피복아크 용접봉 피복제에 대한 이해와 용접봉 관리

 

 

 

1. 피복 아크 용접봉의 개요

 

아크 용접에서 용접봉(welding rod)을 용가재(filler metal) 라고도 하는데, 용접 결과의 품 질을 좌우하는 중요한 용접 재료(welding consumable)이다. 또한 용접봉 끝과 모재 사이에 아크를 발생하므로 전극봉(electrode)이라고도 한다.
금속 아크용접의 용접봉에는 비피복 용접봉(bare electrode)과 피복 용접봉(covered electrode)이 쓰이는데, 비피복 용접봉은 주로 자동이나 반자동 용접에 사용되고, 피복 아 크 용접봉은 수동 아크 용접에 이용된다.

 

피복 아크 용접의 전극으로 사용되는 용접봉으로 심선(core wire)주위에 동심원 상태로 피 복제(flux)를 균일한 두께로 도포하여 건조하여 사용한다.

피복 아크 용접봉의 경우 한쪽 끝 부분은 홀더에 고정시켜 전류를 통할 수 있도록 약 20 ~30mm정도 피복을 하지 않으 며, 다른 한쪽은 아크 발생을 쉽게 하기 위하여 약 3mm 정도 피복을 하지 않거나, 카본 (carbon)등 발화제를 발라서 아크 발생을 용이하게 하기도 한다. 또한 용접봉에는 제품의 규격을 알 수 있도록 한쪽 끝 부분에 식별색이 도포되어 있거나 상품명 혹은 규격 분류명 이 인쇄되어 있기도 한다.

피복 아크 용접봉의 크기는 심선의 지름으로 표시하게 되는데 일반적으로 심선은 1~10mm까지 있으며 길이는 200 ~ 900mm까지 다양하다.

피복 아크 용접봉이 갖추어야 할 사항은 다음과 같은 것이 있다.

 

- 용착 금속의 모든 성질을 우수하게 할 것

- 용접 작업이 용이하게 될 것

 

- 심선보다 피복제가 약간 늦게 녹을 것

- 값이 싸고 경제적일 것

- 저장 중에 변질되지 말 것

- 습기에 용해되지 않을 것

 

- 용접시 유독한 가스를 발생하지 않을 것

- 슬래그가 용이하게 제거 될 것

 

 

피복아크 용접봉

 

 

(1) 용접부의 보호방식에 따른 분류

 

피복 아크 용접봉은 피복제가 연소한 후 생성된 물질이 용접부를 어떻게 보호하느냐 에 따라 다음의 세가지로 구분된다.
(가) 가스 발생식 (gas shield) (나) 슬래그 생성식 (slag shield)
(다) 반가스 발생식 (semigas shield)

 

 

 

(2) 용융 금속의 이행 형식에 따른 분류

 

용접봉의 용적이 모재에 이행하는 형식에 따라 용접봉을 분류하면 다음과 같다.

 

(가) 스프레이형 (spray type)

 

(나) 글로뷸러형 (globular type)

 

(다) 단락형 (short circuit type)

 

 

(3) 용접 재료의 재질에 따른 종류

 

모재와 재질에 따라 용접봉을 분류하면 다음과 같다.

(가) 연강용 용접봉

(나) 저합금강용(고장력강 등) 용접봉 (다) 스테인리그강용 용접봉

(라) 주철용 용접봉

(마) 표면 경화 육성용봉

 

 

 

 

2. 연강용 피복 아크 용접봉 심선

 

심선(core wire)은 아크열에 의해 용융되었다가 다시 응고되어 용착금속(deposited metal) 을 만드는 중요한 역할을 하기 때문에 심선의 성분이 중요하다. 심선은 대체로 모재와 동 일한 재질의 것이 많이 쓰이고 있으며 될 수 있는 대로 불순물이 적은 것을 필요로 한다.
 
심선은 용접봉의 중심이 되는 부분으로서 지름이 1mm에서부터 10mm에 이르기 까지 여 러 종류가 있는데, 심선재의 제조 방법으로는 전기로, 평로, 순산소 전로 등에 의한 강괴 (steel ingot)로부터 열간 압연 및 냉간 인발에 의해 제조되며, 특별히 요구하지 않는 한 열처리는 하지 않는다.

 

심선은 용접 후 용착 금속의 균열을 방지하기 위해 저탄소에 황(S), 인(P), 규소(Si), 구리 (Cu)등의 불순물이 적게 포함 되어야 하며, 연강용의 경우 저탄소 림드강(low carbon rimmed steel)이 많이 사용된다.

용접봉의 선택은 모재의 재질, 용접 구조물의 사용목적, 용접자세, 사용 전류와 극성, 이 음의 형상 등에 따라 적정하게 선택하여 사용한다. 용접봉 심선의 화학성분은 KS D3508 에 규정되어 있다.

