탄소 아크 용접: 공정, 장비 및 현대적 응용

탄소 아크 용접이란?

탄소 아크 용접(CAW)은 비소모성 탄소(흑연) 전극과 모재 사이에 아크를 발생시켜 열을 가함으로써 금속을 융합하는 공정입니다. 탄소 아크 용접에서 탄소 전극을 사용해 전극과 접합할 소재 사이에 아크를 만듭니다.

최초로 개발된 아크 용접 공정이지만, 오늘날 많은 용도에 쓰이지 않으며 트윈 카본 아크 용접 등 변형 공정으로 대체되었습니다. 아크 용접의 목적은 별도 금속 간 결합을 형성하는 것입니다. 이 아크는 3000℃ 이상의 온도를 생성합니다. 이 온도에서 별도 금속이 결합되어 용접됩니다.

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역사적 배경

전기 아크 없이는 탄소 아크 용접이 불가능합니다. 1800년 험프리 데이비 경이 전기 아크를 발견했습니다. 이후 니콜라이 베르나도스와 스타니스와프 올셰프스키가 1881년 CAW 공정을 발견했습니다. 초기에는 '일렉트로게페스트(Elektrogefest)'라는 이름이 붙여졌습니다.

장비

• 전극: 이 공정에 사용되는 전극 직경은 약 3~22mm입니다.
• 전원: CAW 공정에서는 직류 용접기를 전원으로 사용합니다. 회전형 또는 정류형이 모두 가능합니다.
• 전극 홀더: 일반 전극 홀더를 쓰는지 의문이 들 수 있습니다. 아니요. 이 공정은 온도가 매우 높으므로 기존 전극 홀더를 사용할 수 없습니다.

탄소 아크 용접 작동 원리

전극과 모재 사이에 전기 아크가 발생합니다. 아크로 인한 열이 모재를 녹입니다. 용융 금속이 응고되면 주어진 영역에 필요한 용접이 형성됩니다. 공정에 사용되는 전극 크기는 발생 전류에 따라 조절할 수 있습니다.

CAW의 변형 중 하나는 트윈 카본 아크 용접(TCAW)입니다. TCAW는 CAW와 약간 다른 공정입니다.

TCAW에서는 특수 전극을 사용합니다. 한 탄소 전극이 움직여 다른 전극과 접촉하며 아크를 발생시키도록 설계되었습니다.

트윈 카본 아크 용접 시 교류를 사용합니다. 또한 TCAW에서 전극은 같은 속도로 소모되어야 합니다.

탄소 아크 용접의 장점

• 장비 및 용접 작업 비용이 저렴합니다.
• 높은 수준의 작업자 숙련도가 필요하지 않습니다.
• 공정 자동화가 쉽습니다.
• 모재 변형이 적습니다.

탄소 아크 용접의 단점

• 용접 품질이 불안정함(기공 발생).
• 전극의 탄소가 탄화물 형태로 용착 금속을 오염시킴.