는 350 내지 900mm 입니다.

2 1) 이행형식 단락형 (short circuit type) 용적이 용융지에 단락되면서 표면장력 작용으로 모재에 이행하는 방식
1) 이행형식 단락형 (short circuit type)    용적이 용융지에 단락되면서 표면장력 작용으로 모재에 이행하는 방식 입상형 (globuler transfer type)    흡인력 작용으로 용접봉이 오무러 들어 용융 금속이 비교적 큰 용적이 단락되지 않고 모재에 이행하는 방식 분무형 (spray transfer type)   피복제에서 발생되는 가스가 폭발하여 미세한 용적이 이행하는 방식 단락 이행 입상 이행 분무 이행 이번 장에서는 피복금속 아크 용접봉의 개요에 대하여 설명하겠습니다. 용접부의 보호에 따른 방식에 따라 가스 발생식, 슬래그 생성식, 반가스 발생식 등이 있고, 용적 이행에 따른 방식은 스프레이형, 글로뷸러형, 단락형 등이 있습니다. 또한 피복금속 아크 용접봉을 재질에 따라 탄소강, 특수강, 구리합금, 경합금, 니켈합금 등의 용접봉이 있습니다.

3 2) 용접봉 표시기호 E 43 16 피복제의 계통 용착금속의 최저 인장강도[kgf/㎟]
피복 금속 아크 용접봉(전극 : Electrode) 2) 용접봉 표시기호 KS D 7004에 규정 미국 단위는 파운드법에 의하여 E43 대신에 E60을 사용                             ( 60은 60,000 Lbs/in2(=psi) ) 심선 지름 허용 오차는 ±0.05㎜이고, 길이 허용오차는 ±3㎜ 용접봉의 파지부 길이는 25±5㎜이며, 700 및 800㎜일 때는 30 ±5㎜  이번 장에서는 연강용 피복 아크 용접봉의 규격에 대하여 설명하겠습니다. 연강용 피복 아크 용접봉의 규격에서 E는 피복금속 아크 용접봉을, 43은 용착 금속의 최저 인장강도를, 16은 피복제 계통을 뜻합니다. 미국 단위에 의한 파운드법에 의하여 E43 대신에 E60을 사용하기도 합니다. 용접봉의 품질은 피복제의 성질, 편심률, 심선의 치수, 전 용착 금속의 기계적 성질  및 맞대기 이음, 용접의 형틀 굽힘 시험 성적 및 수소량 시험성적 등에 의하여 결정합니다. 심선 지름의 허용 오차는 ±0.05mm이고, 길이에 따른 허용오차는 보통 ±3mm이며, 용접봉을 홀더에 끼우는 용접봉의 파지부의 길이는 25±5mm이며, 700 및 800mm일 때는 30 ±5mm입니다.

4 3) 용접봉의 종류와 특성 일미나이트계(ilmenite type : E4301)
  주성분 : 일미나이트(TiO2 · FeO) 30% 이상   슬래그보호식 및 전자세 용접봉으로 우리나라, 일본에서 많이 생산   슬래그의 유동성이 좋음   용입 및 기계적 성질도 양호하며 내부 결함이 적음   용 도 : 일반공사, 각종 압력용기, 조선, 건축 등 3) 용접봉의 종류와 특성 고산화티탄계(high titanium oxide type : E4313) 주성분 : 산화티탄을 30%이상 포함한 루틸(rutile)계   아크가 안정되고, 스패터가 적으며, 슬래그 제거가 좋고, 비드가 고우며 언더컷이 발생하지 않음 전자세와 수직하진 자세 및 접촉 용접이 가능하며, 작업성이 좋고, 용입이 얇아 박판에 좋음   균열발생 크고,기계적성질이 나빠 주요부분에는 용접하지 않음 이번 장에서는 연강용 피복 아크 용접봉의 일미나이트계에 대하여 설명하겠습니다. 일미나이트계 용접봉의 기호는 이사삼공일(E4301)로 주성분은 일미나이트이 30% 이상 포함돤 것이며, 슬래그 보호식 및 전자세 용접봉으로 우리나라가 일본에 많이 생산되고, 슬래그의 유동성이 좋고, 용입 및 기계적 성질도 양호하며, 내부 결함이 적고 X선 시험 성적도 양호합니다. 용도로는 일반공사, 각종 압력 용기, 조선, 건축 등에 사용됩니다.

