GMAW와 GTAW: 두 아크 용접 기술 종합 비교

용접은 열, 압력, 필러 재료 적용 여부에 관계없이 두 개 이상 재료를 영구적으로 접합하는 인기 접합 기술. 융합 용접은 모재 계면을 가열해 융합시켜 합일 형성으로 접합 실현하는 용접 공정 그룹. 아크 용접은 충분한 전위차 하에서 두 전극 사이 성립된 전기 아크로 열 가하는 가장 대중적 융합 용접. 다양한 재료를 다양한 방식으로 접합하는 여러 아크 용접 공정 존재. 가스 금속 아크 용접(GMAW)과 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW)은 특정 고유 장점 제공하는 두 아크 용접 공정.

공정 개요

가스 금속 아크 용접(GMAW)은 소모성 전극과 전도성 모재 사이 성립된 전기 아크로 계면과 필러 금속 용융해 합일 형성하는 경제적 접합 공정. 전극 소모성이라 기계화 와이어 피더로 일정 속도 연속 공급. 소모성 전극이 공정 필수 부분이므로 자율 모드(Autogenous mode) 수행 불가. 적절한 차폐 가스(불활성/활성) 용접 베드 오염 방지용 사용. 하지만 필러 금속 용접 비드에 더 빠른 속도 퇴적 가능해 공정 생산적·경제적. 최적 매개변수 세트로 제대로 수행 시 건전하고 신뢰성 있는 접합 생성.

가스 텅스텐 아크 용접(GTAW), 통칭 텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접은 계면 융합에 의한 합일 형성으로 접합 실현하는 정교한 융합 용접 공정. 전도성 모재와 비소모성 텅스텐 전극 사이 전기 아크 성립. 전극 비소모성이라 충분한 루트 갭 존재 시 필러 재료 별도 공급 필요. 자율 모드 용접(필러 미적용)에도 유리. 차폐 가스(선호: 아르곤 등 불활성 가스)도 용접 중 뜨거운 금속 풀 대기 산소로부터 보호 위해 적용. 공정 비교적 느려 경제적 유리함 적으나, 다양한 금속 접합 능력과 강건하고 신뢰성 있는 접합 생산으로 많은 응용에서 선호 공정. 훌륭한 용접 비드 외관과 결함 없는 접합도 두 중요 장점.

상세 비교표

가스 금속 아크 용접 (GMAW)	가스 텅스텐 아크 용접 (GTAW)
소모성 전극 사용. 전극 재료 용융돼 용접 비드에 퇴적	비소모성 전극 사용. 전극 재료 용접 비드에 퇴적 안 됨
전극 재료 야금적 조성 모재와 유사	전극은 텅스텐(미량 합금 원소 포함)만으로 제작
전극 재료 퇴적 본질적이라 자율 모드 수행 불가	자율 모드 용접에 유리한 아크 용접 공정
전극이 루트 갭 채울 필러 제공하므로 외부 필러 재료 적용 안 함	필러 재료 필요 시 외부 공급(보통 소직경 봉 형태)
불활성 또는 활성 차폐 가스 사용 가능	주로 불활성 차폐 가스 사용
기계화 시스템으로 전극(필러) 연속 공급돼 훨씬 빠른 공정	비교적 느린 공정. 경제적 유리함 적음
최적 매개변수 사용해도 스패터 발생	스패터 없는 용접 공정
용접 비드 외관 좋지 않음	훌륭한 용접 비드 외관 제공
비교적 수행 쉬운 공정	숙련되고 주의 깊은 용접사 필요

핵심 차이점 심층 분석

소모성/비소모성 전극

아크 용접 중 전도성 공작물과 전극 사이 전기 아크 성립. 이 아크 높은 열 밀도로 모재 계면과 필러 금속 용융. 전극이 용융해 용접 중 용접 비드에 퇴적하면 소모성 전극. 달리 말하면 전극이 필러 제공 위해 소모되면 소모성 전극. GMAW에서 전극 소모형으로 아크 열로 용융돼 이후 용접 비드에 퇴적. 반대로 GTAW 공정에서 전극 강렬한 아크 열 아래서 온전 유지. 필러 금속 공급 위해 용융 안 하므로 비소모형. 결과적으로 GTAW 전극 수명 GMAW 전극보다 김.

