가스 텅스텐 아크 용접(GTAW)은 텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접으로도 알려져 있으며, 소모되지 않는 텅스텐 전극을 사용해 용접을 수행하는 아크 용접 공정입니다. 용접부와 전극은 불활성 차폐 가스(아르곤 또는 헬륨)로 산화나 기타 대기 오염으로부터 보호됩니다.
일반적으로 필러 메탈(Filler Metal)을 사용하지만, 일부 용접(자연 용접/Autogenous Welds 또는 퓨전 용접/Fusion Welds)은 필러 메탈이 필요하지 않습니다. 헬륨을 사용할 경우 헬리아크 용접(Heliarc Welding)이라고 합니다. 정전류 용접 전원이 전기 에너지를 생성하며, 이는 고도로 이온화된 가스와 금속 증기 기둥인 플라즈마(Plasma)를 통해 아크를 가로질러 전달됩니다.
GTAW는 얇은 스테인리스강과 알루미늄, 마그네슘, 구리 합금 같은 비철 금속 용접에 가장 흔히 사용됩니다. 이 공정은 피복 아크 용접(SMAW)이나 가스 금속 아크 용접(GMAW) 같은 경쟁 공정보다 작업자가 용접을 더 잘 제어할 수 있게 해주며, 더 강하고 고품질의 용접을 가능하게 합니다.
하지만 GTAW는 상대적으로 더 복잡하고 숙달하기 어려우며, 대부분의 다른 용접 기술보다 현저히 느립니다. 관련 공정인 플라즈마 아크 용접(PAW)은 약간 다른 용접 토치를 사용해 더 집중된 용접 아크를 생성하므로 종종 자동화됩니다.
수동 가스 텅스텐 아크 용접은 용접사가 필요로 하는 조정 능력 때문에 비교적 어려운 용접 방법입니다. 토치 용접과 유사하게 GTAW는 보통 두 손을 사용합니다. 대부분의 애플리케이션에서 용접사가 한 손으로 필러 메탈을 용접부에 수동 공급하면서 다른 손으로 용접 토치를 조작해야 하기 때문입니다. 전극과 공작물 간 접촉을 방지하면서 짧은 아크 길이를 유지하는 것도 중요합니다.
용접 아크를 시작하기 위해 고주파 발생기(테슬라 코일과 유사)가 전기 스파크를 생성합니다. 이 스파크는 차폐 가스를 통해 용접 전류가 흐르는 전도 경로가 되어, 전극과 공작물이 분리된 상태(일반적으로 1.5-3mm 간격)에서 아크를 개시할 수 있게 합니다.
아크가 발생하면 용접사는 토치를 작은 원으로 움직여 용융 풀(Weld Pool)을 만드는데, 그 크기는 전극 크기와 전류량에 따라 달라집니다.
전극과 공작물 간 일정한 간격을 유지하면서 토치를 약간 뒤로 물리고 수직에서 10-15도 기울입니다. 필러 메탈은 필요에 따라 용융 풀 앞쪽에 수동으로 공급합니다.
용접사들은 토치를 앞으로 이동(용융 풀 전진)시키는 것과 필러 메탈을 추가하는 것을 빠르게 번갈아 수행하는 테크닉을 개발합니다. 전극이 전진할 때마다 필러 로드는 용융 풀에서 빠져나오지만, 항상 가스 실드 내에 머물러 표면 산화와 용접 오염을 방지합니다.
낮은 융점의 금속(알루미늄 등)으로 된 필러 로드는 작업자가 아크에서 일정 거리를 유지하면서 가스 실드 내에 머물도록 요구합니다. 아크에 너무 가까이 대면 필러 로드가 용융 풀에 닿기 전에 녹을 수 있습니다.
용접이 완료에 가까워지면 아크 전류를 점진적으로 줄여 용접 크레이터(Weld Crater)가 응고되게 하고 크레이터 균열(Crater Crack) 형성을 방지합니다.
차폐 가스는 용접되는 재료에 따라 선택됩니다. 다음 가이드라인이 도움이 될 것입니다:
텅스텐 불활성 가스 용접기(TIG 용접기)는 다음 장비로 구성됩니다:
TIG 용접에는 정전류 전원이 필요합니다. 전류 변동이 있으면 용접사가 조인트를 제대로 용접하기 어렵습니다.
전원 공급장치는 두 가지 유형이 있습니다:
TIG 용접에서는 대기 가스(산소, 질소, 수소 등)로부터 용접부를 보호하기 위해 불활성 가스 공급이 필요합니다. 일반적으로 아르곤을 불활성 가스로 사용합니다. 차폐 가스 섹션에서 자세히 다루겠습니다.
