스틱 용접(Stick Welding) 완벽 가이드: 장비, 공정, 단계별 실전 노하우

스틱 용접은 금속 전극과 공작물 사이에 전극 아크를 띄워 수행합니다. 전류가 전극을 통과해 공작물 속으로 녹아 들어가 용접 풀을 형성합니다. 전극은 플럭스 층으로 피복되어 있으며, 이것이 녹아 용접 풀이 대기에 오염되는 것을 방지합니다.

플럭스는 용접 비드 위에 슬래그 층을 형성하며, 용접 완료 후 이 슬래그를 치핑으로 떼어내고 브러시로 닦아내야 합니다. MIG와 TIG 용접이 가스 실린더를 사용하는 것과 달리 바람에 영향받지 않아 실외 용접사들에게 인기 있는 간단한 절차입니다.

스틱 용접(SMAW)이란?

피복 금속 아크 용접(SMAW)은 수동 금속 아크 용접(MMA 또는 MMAW), 플럭스 실드 아크 용접, 또는 통칭 스틱 용접으로도 불리며, 플럭스로 피복된 소모성 전극을 사용해 용접을 쌓아 올리는 수동 아크 용접 공정입니다.

용접 전원에서 나오는 교류 또는 직류 형태의 전류로 전극과 결합할 금속 사이에 전극 아크를 형성합니다. 공작물과 전극이 녹아 용융 금속 풀(용접 풀)을 형성하고 식으면서 조인트가 됩니다.

용접이 쌓이면서 전극의 플럭스 피복이 분해되어 증기를 방출하는데, 이는 실드 가스 역할을 하고 슬래그 층을 제공하며, 둘 다 용접 구역을 대기 오염으로부터 보호합니다.

공정의 다용도성과 장비 및 조작의 단순성 덕분에 피복 금속 아크 용접은 세계 최초이자 가장 인기 있는 용접 공정 중 하나입니다.

유지보수 및 수리 산업에서 다른 용접 공정을 압도하며, 플럭스 코어 아크 용접이 인기를 얻고 있지만, SMAW는 중강철 구조물 건설과 산업 제작에 여전히 광범위하게 사용됩니다. 주로 철과 강철(스테인리스강 포함) 용접에 사용되지만 알루미늄, 니켈, 구리 합금도 이 방법으로 용접 가능합니다.

용접 시작에 필요한 것들

1. 안전 장비

용접 시 가장 중요한 고려사항은 항상 본인 안전입니다. 스틱 용접 시 사용하는 모든 장비 매뉴얼에 제공된 안전 정보와 지침을 읽고 준수해야 합니다.

용접 시 아크가 생성하는 열, 자외선, 스파크로부터 보호하기 위해 신체 보호구가 필요합니다. 난연성 긴소매 의복이 신체를 보호하고, 안전안경과 용접 헬멧이 머리와 눈을 보호합니다.

용접은 적절한 환기 하에서만 수행해야 합니다. 실외에서 바람이 불면 괜찮지만, 실내면 환기가 필요합니다. 배기 시스템이 작업장 흄 제거에 가장 좋습니다.

2. 스틱 용접기

스틱 용접기 없이는 스틱 용접을 할 수 없습니다. MIG, TIG, 스틱 등 한 가지 이상의 용접을 수행할 수 있는 다목적 용접기를 쓰거나, 훨씬 저렴한 스틱 전용 용접기를 쓸 수 있습니다.

시장에 많은 용접기가 있습니다. 스틱 용접기 선택 전체 가이드를 참조해 더 많은 도움을 받으십시오.

3. 접지 클램프

접지 클램프는 보통 용접기와 함께 제공됩니다. 용접기에 꽂고 공작물에 고정해야 합니다.

4. 슬래그 제거 도구

스틱 용접은 용접 위에 슬래그를 생성합니다. 따라서 용접 후 청소가 필요합니다. 슬래그 치핑 해머로 슬래그를 떼어내고 와이어 브러시로 문질러 마무리하는 것이 가장 좋습니다.

