카본 아크 용접(CAW): 장비, 공정, 응용 및 장단점

카본 아크 용접(Carbon Arc Welding, CAW)이란?

카본 아크 용접(CAW)은 소모되지 않는 탄소(흑연) 전극과 공작물 사이에 아크를 발생시켜 열을 가해 금속을 융합하는 공정입니다. 탄소 전극으로 전극과 피접합재 사이에 전극 아크를 만듭니다.

최초로 개발된 아크 용접 공정이지만, 현재는 트윈 카본 아크 용접(TCAW) 등 변형 공정에 밀려 제한적으로만 쓰입니다. 아크 용접의 목적은 별개 금속 간 결합입니다. 이 아크는 3,000°C 이상의 고온을 내며, 이 온도에서 금속들이 융합되어 하나로 결합됩니다.

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역사적 배경

전기 아크 없인 카본 아크 용접이 불가능합니다. 1800년 험프리 데이비 경이 전기 아크를 발견했습니다. 이후 니콜라이 베르나도스와 스타니스와프 올셰프스키가 1881년(원문 1981년은 오타로 보임) CAW 공정을 발견했고, 초기 명칭은 'Elektrogefest'였습니다.

장비(Equipment)

• 전극(Electrode): 직경 3~22mm 범위 사용
• 전원(Power Source): 직류(DC) 용접기 사용. 회전형 또는 정류형 모두 가능
• 전극 홀더(Electrode Holder): 일반 전극 홀더 사용 불가. 공정 온도가 극히 높아 기존 홀더가 견디지 못함

카본 아크 용접 작동 원리

전극과 모재 사이에 전기 아크를 발생시킵니다. 아크 열로 모재가 용융되고, 용융 금속이 응고되면서 원하는 용접부가 형성됩니다. 발생 전류에 따라 전극 직경을 조절할 수 있습니다.

CAW의 변형 공정으로 트윈 카본 아크 용접(TCAW, Twin Carbon Arc Welding)이 있습니다. TCAW는 약간 다른 공정으로, 특수 전극을 써서 한 전극이 움직이며 다른 전극과 접촉해 아크를 만듭니다. TCAW에서는 교류(AC)를 쓰며, 두 전극이 같은 속도로 소모되어야 합니다.

카본 아크 용접의 장점

• 장비 및 작업 비용 저렴
• 고숙련 작업자 불필요
• 자동화 용이
• 공작물 변형 적음

카본 아크 용접의 단점

• 용접 품질 불안정(기공 발생)
• 전극의 탄소가 카바이드 형태로 용착 금속 오염