용접 전극은 용접기에 연결되어 전극 아크를 생성하는 와이어 길이입니다. 전류가 이 와이어를 통과하여 아크를 생성하고, 많은 열을 발생시켜 금속을 녹여 접합합니다.
전극은 피복된 금속 와이어입니다. 용접하려는 금속과 유사한 재질로 만들어집니다. 크게 소모성 전극과 비소모성 전극으로 나뉩니다. 피복 아크 용접(SMAW, 스틱 용접)에서는 전극이 소모성으로, 사용 중에 소모되어 용접부에 녹아듭니다.
텅스텐 불활성 가스 용접(TIG)에서는 전극이 비소모성이므로 녹지 않고 용접부의 일부가 되지 않습니다. 가스 금속 아크 용접(GMAW) 또는 MIG 용접에서는 전극이 연속 공급되는 와이어입니다. 플럭스 코어 아크 용접에서는 플럭스를 포함한 관형 소모성 전극이 연속 공급됩니다.
스틱 전극은 다양한 종류가 있으며, 각각 다른 기계적 특성을 제공하고 특정 용접 전원과 호환됩니다. 용접봉 선택 시 고려해야 할 요소는 다음과 같습니다:
기계 전원을 켜고 전극 홀더를 잡기 전에 각 요소에 대해 자세히 알아보십시오.
전극 선택의 첫 단계는 베이스 메탈의 조성을 파악하는 것입니다. 목표는 전극 조성을 베이스 메탈 종류와 일치시키거나 최대한 가깝게 매칭하여 강한 용접을 보장하는 것입니다. 베이스 메탈 조성이 확실하지 않다면 다음 질문을 해보십시오:
끌로 찍었을 때 베이스 메탈에 파고드는가, 튕겨 나가는가? 연강이나 알루미늄 같은 연질 금속에는 파고들고, 고탄소강, 크로몰리, 주철 같은 경질 금속에서는 튕겨 나갑니다.
균열이나 기타 용접 불연속을 방지하려면 전극의 최소 인장 강도를 베이스 메탈의 인장 강도와 맞춰야 합니다. 전극 측면에 인쇄된 AWS 분류 번호의 첫 두 자리를 보면 스틱 전극의 인장 강도를 알 수 있습니다.
예를 들어 E6011 전극의 '60'은 필러 메탈이 최소 60,000 psi의 인장 강도를 갖는 용접 비드를 생성함을 의미하며, 유사한 인장 강도의 강재에 적합합니다.
일부 전극은 AC 또는 DC 전원에서만 사용할 수 있고, 일부는 둘 다 호환됩니다. 특정 전극에 맞는 전류 유형을 확인하려면 AWS 분류의 네 번째 자리를 참조하십시오. 이는 피복 유형과 호환되는 용접 전류 유형을 나타냅니다.
사용하는 전류 유형도 결과 용접의 침투 프로파일에 영향을 줍니다. 예를 들어 DCEP 호환 전극인 E6010은 깊은 침투와 매우 타이트한 아크를 생성하며, 녹, 기름, 페인트, 오염물을 '파고들며' 용접할 수 있습니다. DCEN 호환 전극인 E6012는 약한 침투를 제공하며, 두 조인트 연결이나 수평 위치의 고속 고전류 필릿 용접에 적합합니다. AC 호환 전극인 E6013은 부드러운 아크와 중간 침투를 생성하며, 깨끗한 신규 박판 용접에 사용해야 합니다.
두꺼운 소재는 용접 균열 방지를 위해 최대 연성과 저수소 특성을 가진 전극이 필요합니다. AWS 분류 번호 끝자리가 15, 16, 18인 전극은 우수한 저수소 특성과 양호한 인성(높은 충격 값)을 제공하여 잔류 응력을 수용합니다.
얇은 소재에는 6013 같은 부드러운 아크를 생성하는 전극이 필요합니다. 또한 작은 직경의 전극은 얕은 침투를 제공하여 얇은 소재의 번스루를 방지합니다.