5. 전극 선택

수백 가지 스틱 전극이 있으며, 용접 프로젝트에 맞는 올바른 것을 선택해야 합니다. 가장 인기 있는 것은 6010, 6011, 6012, 6013, 7014, 7024, 7018입니다.

연강 작업 시 E60 또는 E70 전극이면 작업 가능합니다. 7018이 이 중 가장 인기 있는 전극으로 매우 강한 용접을 만들지만, 6013은 초보자에게 좋은 선택입니다.

어떤 전극을 선택할지 이해하려면 4개 숫자가 각각 무엇을 의미하는지 알아야 합니다.

• 첫 두 자리는 최소 인장 강도 표시. 예: 60,000 psi 인장 강도 전극은 60으로 시작. 베이스 메탈 강도 특성과 맞춰야 함.
• 세 번째 자리는 용접 시 전극 사용 가능 자세 표시. 1은 전 자세 사용 가능, 2는 평자세만 가능.
• 네 번째 자리는 전극 사용 전류와 피복 종류 표시. 아래 참조 차트 참고.

6. 스틱 용접 설정

스틱 용접 설정은 꽤 단순합니다. 극성 설정은 사용하는 전극에 따라 달라지므로 AC/DC-/DC+인지 반드시 재확인하십시오. 시작하려면 3/16인치 강판에 DCEN으로 6013 전극을 써보십시오.

첫 스틱 용접 비드 쌓기

모든 설정이 끝났으니 용접을 쌓을 준비가 됐습니다. 설정이 모두 올바른지 확인하고 스크랩 금속 두 조각을 맞대기 조인트로 놓고 연습하십시오. 스틱 용접은 약간의 기술이 필요하므로 실제 프로젝트에 뛰어들기 전에 스크랩 금속으로 먼저 연습하는 것이 가장 좋습니다.

아크 띄우기(Striking the Arc)

전극이 전극 홀더에 완전히 장착되면 용접기를 켭니다. 아크를 띄우려면 전극 팁을 금속에 대고 성냥 긁듯이 빠르게 드래그하십시오. 아크가 형성되면 전극을 아주 약간 들어 올린 후 금속을 따라 당깁니다.

전극이 금속에 붙으면 살짝 비틀어 떼어냅니다. 아크가 끊기면 전극을 표면에서 너무 높게 든 것이니 더 낮게 유지해야 합니다. 아크가 붙으면 베이컨 굽는 듯한 소리가 나야 합니다. 시끄럽고 공격적인 소리가 나면 암페이지를 낮춰야 합니다.

전극 움직이기(Moving the Electrode)

아크를 띄웠으면 조인트를 따라 전극을 움직여 용접을 수행합니다. 전극을 움직이기 전 수직에서 15~30도 사이 올바른 각도로 잡아야 합니다.

스틱 용접 각도(Stick Welding Angle)

올바른 각도를 잡으면 전극을 자신을 향해 천천히 당깁니다. 전극을 밀면 안 됩니다. 슬래그가 용접 풀에 갇혀 기공을 유발하기 때문입니다.

안정된 손이 필요하니 다른 쪽 팔꿈치를 테이블에 대고 전극 잡은 손을 받쳐 안정시키십시오. 몇 번 테스트하고 본문 끝 문제해결 섹션으로 트러블슈팅하십시오.

기타 용접 자세

거꾸로 된 T자 필릿 용접 시 각도를 수평에서 약 35도 위로 조정해야 합니다. 중력 때문에 각도 조정하지 않으면 용접이 약간 떨어지기 때문입니다.

슬래그가 많이 생성될수록 더 큰 각도 필요. 각도가 너무 작으면 슬래그가 용접 풀에 떨어져 용접 결함 발생.

흔한 실수와 줄이는 법

스틱 용접을 시작하면 MIG나 TIG 경험이 있어도 실수하기 마련입니다. 가장 흔한 실수는 아크가 너무 김, 잘못된 드래그 앵글, 잘못된 용접 속도, 잘못된 온도입니다.

