용접 가스는 다양한 방식으로 사용됩니다. 아크를 공기, 먼지, 기타 가스 같은 불순물로부터 차폐하거나, 아크 반대쪽 이음매 하면의 용접부를 깨끗하게 유지(퍼징)하거나, 금속을 가열하는 용도입니다. 블랭킷 가스는 용접 공정 후 금속을 보호하는 데도 사용됩니다.
용접 및 절단 공정에 사용되는 가스:
기존 스틱 용접사들은 용접 시 가스에 대해 거의 몰랐지만, 지난 70~80년간 MIG와 TIG 용접기가 보급되면서 용접 가스는 대부분의 작업장에서 흔한 소모품이 되었습니다.
용접계에서 사용되는 주요 가스와 혼합물을 살펴보며, 최초 도입 이후 짧은 시간 동안 얼마나 크게 발전했는지 알 수 있습니다. 새로운 가스나 기존 가스의 새로운 활용법이 기대됩니다.
본문에서는 다양한 용접 가스 종류와 용도를 탐구합니다.
용접에서 가스는 다양한 용도로 쓰입니다. 아크를 먼지, 다른 가스, 이물질 같은 불순물로부터 보호하고,
아크 안정성을 돕고 여러 용접 공정에서 적절한 금속 이행을 보장합니다. 용접 풀이 이음매 아래쪽에서 깨끗하게 유지되도록(퍼징) 하고, 블랭킷 및 가열 용도로도 쓰입니다.
용접 시 가스를 제대로 사용하지 않으면 약하거나 기공 있는 용접이 되거나 용접 중 스패터가 과도하게 발생할 수 있습니다. 스패터가 용접을 망치지는 않지만 청소에 노력이 들어 생산성이 떨어집니다.
용접에 적용되는 가스는 두 종류가 있습니다:
불활성 가스. 주어진 조건에서 변하지 않는 가스입니다. 원치 않는 화학 반응(산화, 가수분해 등)으로 부품이 열화되는 것을 방지하기 위해 용접, 실링, 마킹 용도에 자주 사용됩니다. 이 원치 않는 반응은 공기 중 산소 및 수분과의 반응입니다.
고순도 질소와 아르곤이 높은 자연 존재율(공기 중 78% N₂, 1% Ar)과 상대적 저비용으로 가장 흔히 사용되는 불활성 가스입니다.
반응성 가스. 산화 같은 특정 조건에서 화학 반응을 일으키지 않는 가스로, 아르곤, 이산화탄소, 헬륨, 질소가 포함됩니다.
용접 기술에서 환원 차폐 가스는 항상 아르곤 또는 질소에 수소를 혼합한 혼합 가스입니다. 아르곤-수소 혼합은 스테인리스강 TIG 용접에 사용됩니다. 질소와 수소는 배킹 가스로 적용됩니다. 주의: 수소 비율이 10% 초과 시 화재 및 폭발 위험으로 플레어링(연소 배출)해야 합니다.
용접 중 공기가 아크에 유입되면 용융 금속 내에 기포가 생겨 약하고 보기 흉한 용접이 됩니다. 필러 재료가 플럭스 코어 또는 플럭스 피복이 아닌 한 MIG나 TIG 용접 시 차폐 가스 없이는 용접할 수 없습니다. 이는 차폐 가스와 같은 목적(불순물 차단)으로 쓰이지만 방식이 다릅니다.
대부분 차폐 가스는 불활성이라 용접의 극한 조건에서 안정적으로 유지되어 차폐에 이상적입니다. 또한 사용 가스에 따라 더 깊은 침투, 용융 시 유동성 향상, 비드 표면 매끄러움 등 다양한 방식으로 용접을 육성합니다.
퍼징 가스는 차폐 가스와 같은 방식으로 용접하려는 소재 하면을 덮되, 용접의 자연적 과정과는 별도로 수행합니다.
조인트 상부를 용접하는 동안 조인트 하부는 밀봉되어 가스가 퍼징합니다. 스테인리스강 제품에 자주 사용되며, 조인트 상부에 사용하는 가스와 같거나 다를 수 있습니다.