5 저수소계(Low hydrogen type : E4316) 아크 분위기 중의 수소량을 감소시킬 목적으로 피복제의 유기물을
  아크 분위기 중의 수소량을 감소시킬 목적으로 피복제의 유기물을 적게 하고, 대신 탄산칼슘 등의 염기성 탄산염에 석회석(CaF2, 불화칼슘), 페로 실리콘 등을 배합함   탄산염이 분해하여 이산화탄소 분위기를 형성하고, 용착 금속 중에 용해되는 수소의 함유량은 다른 용접봉에 비해 적음(약1/10) 강력한 탈산작용으로 용착 금속의 인성 등 기계적 성질도 좋음    피복제는 다른 계통에 비해 두꺼움   건조 : 300~350℃로 1~2시간 정도 이번 장에서는 연강용 피복 아크 용접봉의 저수소계에 대하여 설명하겠습니다. 저수소계 용접봉의 기호는 이사삼일육(E4316)으로 아크 분위기 중의 수소량을 감소시킬 목적으로 피복제 중에 유기물을 적게 하는 대신 탄산칼슘 등의 염기성 탄산염에 형석, 페로 실리콘 등을 배합하여 철분을 첨가한 용접봉입니다. 탄산염이 분해하여 이산화탄소를 발생하여 이산화탄소분위기를 형성하고, 용착 금속 중에 용해되는 수소 양을 적게 하므로 수소의 함유량은 다른 용접봉에 비해 적습니다. 또한 강력한 탈산작용으로 산소량이 적어 용착 금속의 인성이 좋고, 기계적 성질도 좋습니다. 이 용접봉의 건조는 300 내지 350도씨(oC)로 2시간 정도 건조하여야 합니다.

6 연강의 강도를 높이기 위하여 연강에 적당한 합금원소(Si,Mn,Ni, Cr)를 약간 첨가한 저합금강
고장력강 연강의 강도를 높이기 위하여 연강에 적당한 합금원소(Si,Mn,Ni, Cr)를 약간 첨가한 저합금강 강도, 경량, 내식성, 내충격성, 내마멸성을 요구하는 구조물에 적합 용도 : 선박, 교량, 차량, 항공기, 보일러, 원자로, 화학기계, 등 용접봉의 규격      KS D 7006에 인장강도 50kg/mm2, 53kg/mm2, 58kg/mm2으로 규정 고장력강의 사용 잇점   판의 두께를 얇게 할 수 있고, 소요 강재의 중량을 상당히 경감시킴   재료의 취급이 간단하고 가공이 용이 함   구조물의 하중을 경감시킬 수 있어 그 기초공사가 간단해짐 이번 장에서는 고장력강 피복용 아크 용접봉의 개요에 대하여 설명하겠습니다. 고장력강용 피복 아크 용접봉은 고장력강을 접합하기 위하여 사용되며, 고장력강은 연강의 강도를 높이기 위하여 연강에 적당한 합금원소를 약간 첨가한 저합금강으로 강도, 경량, 내식성, 내충격성, 내마멸성 등을 요구하는 구조물에 적합합니다. 용도로는 군함, 고성능 선박, 교량 및 화학기계, 채광 및 토목기계, 병기 및 일반기계 등에 사용하고, 또한 고장력강 용접봉의 규격은 인장강도 50, 53, 58크로그램퍼밀리미터자승(kg/mm2)으로 규정되었습니다. 고장력강의 사용에 있어서 잇점은 동일한 두께에서 판의 두께를 얇게 할 수 있고, 재료의 취급이 간단하고 가공이 용이하며, 구조물의 하중을 경감시킬 수 있어 그 기초 공사가 단단해지고, 소요 강재의 중량을 상당히 경감시킬 수 있습니다.