전극 재료 조성

GMAW에서 전극(필러) 야금적 조성 접합할 모재와 거의 동일. GTAW는 모재 조성 무관하게 뾰족한 텅스텐 전극 항상 사용. 다만 몇 합금 원소(토륨, 산화란탄, 산화세륨, 산화지르코늄 등) 텅스텐에 첨가해 전자 방출률, 전극 침식 등 다양한 용접 특성 개선.

자율 모드 수행 가능성

자율 모드 용접은 필러 금속 적용 없이 수행. 루트 갭 최소(보통 0) 유지. 용접 중 계면만 아크 가열로 융합시켜 냉각 허용. 두 표면 융합 재료 섞여 냉각 시 용접 비드 형성. GMAW 공정 본질적으로 소모성 전극 사용해 필러 금속 용접 비드 퇴적. 자율 모드 수행 불가. TIG 용접은 비소모성 전극 사용해 자율 모드 유리하게 수행 가능. 사실 자율 모드 접합 선호 용접 공정 중 하나.

외부 필러 금속 적용

GMAW 공정에서 외부 필러 금속 적용 불필요. 전극 자체가 필러 금속 역할. TIG 용접에서 필러 원하면 별도 공급. TIG 자율 모드 접합 선호하나 동질/이질 모드도 수행 가능. 소직경 봉 형태 필러 일정 예정 속도로 아크 아래 용접 구역 공급. 이 필러 봉 아크 열로 용융돼 필요 필러 퇴적. 필러 봉 조성 공작물과 유사할 수도, 다를 수도 있으나 모재와 호환돼야 결함 접합 방지.

불활성/활성 차폐 가스

차폐 가스는 뜨거운 용접 비드 대기 산소로부터 보호층 생성해 보호. 직접/간접으로 스패터 감소, 아크 안정화, 용접 비드 특성 개선 도움. 차폐 가스 불활성 또는 활성 가능. 활성 차폐 가스 특정 상황 더 나은 능력. 그런 가스 용접 비드에 화학 원소 유도해 접합 기계적 특성 개선도 가능. GMAW 공정 두 차폐 가스 모두 사용 가능. 따라서 금속 불활성 가스(MIG)와 금속 활성 가스(MAG) 두 그룹 분류. MIG는 아르곤, 헬륨 등 불활성만. MAG는 이산화탄소, 산소 등 활성 가스 보통 불활성과 다양한 비율 혼합. 반면 GTAW/TIG 용접 공정은 불활성 가스만, 주로 아르곤 사용.

GMAW가 TIG보다 빠른 공정

GMAW 공정에서 소직경 와이어 형태 전극이 풀에 감겨 기계적 장치로 연속 공급. 필러 더 빠른 속도 퇴적 가능해 TIG 용접 대비 고생산성.

스패터 수준과 외관

스패터는 아크 산란으로 생성돼 용접 구역서 나오는 필러 금속 작은 방울. 필러 금속 손실, 비균일 퇴적률 유발해 음 보강, 치수 부정확 등 다양한 용접 결함 초래. 외관 해치고 용접 후 연삭으로 제거 필요. GMAW 포함 많은 아크 용접 공정 스패터 생성. 최적 공정 매개변수와 적절 용접 기술 사용해도 스패터 없는 방식 수행 불가. TIG 용접 보통 공작물 표면 깨끗하지 않은 경우 외엔 스패터 생성 안 함. TIG 용접 생산 용접 비드 매끄럽고 표면적으로 매력적.

용접사 숙련도

GMAW는 대부분 동작 자동화돼 수행 꽤 쉬움. 토치 움직임도 적절 장치로 자동화 가능. 아크 성립도 쉬움. 반면 TIG 용접 정교한 공정으로 숙련 용접사 필요해 아크 블로우/원치 않는 아크 종료 없이 매끄럽게 수행. 아크 성립 매우 중요. 텅스텐 전극이 공작물 표면 달라붙어 텅스텐 함유 결함 유발 가능.

이상으로 가스 금속 아크 용접(GMAW)과 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW) 과학적 비교 마칩니다. 더 깊은 이해 위해 다음 참고자료 권장.

• TWI-Global.com, Tungsten inert gas (TIG or GTA) welding
• W. H. Minnick, Gas Metal Arc Welding Handbook (2007, Goodheart Willcox)
• I. H. Griffin, E. M. Roden, C. W. Briggs, Basic TIG & MIG Welding (GTAW & GMAW) (3rd ed., Delmar Cengage Learning)