• 과도한 스패터: 스패터 과다 원인은 여러 가지지만 가장 흔한 것은 아크가 너무 김. 전극을 공작물에서 아주 약간만 띄워야 하며, 그렇지 않으면 아크가 초점을 못 잡고 부드럽지 않게 이리저리 튀게 됩니다. 스패터가 있고 아크에서 날카로운 비명 소리가 나면 암페이지가 너무 높은 것이니 낮추십시오.
• 기공(Porosity): 스틱 용접 기공 주 원인은 전극 각도가 너무 가파른 것. 전극을 당겨 각도를 유지하며 슬래그를 용접 풀 뒤에 두지 않으면 슬래그가 웅덩이에 섞여 기공 발생.
• 언더컷(Undercut): 용접 비드 토(용접과 금속판 사이)에 작은 크레이터가 생겨 용접 약화. 언더컷 있고 용접이 탄 듯 보이면 암페이지 낮추세요. 너무 뜨거움.
• 얇은 용접 비드: 이상적 스틱 용접 비드 폭은 전극 직경의 약 2.5배. 용접이 너무 좁으면 충분한 침투 안 됨. 처음 당기던 속도의 절반으로 늦춰보면 결과 개선.
• 울퉁불퉁한 용접 비드: 전극을 너무 천천히 당기면 필러 금속이 쌓여 울퉁불퉁해짐. 암페이지가 너무 낮아 침투 제한되고 필러 금속이 조인트 위에만 얹히는 것도 원인.
• 아크 착화 어려움: 아크 띄우기 힘들면 너무 차가워 약한 아크 때문. 15암프 정도 올리고 쉬워지는지 확인.

스틱 용접 기술 향상 5단계 (CLAMS)

많은 사람들, 특히 초보자나 매일 용접하지 않는 사람들에게 스틱 용접, 즉 피복 금속 아크 용접(SMAW)은 배우기 더 어려운 공정 중 하나입니다. 스팅거를 집어 들고 전극을 꽂아 매번 훌륭한 용접을 쌓아 올리는 숙련된 용접사들은 우리에게 큰 경외감을 줍니다. 그들은 쉽게 보이게 만듭니다.

우리 나머지는 어려움을 겪을 수 있습니다. 하지만 꼭 그렇진 않습니다. 우리 기술의 다섯 가지 기본 요소에 주의를 기울이면 됩니다: 전류 설정(Current), 아크 길이(Length of arc), 전극 각도(Angle of electrode), 전극 조작(Manipulation of electrode), 이동 속도(Speed of travel) - 줄여서 CLAMS. 이 다섯 기본 영역을 제대로 다루면 결과를 개선할 수 있습니다.

1. 사전 준비(Pre-Preparation)

스틱 용접이 더럽거나 녹슨 금속에 가장 관대한 공정일 수 있지만, 그걸 이유로 소재를 제대로 청소하지 않는 핑계로 삼지 마십시오. 와이어 브러시나 그라인더로 용접할 부분의 먼지, 기름때, 녹을 제거하십시오.

이 단계 무시하면 첫 시도에서 좋은 용접 만들 기회가 줄어듭니다. 불결한 조건은 균열, 기공, 미융합, 개재물 유발. 동시에 작업 클램프 부착할 깨끗한 자리가 있는지 확인하십시오. 견고한 전기 연결은 아크 품질 유지에 중요.

용접 웅덩이가 잘 보이도록 자세 잡으십시오. 최적 시야를 위해 머리를 옆으로 치워 용접 흄 밖에 두고 조인트 안에 용접하고 아크가 웅덩이 앞쪽 가장자리에 있게 하십시오. 편안하게 전극을 지지하고 조작할 수 있는 자세인지 확인하십시오.

낙심하지 마십시오! 스틱 용접에는 학습 곡선이 있는데, 많은 이들이 용접 배울 때 모두 전극을 공작물에 붙여서(stick) 스틱 용접이라 부른다고 믿습니다.