TIG 용접 토치는 자동 및 수동 작업 모두용으로 설계됩니다. 구조는 동일하나 수동 토치에는 핸들이 있고, 자동 토치는 자동 장비에 장착됩니다.
토치는 물 또는 공기 냉각 시스템을 갖춥니다. 전류가 200A 미만이면 일반적으로 공랭식, 200A 초과 시 수냉식으로 토치 온도를 낮춥니다.
토치 내부 구리 재질로 열전도율을 높입니다. 텅스텐 전극을 단단히 고정하는 홀더(포트)가 제공됩니다.
TIG 용접에서는 텅스텐 또는 텅스텐 합금으로 된 비소모성 전극을 사용합니다.
텅스텐의 높은 내열성(융점 3,422°C) 때문에 다른 금속 대신 사용합니다.
전극 직경은 일반적으로 0.5-0.65mm, 길이는 75-610mm 범위입니다.
차폐 가스는 질소, 산소 같은 대기 가스로부터 용융 풀을 보호합니다. 그렇지 않으면 기공(Porosity), 블로우홀(Blowhole) 등으로 용접 표면이 손상됩니다.
차폐 가스 선택은 용접 유형, 대기 조건, 사용 금속 종류 등 여러 요인에 따라 달라집니다. 일반적으로 TIG 용접에는 아르곤을 사용하며, 때로는 아르곤-헬륨 혼합 가스도 사용합니다.
TIG 용접에서는 비소모성 전극(텅스텐)을 사용하므로, 일부 경우 두 조인트 간 간극을 메우기 위해 별도 재료가 필요합니다.
필러 로드 재질은 탄소강, 알루미늄 등 무엇이든 가능하며, 조인트 유형, 공작물 재질, 두께, 물성에 따라 결정됩니다.
비소모성 텅스텐 전극으로 용접을 수행하는 아크 용접 공정. 용접부와 전극은 불활성 차폐 가스(아르곤/헬륨)로 대기 오염으로부터 보호됨.
단일 텅스텐(비소모성) 전극과 공작물 간 아크 가열로 생성되는 용접. 불활성 가스 혼합물로 차폐. 용접 스패터나 슬래그 없음. 텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접이라고도 함.
네. 텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접은 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW)으로도 불리며, 비소모성 텅스텐 전극으로 용접을 수행하는 아크 용접 공정입니다.
스테인리스강과 알루미늄, 마그네슘 같은 비철 금속에 가장 흔히 사용. 아연과 그 합금을 제외한 거의 모든 금속에 적용 가능.
텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접으로도 알려진 아크 용접 공정으로, 비소모성 텅스텐 전극으로 용접을 수행. 필러 메탈은 보통 베어 메탈 필러 로드 형태로 외부에서 공급.
난이도: 가장 마스터하기 어려운 용접 공정으로 여겨지며 높은 작업자 숙련도 요구.
속도: 상대적으로 느린 이동 속도 필요, 타 공정 대비 낮은 증착률.
비자동화: 자동화 어려움.
비용: 장비 및 가스 비용 높음.
미국 캘리포니아 기준 평균 연봉 $33,163, 시급 $16. 평균 연봉 범위 $31,199-$39,001.
TIG 용접은 MIG나 다른 아크 용접보다 더 깨끗하고 정밀한 용접비를 만들어 가장 강함. 다만 작업에 따라 다른 방식이 필요할 수 있음. TIG가 일반적으로 더 강하고 고품질이나, 작업 요구사항에 따라 MIG 등 다른 방식을 써야 할 수도 있음.
TIG 용접 공정 중 '콜드(Cold)' 설정이 있는 경우도 있음. 직류와 교류를 모두 가진 TIG 장비에 '콜드' 설정이 있으면 수동 공정으로, TIG 건으로 아크가 개시될 때마다 '자핑(Zapping)' 효과가 있음.
아르곤이 TIG 용접 프로젝트에 가장 흔히 쓰이는 불활성 가스. TIG 용접에 쓸 수 있는 가스가 몇 가지 안 되는데, 아르곤은 연강, 스테인리스강, 알루미늄 등 다양한 금속에 사용 가능한 다재다능한 가스라 가장 인기 있음.
TIG 용접(GTAW)은 6,000°F(약 3,315°C) 이상의 고온에서 금속을 용융·가열하는 아크 용접 공정. 스틱 용접보다 비싸지만 더 깨끗하고 다재다능함(강철, 알루미늄, 황동 등 다수 금속에 적용).
장점: 정밀도, 다양한 응용/자세, 극도로 복잡한 금속 용접, 비소모성 전극.
단점: 시간 소요, 복잡한 장비, 안전 이슈, 불활성 가스 비용.