 

<용접봉 심선의 화학성분(KSD 3508)>

 

종 류 기 호		화 학 성 분 (%)
		C	Si	Mn	P	S	Cu
1종	SWR 11	0.09이하	0.03이하	0.35~0.65	0.020이하	0.023이하	0.20이하
2종	SWR 21	0.10~0.15	0.03이하	0.35~0.65	0.020이하	0.023이하	0.20이하

 

 

3. 피복제(Flux)

 

(1) 개요

교류 아크 용접은 비피복(non coated electrode 혹은 bare wire) 용접봉으로 용접할 경 우 아크가 불안정하고, 용착 금속이 대기로부터 오염되고 급랭되므로 용접이 곤란하거 나 매우 어렵다.
이의 시정 방법으로 피복제를 도포하는 방법이 제안되었으며, 많은 연구 노력으로 피 복배합제의 적정한 배합으로 현재에는 모든 금속의 용접이 가능하여졌으며, 이것의 발 달은 직류 아크 용접의 대안으로 발달되게 되었다. 피복제의 무게는 용접봉 전체 무게 의 10% 이상이다.

 

 

 

 

(2) 피복제의 역할 및 작용

(가) 중성 또는 환원성 분위기를 만들어 질화나 산화를 방지하고 용융금속 보호피복 제가 타면서 발생하는 가스가 용접부를 둘러싸서 산소나 질소의 침입을 막게되 며 피복제가 심선보다 늦게 녹게 되어 피복통을 이루어 공기 접근을 막는다.

(나) 아크를 안정시킨다.
교류는 1초에 120번의 전류ㆍ전압이 끊어지게 되어 아크가 연속적으로 발생될 수 없어 비교적 용접봉을 사용할 수 없게 되며, 교류에서 피복제가 열에 의해 연소된 가스의 이온화로 아크 전압을 낮추고 (아크 재발생 전압이 낮은 것이 좋음)전류가 끊어져도 계속 아크가 발생하도록 하여 아크를 안정시킨다.

 

(다) 용접을 미세화하여 용착효율을 높인다.
용적이 크면 비드표면이 거칠어지고 강도가 일정치 못하여 용착효율이 좋다는 것 은 스패터가 비이드 외부로 튀어 나가지 않고 비드를 채우게 된다는 것이다.

(라) 용착금속의 탈산ㆍ정련 작용을 한다.
용착금속에 함유된 산소나 질소, 심선이나 모재 속에 녹, 페인트 등의 불순물 등을 제거하여 정련시키는 작용을 한다. 보통 유기물, 알루미늄, 마그네슘 등 사용

(마) 용착금속에 합금 원소를 첨가한다.
용착부에 다른 원소를 첨가하여 더 좋은 성질의 용착금속을 얻으려고 할 때는 피 복제에 그 원소를 포함시켜 용착 금속에 섞여 들어가도록 한다. 이 경우 첨가 되는 합금 원소로서는 규소, 망가니즈, 규소철 등이 있다.

(바) 용융점이 낮고 적당한 점성의 가벼운 슬래그를 생성한다.

피복제로서 산화물의 용융점을 낮게 만들어 용접이 가능하도록 한다. 용융 슬래그 가 점성이 낮으면 잘 펴져서 적당히 용착 금속을 덮어주지 못하게 되고, 점성이 너 무 높아도 잘 퍼지지 않아 용착 금속을 잘 덮어주지 못하게 된다. 또한 슬래그가 유동성이 없고 무거워 용융금속 내에서 떠오르지 못하게 되면 슬래그 섞임과 같은 결함을 일으키게 된다.

(사) 용착 금속의 응고와 냉각속도를 느리게 한다.

용착 금속의 응고 속도를 느리게 함으로써 용융금속 내에 포함된 수소 가스 등의 불순물이 용착 금속의 표면에 떠오를 수 있는 시간적 여유가 있게 되므로 용착 금 속 내의 기공이나 슬래그 섞임 등을 방지할 수 가 있으며, 용착 금속의 냉각속도를 늦춤으로써 서서히 식게 되어 팽창, 수축에 의한 균열을 방지할 수 있다.

(아) 어려운 자세의 용접 작업을 쉽게 한다.
피복제가 연소되어 약간 폭발하는 듯이 미세한 용적이 용착부에 부착되므로 위보기 자세 등을 쉽게 해준다.

(자) 비드 파형을 곱게 하며 슬래그 제거도 쉽게 된다.

 

(차) 절연 작용을 한다.
용접봉을 갈아 끼울 때나 틈이 좁은 곳을 용접할 때 측면에 닿아도 아크가 발생되지 않게 한다.