조인트 설계와 핏업도 평가해야 합니다. 타이트한 핏업이나 비벨 처리가 안 된 조인트에는 충분한 침투를 위해 E6010 또는 E6011 같은 '파고드는' 아크를 제공하는 전극을 사용하십시오. 넓은 루트 개방이 있는 소재에는 E6012처럼 간극을 메우고 그루브 용접에 적합한 오목한 용접면을 생성하는 전극을 선택하십시오.
특정 전극이 인증된 자세를 확인하려면 AWS 분류의 세 번째 자리를 보십시오. 자격 자세 해석 방법은 다음과 같습니다:
예를 들어 7018 전극은 평자세, 수평, 수직, 오버헤드 모든 자세에서 사용 가능합니다.
용접 부품이 수명 주기 동안 겪을 조건을 평가하십시오. 고온 또는 저온 환경에서 반복적 충격 하중을 받는 경우, 고연성 저수소 전극이 용접 균열 가능성을 줄여줍니다.
또한 압력 용기나 보일러 제작 같은 중요 용접 작업 시 용접 규격을 확인하십시오. 대부분의 경우 이러한 규격은 특정 유형의 전극 사용을 요구합니다.
최상의 결과를 위해 과도한 밀스케일, 녹, 수분, 페인트, 그리스를 항상 제거하십시오. 깨끗한 베이스 메탈은 기공을 방지하고 용접 속도를 높여줍니다.
베이스 메탈 세척이 불가능한 경우, E6010 또는 E6011 전극은 오염물을 뚫고 들어갈 수 있는 깊은 침투 아크를 제공합니다.
미국용접학회(AWS)는 특정 전극의 최적 용도와 최대 효율을 위한 작동 방법을 알려주는 번호 체계를 운영합니다.
| 숫자 | 피복 유형 | 용접 전류 |
|---|---|---|
| 0 | 고셀룰로오스 나트륨 | DC+ |
| 1 | 고셀룰로오스 칼륨 | AC, DC+ 또는 DC- |
| 2 | 고티타니아 나트륨 | AC, DC- |
| 3 | 고티타니아 칼륨 | AC, DC+ |
| 4 | 철분, 티타니아 | AC, DC+ 또는 DC- |
| 5 | 저수소 나트륨 | DC+ |
| 6 | 저수소 칼륨 | AC, DC+ |
| 7 | 고산화철, 칼륨 분말 | AC, DC+ 또는 DC- |
| 8 | 저수소 칼륨, 철분 | AC, DC+ 또는 DC- |
'E'는 아크 용접 전극을 의미합니다. 4자리 숫자의 첫 두 자리와 5자리 숫자의 첫 세 자리는 인장 강도를 나타냅니다. 예를 들어 E6010은 60,000 psi, E10018은 100,000 psi 인장 강도입니다.
끝에서 두 번째 자리는 자세를 나타냅니다. '1'은 전자세 전극, '2'는 평자세 및 수평 전극, '4'는 평자세, 수직 하향, 오버헤드 전극입니다. 마지막 두 자리는 피복 유형과 용접 전류를 지정합니다.
| E | 60 | 1 | 10 |
|---|---|---|---|
| 전극 | 인장 강도 | 자세 | 피복 유형 & 전류 |
전극 피복은 아크 가스 실딩, 쉬운 아크 착화 및 안정성, 보호 슬래그, 양호한 용접 비드 형성을 제공해야 하며, 무엇보다 주변 산소를 소비하여 용융 용접 금속을 보호하는 가스 실드 역할을 해야 합니다.
다양한 전극 유형이 있으며, 피복의 성격에 따라 유형이 정의되는 경우가 많습니다.
전극 피복은 1~3mm 두께의 고품질 피복층으로 덮여 있으며, 피복 무게는 전극 무게의 15~30%를 차지합니다. 대부분의 용접은 피복 전극으로 수행되며, 이는 공정을 느린 수동 작업으로 제한합니다. 플럭스 피복을 긴 튜브 안에 넣으면 전극을 코일 형태의 베어 와이어로 만들 수 있어 실드 아크 공정을 연속적이고 자동화할 수 있습니다.
얇은 피복의 주 목적은 아크 안정성 향상이며, 이온화 피복이라고도 합니다. 전극 피복이 부서지기 쉬워 직선형 스틱 전극만 사용할 수 있습니다.