가스 용접, 브레이징 같은 특정 용접은 금속이나 필러 봉을 가열해 용접을 달성하기 위해 가스가 필요합니다. 이는 아크의 필요성을 대체합니다.
특정 용접은 용접 전 금속 예열이 필요한데 이 가스가 쓰입니다. 가스는 단순히 공기나 산소와 혼합된 연료로, 불꽃을 붙여 금속을 데우거나 녹입니다.
블랭킷은 완성된 탱크와 밀폐 공간에 가스를 채워 공기와 기타 오염 물질이 완제품을 손상시키거나 오염시키는 것을 방지하는 공정입니다.
완성품을 완전히 채우기도 하고, 공기가 찬 탱크에 가스를 추가해 다른 가스나 반응으로부터 탱크를 순수하게 유지하는 혼합물을 만들기도 합니다.
첫 두 차폐 가스인 아르곤과 헬륨은 불활성인 반면, 나머지 네 가지(수소, 산소, 이산화탄소, 질소)는 준불활성입니다.
프로젝트 목표를 평가하여 해당 용접에 적합한 가스를 선택하십시오. 선택 시 고려사항: 비용, 준비 사항, 용접할 베이스 소재, 완제품 용접 특성, 용접 후 청소 작업.
MIG 용접에 가장 흔히 쓰이는 네 가지 차폐 가스는 아르곤, 헬륨, 이산화탄소, 산소입니다. 각각 어떤 용도에서든 고유한 이점과 단점을 가집니다.
아르곤은 좁은 침투를 허용하여 맞대기 용접과 필릿 용접에 편리합니다. 부드럽고 비교적 유동적인 아크를 자랑합니다. 티타늄, 알루미늄, 마그네슘 같은 비철금속을 용접할 때는 순수 아르곤을 사용해야 합니다.
아르곤은 수소, 헬륨, 산소와 혼합되기도 합니다. 이는 아크 특성을 강화하고 금속 이행을 돕습니다.
용접 품질과 미관이 중요하면 혼합 가스가 좋습니다. 75~95% 아르곤에 5~25% CO₂ 비율의 여러 옵션이 있습니다. 100% CO₂ 대비 아크 안정성이 더 좋고 스패터가 줄어듭니다.
혼합 가스는 스프레이 이행 공정에도 사용되어 더 보기 좋은 용접과 생산성 향상을 제공합니다. 아르곤/CO₂ 혼합은 저합금강, 일부 스테인리스강, 탄소강 용접에 적합합니다. 단, CO₂ 비율이 높으면 스패터가 증가할 수 있습니다.
주로 비철금속에 사용되지만 스테인리스강에도 쓸 수 있습니다. 넓고 깊은 침투 능력으로 두꺼운 금속에 적합하며, 보통 헬륨 25~75%에 아르곤 75~25% 비율로 사용합니다.
이 비율을 조정하면 침투, 비드 프로파일, 이동 속도를 변경할 수 있습니다. 스테인리스강 용접 시 헬륨은 보통 CO₂와 아르곤을 더한 트라이믹스 조합으로 사용합니다. 헬륨은 스테인리스강, 알루미늄, 마그네슘, 구리 합금 같은 금속 용접 시 산화 방지에도 쓰입니다.
헬륨은 더 뜨거운 아크를 만들어 이동 속도가 빨라지고 생산성이 높아집니다. 하지만 아르곤보다 비싸고 더 높은 유량이 필요합니다. 가스 비용 대비 생산성 향상 가치를 따져 헬륨 사용 여부를 결정해야 합니다.
CO₂는 가장 흔한 반응성 가스로, 아르곤이나 헬륨 같은 불활성 가스 추가 없이 순수 형태로 사용할 수 있는 유일한 가스 중 하나입니다. 따라서 가장 비용 효율적이며 프로젝트 비용이 최우선일 때 좋은 선택입니다.
순수 CO₂(100% CO₂)는 깊은 용접 침투를 제공해 두꺼운 소재 용접에 유리합니다. 하지만 단락 이행 공정만 가능하고 아크가 덜 안정적이며 혼합 가스 사용 시보다 스패터가 더 많습니다.