7 건조된 장소에 보관 : 용접봉이 습기를 흡습하면 용착금속은 기공이나 균열이 발생하기 때문 2~3일분은 미리 건조하여 사용
용접봉 저장(보관) 건조된 장소에 보관 : 용접봉이 습기를 흡습하면 용착금속은  기공이나 균열이 발생하기 때문 2~3일분은 미리 건조하여 사용   건조 온도 및 시간 일 반 봉 : 70~100℃, 30분~1시간 저수소계 : 300~350℃, 1~2시간 용접봉 취급   과대전류를 사용치 말고, 작업 중에 이동식 건조로에 넣고 사용 편심률(%) = (편심율은 3% 이내) 이번 장에서는 용접봉 취급시 주의 사항에 대하여 설명하겠습니다. 용접봉의 저장은 용접봉이 습기를 흡습하면 용착금속은 기공이나 균열이 발생하기 쉽고, 저수소계는 내균열성과 강도가 떨어지며  고셀룰오스계는 피복제가 떨어지므로 용접봉은 건조된 장소에 보관하여야 하며, 2 내지 3일분은 미리 건조하여 사용하고, 일반봉은 70내지 100도씨(oC)로 30분 내지 1시간 정도 건조하고, 저수소계봉은 300 내지 350도씨(oC)로 1 내지 2시간 정도 건조합니다. 용접봉 취급시 과대 전류는 피복제 균열로 떨어지고, 스태터가 많아지므로 적정 전류를 선택하고, 사용 중에 통에다 넣어 흡습되지  않도록 합니다. 용접봉 심선의  편심율은 3% 이내로 되게 하여야 합니다.

8 14. 용접각도 및 아크발생법 1) 용접봉 각도 용접봉 각도 : 용접봉이 모재와 이루는 각도 진행각(lead angle)
1) 용접봉 각도 용접봉 각도 : 용접봉이 모재와 이루는 각도 진행각(lead angle)     용접봉과 용접선이 이루는 각도. 용접봉과 수직선 사이의 각도. 작업각(work angle)     용접봉과 이음 방향에 나란히 세워진 수직 평면과의 각도로 표시 이번 장에서는 피복금속 아크 용접봉의 각도에 대하여 설명하겠습니다. 용접봉 각도는 용접봉이 모재와 이루는 각도로서 용접봉과 용접선이 이루는 각도를 진행각이라 하고, 용접봉과 이음 방향에 나란히 세워진 수직 평면과의 각도를 작업각이라 합니다. 아크는 용접봉 끝에서부터 용접봉의 방향으로 향하므로 용융 금속이 옮겨지는 방향, 발생가스의 분출량, 용융슬래그를 불어 내는 일, 용융금속의 용착 상태 등에 큰 영향을 주므로 용접봉 각도는 중요합니다.

9 2) 아크 발생법 긁기법(scratch method) 모재 위를 용접봉으로 긁는 기분으로 운봉하여 아크를 발생시키는 방법
   모재 위를 용접봉으로 긁는 기분으로 운봉하여 아크를 발생시키는 방법 찍기법(tapping method)   용접봉 끝으로 모재 위를 살짝 찍는 기분으로 운봉하여 아크를   2) 아크 발생법 (a) 긁기법 (b) 찍기법 이번 장에서는 피복금속 아크 용접의 아크 발생에 대하여 설명하겠습니다. 아크 발생은 긁기법과 찍기법이 있는데, 긁기법은 모재 위를 용접봉으로 긁는 기분으로 운봉하여 아크를 발생시키는 방법이며, 찍기법은 용접봉 끝으로 모재 위를 살짝 찍는 기분으로 운봉하는 방법을 말합니다.