각 전극 피복 유형 내에도 보편적 특성이 있지만, 개별 피복의 고유한 화학 조성이 서로 다른 특성을 제공합니다. 각 피복의 최적 용도를 조사하여 프로젝트에 적합한 것을 선택하십시오.
약 1/3 셀룰로오스와 2/3 기타 유기물로 구성됩니다. 용접 아크에 노출되면 수소, 일산화탄소, 이산화탄소 세 가지 가스로 분해되어 아크를 강화합니다. 이 강화된 아크로 전류가 금속 깊숙이 침투하여 더 강한 용접이 가능합니다.
셀룰로오스 피복은 용접 풀을 불순물로부터 보호하는 가스층도 방출합니다. 이 가스층은 산소, 질소, 수소 등 기공을 유발할 수 있는 요소와 금속 사이에 장벽을 만듭니다. 기공은 용접의 독이므로 셀룰로오스 피복 전극 사용으로 더 높은 품질의 용접 조인트를 확보할 수 있습니다.
셀룰로오스 피복은 다양한 화학 혼합물로 제공되며 각각 고유한 특성과 최적 용도를 가집니다. 셀룰로오스 성분은 일반적인 기준이지만 추가 유기물은 크게 다릅니다.
용접 위에 슬래그층을 남깁니다. 슬래그가 번거로운 부작용처럼 보일 수 있지만 실제로는 매우 유용한 목적을 가집니다. 미네랄 피복 전극의 슬래그는 셀룰로오스 피복 전극과 그 아래 용접 금속보다 훨씬 느리게 식습니다.
이로 인해 불순물이 금속 표면으로 떠오를 시간이 생겨 용접 구조를 손상시키지 않습니다.
셀룰로오스와 미네랄을 결합한 전극 피복은 두 가지 장점을 모두 제공하므로 제작자들에게 인기 있는 선택입니다. 이러한 피복은 몇 가지 성분에서 10가지 이상의 성분까지 다양하여 화학적 다양성이 큰 이점을 제공합니다.
용접부에 실딩 가스와 슬래그 보호가 동시에 제공되면 특히 까다로운 베이스 메탈 작업 시 매우 유용합니다.
특정 전극 피복과 특성이 필요한 용도도 있지만, 다음은 가장 흔히 접하는 5가지 용접 전극 피복입니다.
수직 자세에 적합하며, 매우 얇고 제거하기 쉬운 슬래그층을 남깁니다. 셀룰로오스 피복은 가열 시 수소와 이산화탄소로 분해되어 용접 풀 위에 효과적인 보호 가스층을 형성합니다.
하지만 이는 수소 취성 위험도 동반합니다. 순수 형태로 DC에서 가장 잘 작동하지만, 피복에 다른 원소를 첨가하면 AC에서도 사용 가능할 수 있습니다. 셀룰로오스 전극은 루타일 피복의 편의성에 더 깊은 침투와 덜 문제되는 슬래그를 제공합니다.
셀룰로오스와 거의 동일하지만 이산화티타늄 비율이 더 높습니다. 이로 인해 산소, 질소, 탄소, 수소의 가스 실드가 생성되어 저탄소강 용접에 적합합니다.
하지만 루타일 전극 슬래그는 퇴적 금속에 티타늄 흔적을 남길 수 있습니다. 루타일 전극 피복에 셀룰로오스를 추가하면 용접 풀 보호가 강화됩니다. 이 전극들은 스패터와 흄 배출량이 낮고 전 자세에서 사용하기 좋습니다.
AC와 DC 모두 사용 가능하며, 용접에서 쉽게 제거되는 슬래그를 생성합니다. 이 피복의 화학 조성은 산소 함량이 높아 용착 금속의 전반적 강도가 약해질 수 있습니다.
하지만 수소 취성 위험은 셀룰로오스 전극보다 현저히 낮습니다. 산화철 전극은 우수한 아크 제어와 정교한 비드 배치가 가능합니다.
수소 조절 전극이라고도 하며, 용접 전 약간 더 많은 관리가 필요합니다. 전극은 건조한 장소에 보관하고 사용 전 예열(베이킹)해야 합니다. 이를 지키지 않으면 피복의 화학 조성이 불안정해져 용접 구조가 손상될 수 있습니다.