순수 CO₂는 용접 미관이 중요하지 않거나 용접부가 보이지 않는 곳(자동차 하부 등)에 적합합니다. 용접 후 청소도 좀 더 필요합니다.
반응성 가스인 산소는 차폐 가스에 소량(보통 1~9%) 첨가됩니다. 스테인리스강, 마일드 카본, 저합금강에서 용융 풀 유동성, 아크 안정성, 침투를 개선합니다.
알루미늄, 구리, 마그네슘, 기타 특수 금속에는 산화 유발 위험으로 권장하지 않습니다.
산소/아르곤 혼합은 보통 스테인리스강과 일반 탄소강에 사용되며, 안정적인 아크와 적은 스패터를 생성합니다. 하지만 산소 농도가 높으면 웅덩이 유동성이 증가해 오버헤드 등 자세 용접이 어려워질 수 있습니다.
또 다른 저렴한 차폐 가스로, 다른 가스와 혼합 시 용접 침투와 아크 안정성을 높입니다. 이 혼합물은 질소를 함유한 합금의 화학적 특성도 향상시킬 수 있습니다.
질소는 스테인리스강 튜브 용접 시 퍼징 가스로 사용됩니다. 소량 아르곤에 첨가하면 스테인리스강 차폐 가스로도 쓸 수 있습니다.
아르곤에 첨가 시 더 깊은 침투와 더 빠른 용접 속도를 제공합니다. 수소, 아르곤, 이산화탄소 혼합은 용접 침투를 개선할 수 있습니다. 하지만 오용 시 기공을 유발할 수 있습니다.
수소는 스테인리스강 같은 고온 용도에 차폐 가스로 쓰입니다. 오스테나이트계 스테인리스강에 아르곤과 혼합해 자주 사용됩니다.
용접 차폐용 가장 흔한 혼합 가스는 CO₂ 아르곤 믹스입니다. 아르곤 95~80%, CO₂ 5~20% 범위입니다. 대부분 용도에서 매끄러운 용접과 최소 스패터를 만듭니다.
용접하려는 강철이 두꺼울수록 혼합물에 더 많은 이산화탄소가 필요하고, 얇을수록 더 많은 아르곤이 필요합니다.
용접사들이 이 가스 혼합물을 사용하는 공정:
용융 풀 유동성을 더 원한다면 아르곤, CO₂, 산소 혼합을 찾고 계실 겁니다. 완제품 용접 특성은 아르곤, 이산화탄소 혼합과 상당히 유사합니다.
하지만 유동성 개선 외에도 용접 공정 이동 속도를 높여 용접사 생산성을 크게 향상시킵니다. 사용 공정:
아르곤, 헬륨, 이산화탄소 혼합을 선택하면 용도에 따라 헬륨 주도 또는 아르곤 주도의 다양한 믹스를 사용할 수 있습니다.
사용되는 가스들로 인해 이 혼합물은 탄소강부터 스테인리스강, 심지어 알루미늄 용접 가스로도 적합합니다(MIG로 스테인리스강 용접 시 좋은 혼합).
아르곤/헬륨/CO₂가 최적인 공정:
알루미늄 용접 가스를 찾으신다면 헬륨과 아르곤 혼합이 답일 겁니다. 알루미늄 외에도 합금 용접에도 적합합니다.
이유는 이 혼합물이 더 깊은 침투와 넓은 용접 마감을 제공하기 때문입니다.
주로 사용되는 공정:
이 가스 혼합은 스테인리스강에 적합하지 않으며, 강철 용접 시 보통 얇은 게이지 강철에 쓰입니다. 목적은 강철의 재료 융합을 돕는 것입니다.
이 아르곤 가스 혼합물에 산소가 많이 들어있지 않은 이유는 그렇지 않으면 너무 뜨겁게 타기 때문입니다. 아르곤 가스 용접은 더 세밀하고 얇은 소재용입니다.
아르곤/O₂ 혼합 사용 공정과 금속:
가스로 TIG 용접 시 수소와 아르곤 혼합은 깨끗한 용접이 필요할 때 이상적입니다. 수소가 공기 중 산소가 용접부에 들어가 산화를 일으키는 것을 방지합니다.