용접사가 아크로부터 눈을 제대로 보호하지 않으면 용접사 플래시(Welder's Flash) 또는 광각막염(Photokeratitis)에 흔히 걸림. 강한 자외선 노출로 인한 일시적 실명과 극심한 불편함 유발. 더 심각한 눈 부상은 영구 실명 초래 가능.
오염 방지와 올바른 텅스텐 연마를 위해 텅스텐 연마 전용으로 설계된 연마휠(텅스텐 경도에 견딤) 사용 권장. 연마휠 방향과 직각(90°)으로 전극을 연마하고 연마 자국이 길이 방향으로 나도록 해야 함.
SMAW: 전극 플럭스 피막이 용접 중 분해돼 차폐 가스 생성. 별도 차폐 가스 불필요.
GMAW: 차폐 가스(불활성/활성)를 가스 실린더에서 공급.
GTAW: 불활성 차폐 가스를 가스 실린더에서 공급.
GMAW: 소모성 전극 사용. 전극 재료가 녹아 용접비드에 퇴적.
GTAW/TIG: 비소모성 전극 사용. 전극 재료가 용접비드에 퇴적되지 않음.
| GTAW 장점 | GTAW 단점 |
|---|---|
| 깨끗하고 고품질 용접 | 낮은 증착률 |
| 다양한 금속 용접 가능 | 높은 작업자 숙련도 요구 |
| 스패터/슬래그/스파크/연기 없음 | 높은 자외선 방출 |
| 모든 자세 용접 가능 | 양질 용접 위해 우수한 눈-손 협응 필요 |
알루미늄은 융점, 열전도율, 연성 때문에 용접이 매우 어려운 금속입니다.
불가능합니다! 가스는 텅스텐 전극과 용융 풀을 산소로부터 보호하기 위해 필수. 대부분 TIG 토치는 가스로 냉각되므로 가스 없이 사용하면 토치 소손 위험.
진공 시멘팅(Vacuum Cementing) 또는 진공 용접은 경질 진공에서 작은 물체가 자연적으로 고체화되는 현상. 대표적 예는 달 표면의 먼지. 초기 미국/소련 위성에서 소형 움직이는 부품이 서로 달라붙어 문제된 바 있음.
아르곤 가스 실린더가 가장 비싼 편으로, 신품 실린더 기준 최대 $350까지 책정됨.
불가. TIG 용접은 불활성 가스만 엄격히 요구. 순수 아르곤이 가장 일반적. 가끔 두꺼운 알루미늄 섹션 용접 시 추가 열입력 위해 아르곤/헬륨 혼합 사용.
가스 텅스텐 아크 용접(GTAW) 또는 TIG는 엄격한 미관, 구조, 코드/표준 요구사항 충족 위해 지정됨. TIG 공정은 복잡하며, 배우기 가장 어려운 공정임은 부인할 수 없음.
TIG 용접은 필러 재료를 요구하지 않으며, 대신 텅스텐 팁으로 금속 표면을 직접 가열해 접합.
강철, 스테인리스강, 크로몰리, 알루미늄, 니켈 합금, 마그네슘, 구리, 황동, 청동, 심지어 금까지 용접 가능. 웨건, 자전거 프레임, 잔디깎이, 도어 핸들, 펜더 등 수리에 유용.
제조공정
MIG 용접은 스풀 급선 와이어 전극과 가스 노즐이 달린 핸드건을 사용합니다. 노즐에서 실드 가스가 용접부로 분사되어 산소·질소 등 대기 가스 접촉을 차단, 일관되고 강한 용접을 돕습니다. 오염은 저품질 용접을 만드므로 올바른 가스 선택이 필수입니다. 하지만 MIG 용접에 최적 가스는 무엇인가?에 대한 답은 단순하지 않습니다. 금속별로 최적 가스가 다르나, 대부분 75/25 아르곤+CO₂ 혼합으로 양호한 결과 얻습니다. 주요 옵션과 선택 기준을 살펴보겠습니다. MIG 용접 가스 – 올바른 가스 선택 많은 MIG 용접에 여러 실드 가
이름은 비슷하지만 TIG와 MIG 용접에는 꽤 몇 가지 차이가 있습니다. 어느 것이 귀사에 적합한지는 요구되는 용접 정밀도, 설정 시간, 활용도, 초기 비용에 따라 다릅니다. 귀사 시설의 니즈에 따라 TIG와 MIG 용접 사용에는 여러 이점과 단점이 있습니다. MIG 용접 MIG 용접(금속 불활성 가스 용접)은 전극 전류에 연결된 소모성 와이어로 두 금속 조각을 결합합니다. 와이어가 용접 건을 통과하는 동시에 불활성 가스도 통과합니다. 불활성 가스는 전극을 오염 물질로부터 보호합니다. TIG 용접 TIG 용접(텅스텐 불활성 가