10 3) 비드 이음 및 크레이터 처리 비드 이음 크레이터의 약간 전방에서 아크를 발생시켜, 용접봉을 크레이터 위로
3) 비드 이음 및 크레이터 처리 비드 이음   크레이터의 약간 전방에서 아크를 발생시켜, 용접봉을 크레이터 위로 이동시킨 다음 크레이터를 채우고 진행함 크레이터(crater) 처리   아크를 끊을 때는 아크 길이를 짧게 한 후 운봉을 잠깐 정지시켜서 크레이터를 채운 다음 아크를 끊음 불량 양호 비드 이음 크레이터 불량 양호 크레이터 처리 이번 장에서는 피복금속 아크 용접의 비드 이음 및 크레이터 처리에 대하여 설명하겠습니다. 비드 이음은 크레이터 약간 전방에서 아크를 발생시켜 크레이터를 충분히 예열한 다음 용접봉을 크레이터 위로 이동시킨 후 크레이터가 채워지면 용접을 진행하며, 크레이터 처리에서는 아크를 끊을 때는 아크 길이를 짧게 한 후 운봉을 잠깐 정지시켜서 크레이터를 채운 다음 용접을 끝마칩니다.

11 4) 자세별 위빙의 예 아래보기T형용접 위보기용접 아래보기용접 수평용접 수직용접 경사판용접 직선 대파형 반월형 소파형 선전형
4) 자세별 위빙의 예 아래보기용접 직선 아래보기T형용접 대파형 위보기용접 반월형 소파형 선전형 8자형 대파형 삼각형 지그 재그형 원형 부채형 대파형 삼각형 지그 재그형 각형  화면의 표는 피복 아크 용접의 운봉법 예를 나타난 것입니다. 각형 수평용접 대파형 수직용접 파형 원형 경사판용접 대파형 타원형 삼각형 삼각형 삼각형 지그 재그형

12 5) 직선비드와 위빙비드 놓기 직선비드(staight bead) 용접선에 따라 직선으로 움직임
5) 직선비드와 위빙비드 놓기 직선비드(staight bead)   용접선에 따라 직선으로 움직임   주로 박판용접 및 홈용접의 이면 형성시 사용함    예 :                           위빙비드(weaving bead)   용접봉을 좌우로 움직여 운봉하는 것   위빙 폭은 심선지름의 2~3배로 함   크레이터 발생과 언더컷이 발생할 우려가 있음    예 : 이번 장에서는 직선비드와 위빙비드에 대하여 설명하겠습니다. 직선비드는 용접선에 따라 직선으로 움직이는 운봉법으로 주로 박판용접 및 홈용접의 이면 형성시 사용하고, 위빙비드는 용접봉을 좌우로 움직여 운봉하는 것으로 위빙 폭은 심선지름의 2 내지 3배로 하나 크레이터 발생과 언더컷 발생할 염려가 있습니다.

13 15. 각종 용접 결함의 종류 언더컷 기공 오버랩 용입불량 슬래그섞임 (그림) 각종 용접결함

14 언더컷 결함발생의 원인 1. 전류가 너무 높을 때 2. 아아크 길이가 너무 길 때 3. 용접속도가 너무 빠를 때 4. 부적당한 용접봉 사용시 결함의 방지대책 1. 전류를 낮춘다. 2. 짧은 아아크 길이로 유지 3. 용접속도를 늦추고 운봉주의 4. 목적에 맞는 용접봉 선정 오버랩 결함발생의 원인 1. 전류가 너무 낮을 때 2. 용접속도가 너무 느릴 때 3. 운봉방법(용접봉취급) 불량 결함의 방지대책 1. 전류를 적정수준으로 맞춘다. 2. 용접속도를 약간 높인다. 3. 안정된 운봉방법을 택한다.

15 결함의 방지대책 1. 홈각도를 크게하거나 루우트 간격을 넓힌다. 2. 용접속도를 늦춘다. 3. 용접 전류를 약간 높인다. 결함발생의 원인 1. 홈각도가 좁다. 2. 용접속도가 너무 빠르다. 3. 용접전류가 낮을 때 용입불량 기공 결함발생의 원인 1. 용접봉에 습기가 많을 때 2. 용접부가 급랭될 때 3. 이음부에 기름, 페인트가 4. 아아크 분위기 속에 수소, 산소, 일산화탄소가 너무 많을 때 결함의 방지대책 1. 잘 건조된 용접봉을 사용 2. 후열로 냉각속도를 늦춘다. 3. 이음부 청소를 잘 한다. 4. 저수소계 용접봉을 사용