베이직 전극은 낮고 조절된 수소 수준을 퇴적하여 용접의 기공과 균열 위험을 최소화합니다. 적절히 보관 및 관리하면 강재 작업에 훌륭한 옵션입니다.
다른 전극 피복에 철분을 첨가해 만든 변형입니다. 금속 분말은 효율과 전반적 용접 품질 향상을 위해 전극 피복 혼합물에 점점 더 많이 추가되고 있습니다. 철분 전극은 셀룰로오스 전극의 일반적인 변형으로 AC 사용을 가능하게 합니다.
별도 피복 전극이 필요한 용접 작업을 할 때, 다양한 옵션을 이해하는 시간이 프로젝트 성패를 가를 수 있습니다. 자세, 인장 강도, 코어 금속 같은 추가 요소도 전극 결정 시 고려하십시오.
MIG와 스틱 용접에 사용되는 봉이 소모성 전극의 예입니다. 이들은 필러 재료를 포함하며 녹아 용접 조인트를 만듭니다.
반면 TIG 용접은 비소모성 전극을 사용합니다. 이 전극은 주로 텅스텐으로 구성되며 높은 융점 덕분에 소모성 전극과 달리 녹지 않습니다. 단지 용접용 아크를 공급할 뿐이며, 필러 재료는 수동 공급 와이어로 제공됩니다.
따라서 두 범주의 주된 차이는 소모성 전극은 녹지만 비소모성 전극은 녹지 않는다는 점입니다.
각 범주에도 여러 종류의 전극이 있습니다.
소모성 전극은 스틱, MIG, 플럭스 코어 아크 용접의 핵심입니다. 스틱 용접용 소모성 전극을 스틱 전극이라 부르며, 중피복 전극, 실드 아크, 경피복 전극이 포함됩니다.
이름 그대로 표면에 얇은 피복이 있으며, 분무나 브러싱 같은 방법으로 도포됩니다.
이 전극과 피복은 여러 재료로 만들어지며, 필러 재료는 용접 중인 베이스 메탈과 많은 유사성을 가집니다.
얇은 피복은 또 다른 중요한 목적을 가집니다. 황과 산화물 같은 불순물을 줄여 더 나은 품질의 용접을 제공하며, 필러 재료가 더 일관되게 녹아 매끄럽고 신뢰할 수 있는 용접 비드를 만듭니다.
피복이 얇아 생성되는 슬래그도 두껍지 않습니다. 실드 아크 전극은 경피복 전극과 유사하지만 더 두꺼운 피복을 가집니다. 이 중량급 전극은 주철 용접 같은 더 까다로운 용접 용도에 적합합니다.
베어 전극 사용은 아크가 다소 불안정하고 제어하기 어려워 까다로울 수 있습니다. 얇은 피복이 아크 안정성을 높여 관리를 쉽게 만듭니다. 베어 전극은 용도가 제한적입니다. 예를 들어 망간강 용접에 사용됩니다.
실드 아크 전극은 서로 다른 목적의 세 가지 피복 유형을 가집니다. 하나는 셀룰로오스를 함유하여 보호 가스층으로 용접 구역을 보호합니다. 두 번째는 미네랄을 함유해 슬래그를 생성합니다. 세 번째는 미네랄과 셀룰로오스의 조합입니다.
실드 아크 전극은 보호 가스층을 생성하여 고온 용접 구역을 대기 오염과 부식으로부터 차단합니다. 이로 인해 더 강하고 신뢰할 수 있는 용접이 가능합니다. 고온 용접 구역은 질소와 산소 같은 대기 가스로부터 보호되어야 하는데, 이들은 고온 금속과 반응해 취성, 기공, 약한 용접을 만들기 때문입니다.
실드 아크 전극은 베이스 메탈의 황, 산화물, 기타 불순물을 최소화하여 규칙적이고 매끄럽고 깨끗한 용접을 만듭니다. 이 피복 전극들은 베어 전극보다 더 안정적인 아크를 생성하여 용접을 더 쉽게 관리하고 스패터를 줄여줍니다.