2. 전류 설정(Current Setting)

선택한 전극이 기계 설정을 DC 양극성, DC 음극성, AC 중 어디로 할지 결정합니다. 용도에 맞게 올바르게 설정되었는지 확인하십시오. (전극 양극성은 주어진 암페이지에서 AC보다 약 10% 더 깊은 침투 제공. DC 직극성, 전극 음극성은 얇은 금속 용접에 더 적합.)

올바른 암페이지 설정은 주로 선택한 전극 직경과 유형에 따라 달라집니다. 전극 제조사가 보통 박스나 동봉 자료에 전극 작동 범위 표시.

전극 기반 암페이지 선택(경험상 전극 직경 0.001인치당 1암프), 용접 자세(오버헤드 작업은 평자세 용접보다 약 15% 적은 열), 완제품 용접 육안 검사 기준. 5~10암프 단위로 조절해 이상적 설정 찾으십시오.

3. 아크 길이(Length of Arc)

올바른 아크 길이는 전극과 용도에 따라 다릅니다. 좋은 시작점으로, 아크 길이는 전극 금속 부분(코어) 직경을 초과하지 않아야 합니다. 예: 1/8인치 6010 전극은 베이스 소재에서 약 1/8인치 떨어뜨려 잡습니다.

4. 전극 조작(Manipulation of Electrode)

각 용접사는 전극을 조금 다르게 조작합니다. 남들 관찰, 연습, 최적 결과 내는 기법 기록으로 자신만의 스타일 개발하십시오. 1/4인치 이하 소재에서는 전극 위빙이 보통 불필요한데 비드가 필요보다 넓어지기 때문. 많은 경우 직선 비드면 충분.

더 두꺼운 소재에서 더 넓은 비드 만들려면 전극을 좌우로 조작해 'Z', 반원, 스터터 스텝 패턴으로 부분적으로 겹치는 원 연속 생성. 좌우 움직임은 전극 코어 직경의 2배로 제한. 더 넓은 영역 커버하려면 다중 패스 또는 스트링거 비드 사용.

수직 업힐 용접 시 조인트 양쪽에 집중하면 중간은 저절로 해결. 조인트 중간을 충분히 천천히 이동해 용접 웅덩이가 따라오게 하고, 양쪽에서 살짝 멈춰 사이드월과의 확실한 타이인 확보. 용접이 비늘처럼 보이면 너무 빨리 전진했고 양쪽에서 충분히 오래 머무르지 않은 것.

5. 이동 속도(Speed of Travel)

이동 속도는 아크를 용접 풀 앞쪽 1/3에 유지할 수 있게 해야 합니다. 너무 느리게 이동하면 넓고 볼록한 비드에 얕은 침투, 콜드 래핑(용접이 소재 표면에 그냥 얹힌 듯 보이는 현상) 가능성.

과도하게 빠른 이동 속도도 침투 감소, 좁고/또는 과도하게 크라운된 비드, 언더필 또는 언더컷(용접 외부가 오목하거나 움푹 들어간 상태) 유발. 아래 이미지 비드 끝부분에서 웅덩이가 따라가려다 불일치해 보이는 것 확인.

스틱 용접 장점

• 휴대성 좋음. 작은 스틱 용접기로 두꺼운 금속 작업 가능, 무겁지 않음, 와이어 피더나 가스 실린더 같은 추가 장비 불필요
• 실외 조건에서 최적. 가스 용접은 바람 부는 조건에서 좋은 결과 못 냄
• TIG 용접보다 마스터하기 쉽지만 약간 기술 필요
• 밀스케일이나 녹 있는 금속에도 용접 가능

스틱 용접 단점

• MIG보다 더 많은 기술 필요. 전극이 타들어가며 금속에서 일정 거리 유지해야 함
• 스패터와 슬래그 훨씬 많이 생성
• 청소 시간 증가로 효율성 감소
• TIG만큼 복잡하거나 고품질 용접 안 나옴