16 슬래그 결함발생의 원인 1. 슬래그 제거 불완전 2. 전류과소 3. 봉의 각도 부적당시 4. 슬래그가 용융지보다 앞설때 5. 운봉속도가 너무 느릴 때 결함의 방지대책 1. 슬래그 및 불순물 깨끗이 제거 2. 전류를 약간 높인다. 3. 봉의 유지각도를 낮춘다. 4. 슬래그가 앞서는 경우 모재의 각도를 조절한다. 기공 결함발생의 원인 1. 용접봉에 습기가 많을 때 2. 용접부가 급랭될 때 3. 이음부에 기름, 페인트가 4. 아아크 분위기 속에 수소, 산소, 일산화탄소가 너무 많을 때 결함의 방지대책 1. 잘 건조된 용접봉을 사용 2. 후열로 냉각속도를 늦춘다. 3. 이음부 청소를 잘 한다. 4. 저수소계 용접봉을 사용

17 16. 각종 용접 이음의 종류 (b) 모서리 이음 (c) T형필릿 이음 (d) +자형필릿 이음 (a) 맞대기 이음
I 형맞대기 V형 맞대기 베벨형 맞대기 J형 맞대기 X형 맞대기 K형 맞대기 (e) 편면 겹치기 이음 (f) 양면 겹치기 이음 (g) 플레어 V형 이음

18 17. 용접설계의 일반적인 주의 사항 1) 용접에 적합한 설계를 할 것. 2) 용접 길이는 가능한 짧게, 또한 용착금속량도
  1) 용접에 적합한 설계를 할 것.   2) 용접 길이는 가능한 짧게, 또한 용착금속량도 각도상 필요한 최소한의 것으로 할 것.   3) 용접이음의 특성을 알아서 선택할 것.   4) 용접하기 쉽도록 설계할 것.   5) 용접이음이 한 군데 집중하거나 또는 너무 접근하지 않도록 할 것.   6) 결함이 생기기 쉬운 용접은 피할 것.   8) 반복하중을 받는 이음에서는 특히 이음 표면을 편평하게 한다.   9) 구조상의 노치부를 피할 것

19 18. 용접 우선 순위 1) 동일 평면 내에 많은 이음 부분이 있을 때는 수축은 되도록 자유 끝단에 여유를 두는 것이 좋다.
   1) 동일 평면 내에 많은 이음 부분이 있을 때는 수축은 되도록 자유 끝단에 여유를 두는 것이 좋다. 2) 물품의 중심에 대하여 항상 대칭적으로 용접을 진행한다. 3) 수축이 큰 이음을 가급적 먼저 용접하고 수축이 적은 이음은 후에 용접한다. 4) 용접물의 중립 축을 참작하여 그 중립 축에 대한 용접 수축력의 모우먼트의 합이 0(영)이 되게 한다.(용접선 방향에 대한 굽힘이 없어짐) 5) 좌우는 될 수 있는 대로 동시에, 대칭으로 용접한다.

20 19. 결함 보수 및 보수용접 방법 결함의 보수 - 기공, 슬래그 섞임 : 연삭하여 재용접
- 균열 : 양단에 드릴 구멍(스톱 홀)을 뚫고 균열 부분을 연삭하여 정상 홈으로 한 후 용접한다. - 언더컷 : 가는 용접봉으로 언더컷 부분을 재용접한다. - 오버랩 : 깍아내고 재용접한다. 2) 보수 용접 - 보수 용접이란 : 기계부품(기어 이빨, 축 등)의 마모된 부분을 육성용접봉을 사용하여 덧붙이 용접하여 재생한 후 가공하여 사용할 수 있도록 하는 방법임 이것을 크릭 후 20-25초 기다리세요

21 20. 불꽃시험에 의한 재료 판별법 1) 불꽃의 명칭 2) 탄소강의 불꽃 형태 (c) 0.2%C 탄소강
(d) 0.3%C 탄소강 (b) 0.1%C 탄소강 (a) 순철 시험편 유선 불꽃 그라인터 (e) 0.4~0.5%C 탄소강 (f) 0.6~0.8%C 탄소강 (g) 0.9~1.2%C 탄소강

22 지금까지 경청해준신 여러분께 감사드립니다