이 반응의 부산물은 물로 용접 열에 빠르게 증발합니다. 좁고 정밀한 아크를 유지하면서 열전달을 증가시킵니다.
이 혼합은 꽤 전문적인 용도로, 오스테나이트계(크롬과 니켈 고함유, 저탄소) 스테인리스강 준비용 차폐 가스입니다.
더 높은 침투를 가능하게 하고 용접 공정 속도를 높입니다. 또한 스테인리스강 완제품의 기계적 특성 개선에도 도움이 됩니다.
아래 아세틸렌, 프로판, 프로필렌 세 가지 가스는 산소-연료 용접에 사용되며 극도로 인화성입니다.
아세틸렌은 매우 인화성이 강하고 공기 중에서 고도로 가연성입니다. 제조가 쉽고 비용이 비교적 저렴합니다.
산소와 결합해 특정 용접 유형의 연료원으로 사용됩니다. 대부분의 금속을 절단하거나 용접할 수 있는 매우 뜨거운 불꽃을 생성합니다.
프로판도 매우 인화성이 강하고 공기 중 고도로 가연성입니다. LPG(액화석유가스)로 더 잘 알려져 있으며 여러 용도의 연료원으로 쓰입니다.
피부 접촉 시 화상을 입힙니다. 놀랍게도 가스 용접에는 사용할 수 없습니다. 아세틸렌과 달리 산소에서 연소시킬 때 환원 존(용접 중 강철 표면을 세정하는 구역)을 만들지 못하기 때문입니다.
주로 용접 후 브레이징에 사용됩니다.
프로필렌은 사실 순수 가스가 아니라 산소와 혼합된 블렌드입니다. 프로판-산소보다 훨씬 높은 열로 연소하며 비구조적 융합 용접, 브레이징, 가열 등에 완전히 적합합니다.
하지만 보통 소형 일회용 캔에 담겨 공급되어 대형 제품 용접 시 가열용으로 쓰기엔 용량이 충분하지 않습니다.
예상대로 압축 공기는 용접에 쓰이는 가스 중 가장 저렴합니다. 공기니까요(약간의 정제는 거칩니다). 압축 공기를 다른 연료와 혼합하면 산소-연료 불꽃보다 낮은 온도에서 강한 불꽃을 생성합니다. 용접사 입장에서는 용접에 적용하는 카본 코팅 두께를 더 잘 제어할 수 있음을 의미합니다.
산업기술
용접 비드란? 용접 비드는 두 금속 사이 이음부에 심재를 공급해 형성됩니다. 한 번의 용접 패스로 퇴적된 심재 금속을 용접 비드라 합니다. 와이어나 전극이 녹아 모재에 융합되며 비드가 형성됩니다. 스트링거 비드는 좁고 드래그/미세 진동만으로, 위브 비드는 진동 폭이 커서 넓게 형성됩니다. 좋은 용접은 한눈에 보입니다. 곧고 균일하며 슬래그·균열·구멍 없음. 중단 없고 너무 얇지 않으며 비드에 핏이나 크레이터 없음. 심재가 모재에 녹아들 때 토치 움직임이 풀 전진 방식과 비드 종류를 결정합니다. 더 보기: 용접이란? 용접 비드 종류
제조사와 유통업체는 컨베이어 벨트 등장 전에는 인력에 크게 의존했습니다. 제품 수작업 처리는 작업자 안전과 제품 품질을 위험에 빠뜨렸습니다. 회전 풀리와 벨트의 간단한 시스템이 오늘날 모든 제품 중심 산업의 제품 처리를 효율화합니다. 컨베이어 벨트에 사용되는 기술은 과거의 단순한 벨트 시스템보다 훨씬 정교합니다. 기업들은 용례에 따라 현대적 벨트를 선택합니다. 예를 들어 직조 금속 벨트는 보석이나 섬세한 제품 처리에 적합하지 않습니다. 다양한 컨베이어 벨트 유형과 용도를 이해하는 제품 취급 기업이 자사 니즈에 가장 안전하고 효율적