실드 아크 전극은 미네랄 피복으로 인해 슬래그도 생성합니다. 이 슬래그는 제거하기 번거로워 보이지만 유익한 목적을 가집니다. 실드 아크 전극보다 훨씬 느리게 식기 때문입니다. 이 과정은 불순물을 표면으로 끌어올립니다. 결과적으로 깨끗하고 내구성 있고 강한 고품질 용접을 얻습니다.
비소모성 전극은 녹지 않을 뿐만 아니라 단 두 가지 종류만 있어 이해하기 더 단순합니다.
첫 번째는 절단과 용접 모두에 사용되는 탄소 전극입니다. 탄소 흑연으로 만들어지며 구리층으로 코팅되거나 베어 상태일 수 있습니다.
미국용접학회는 이 전극에 대한 규격을 제정하지 않았으나, 군용 규격은 존재합니다.
두 번째 비소모성 전극은 TIG 용접에 사용되는 텅스텐 전극입니다. 순수 텅스텐(녹색 표시), 0.3~0.5% 지르코늄 함유 텅스텐(갈색 표시), 2% 토륨 함유 텅스텐(빨간색 표시), 1% 토륨 함유 텅스텐(노란색 표시)이 있습니다.
순수 텅스텐 비소모성 전극은 용도가 제한적이며 가벼운 용접 작업에 적합합니다. 두 가지 이유 때문입니다. 첫째, 순수 텅스텐은 텅스텐 합금의 내구성과 강도를 갖추지 못했습니다. 둘째, 순수 텅스텐은 고전류에서 문제를 겪을 수 있습니다.
0.3~0.5% 지르코늄 함유 텅스텐 전극은 교류에서 우수한 결과를 보입니다. 순수 텅스텐보다 개선되었지만 토륨 함유 텅스텐 전극만큼 좋지는 않습니다.
1~2% 토륨 함유 텅스텐 전극은 가장 널리 사용되는 비소모성 전극 중 하나로, 다른 텅스텐 전극보다 수명이 길고 저항이 높습니다. 순수 텅스텐 전극보다 높은 전류에서 사용 가능하며, 더 뛰어난 아크 제어와 쉬운 아크 착화 성능을 제공합니다.
텅스텐 전극을 사용할 때 원통형 팁이면 최대 허용 전류를 사용하는 것이 좋으며, 그렇지 않으면 아크 제어와 유지가 어려워집니다.
더 나은 아크 제어와 안정성을 위해 전극 팁을 연마해 원뿔 모양(콘)으로 만드십시오. 이렇게 하면 DC 용접기 대신 터치 스타트 방식을 선택해야 합니다.
터치 스타트용 테이퍼 전극을 선택한다면 토륨과 지르코늄 함유 텅스텐 전극이 순수 텅스텐 전극보다 내구성이 향상됨을 기억하십시오.
산업기술
용접 전극이란? 용접 전극은 용접기와 연결되어 전극 아크를 생성하는 와이어 봉입니다. 전류가 이 와이어를 통과하면서 아크가 발생하고, 높은 열로 금속을 녹여 접합합니다. 전극은 피복된 금속 와이어입니다. 용접 대상 금속과 유사한 재질로 만들어집니다. 크게 소모성 전극과 비소모성 전극으로 나뉩니다. 피복 아크 용접(SMAW, 스틱 용접)에서는 소모성 전극을 사용하며, 용접 과정에서 전극이 녹아 용접부의 일부가 됩니다. 아르곤 아크 용접(TIG)에서는 비소모성 전극을 사용하여 전극이 녹지 않습니다. 가스 금속 아크 용접(GMAW, MI
용접에 관심이 있어 SMAW가 무엇인가? 궁금하셨다면 제대로 오셨습니다. SMAW는 Shielded Metal Arc Welding(피복 금속 아크 용접)의 약자입니다. 보수·수리, 건설, 산업 제작 등 다양한 분야에서 쓰이는 가장 오래되고 대중적인 용접법 중 하나입니다. SMAW(피복 금속 아크 용접)란? SMAW는 수동 금속 아크 용접(MMA/MMAW), 플럭스 실드 아크 용접, 통칭 스틱 용접으로도 불립니다. 플럭스 피복된 소모성 전극을 사용하는 수동 아크 용접 프로세스입니다. 금속 심선이 든 플럭스 피복 전극을 사용하며, 교
