피복아크 용접봉 피복제에 대한 이해와 용접봉 관리 - 2

(3) 아크 분위기

 

피복제는 아크열에 분해되어 많은 양의 가스를 발생하며, 가스의 근원은 주로 피복제 중의 유기물, 탄산염, 습기 등에서 발생한다. 
저수소계에서는 수소 가스가 극히 적고, 일미나이트계, 고셀룰로오스계 봉에서는 일산화탄소와 수소 가스가 대부분을 차지하고, 여기에 이산화탄소와 수중기가 소량 포함되 어 있다. 이들 가스가 용융 금속과 아크를 대기로부터 보호한다. 

 

 

밑에 표는 각종 용접봉에 따른 아크 분위기 생성을 나타냈다. 

 

<아크 분위기 생성(%)>  

피복 아크 용접봉	CO	CO2	H2	H2O
E4301	49.2	4.6	34.4	11.8
E4301 (건조)	57.0	5.1	27.1	10.0
E4311	44.6	3.4	38.8	13.2
E4311 (건조)	45.8	3.1	42.2	8.9
E4313	39.2	3.7	43.5	16.9
E4313 (건조)	41.2	4.1	37.8	16.9
E4316	50.8	27.6	6.0	14.7
E4316 (건조)	50.7	31.0	3.9	14.7

주 : 110℃ 2시간 건조 

 

 

 

 

(4) 피복 배합제의 성분

 

피복제는 유기물과 무기물의 분말을 적당히 배합하여 고착제를 사용, 도포한 것이며 그 조성은 복잡하고 종류도 많다. 용접봉은 같은 규격품이라도 각 제조 회사에 따라 특징 있는 용접봉을 생산하고 있다. 피복제 중에 포함되어 있는 주요 성분은 아크 안 정제, 가스 발생제, 슬래그 생성제, 탈산제, 고착제 등이 있으며 이들의 역할은 다음과 같다.

(가) 아크 안정제

아크에 부드러운 느낌을 주고 잘 꺼지지 않도록 하려면, 피복제에 포함되어 있는 성분이 아크열에 의하여 이온화하기 쉬워야 한다. 그러면 아크 전압도 낮아 지고 아크는 안정된다. 특히 교류 아크 용접에서는 재점호 전압이 낮을수록 좋으므로 아 크 안정제의 역할이 중요하다. 

규산칼륨(K2SiO3), 규산나트륨(Na2SiO3), 산화타이타늄(TiO2), 석회석(CaCO3)등은 좋은 아크 안정제이다. 

 

(나) 가스 발생제 
이 물질은 가스를 발생하여 아크 분위기를 대기로부터 차단하여 용융금속의 산화 나 질화를 방지하는 작용을 한다. 녹말, 목재톱밥, 셀룰로오스(cellulose), 석회석 등 이 가스 발생제에 속한다.

 

(다) 슬래그 생성제 
슬래그는 용융금속의 표면을 덮어서 산화나 질화를 방지함과 아룰러 그 냉각을 천 천히 한다. 더욱 중요한 것은 탈산 작용을 돕고 용융금속의 금속학적 반응에 중요 한 작용을 하며, 용접 작업성에도 큰 영향을 끼친다. 
산화철, 루틸(rutile, TiO2), 일미나이트(ilmenite, TiO2FeO), 이산화망가니즈(MnO2), 석 회석(CaCO3), 규사(SiO2), 장석(K2OㆍAl2O3ㆍ6SiO2), 형석(CaF2)등이 사용됨. 

 

(라) 합금 첨가제 
용융 금속 중에 합금 원소를 첨가하여 그 화학 성분을 조성하는 것이다. 첨가제로 는 페로 망가니즈, 페로 실리콘, 페로 크로뮴, 니켈, 페로바륨 등이 있다. 

 

(마) 고착제 
피복제를 단단하게 심선에 고착시키는 것으로 규산나트륨(NaSi3,물유리), 규산칼륨 (K2SiO3) 등이 있다. 

 

(바) 탈산제 
용착 금속 중에 침입한 산소를 제거하는 것으로 규소철(Fe-Si), 망가니즈철(Fe-Mn), 타이타늄철(Fe-Ti)등의 철합금 또는 금속망가니즈, 알루미늄 분말 등이 있다. 피복제의 성분은 크게 광석과 같은 무기물과 셀룰로오스, 펄프 등의 유기물로 나눌 수 있다.

 

 

<피복배합제의 성질> 

원료	아 크 안 정 제	슬 래 그 화	탈 산 제	환 원 가 스 발 생 제	산 화 성	합 금 제	유 동 성 증 가	고 착 제	슬래그 박리성 증가
탄산나트륨(NaCO3)ㆍ중탄산나트륨(NaHCO3)ㆍ산성백토	○	○
탄산칼슘(K2CO3)ㆍ생석회(CaO)ㆍ석회석(CaCO3)	○	○
황혈염[K4Fe(CN)6]	○	○					○
형석(CaF2)	○	○					○
붕사(Na2B4O7)ㆍ붕산(H3BO3)ㆍ고토(MgO)ㆍ제강슬래그		○							○
탄산마그네슘(MgCO3)ㆍ알루미나(Al2O3)ㆍ빙정석(Na3AlF6)		○					○
규사(SiO2)ㆍ이산화망가니즈(MnO2)	○	○			○		○
산화타이타늄(TiO2)ㆍ석면	○	○					○		○
적철강(Fe2O3)ㆍ자철강(Fe3O4)ㆍ사철	○	○			○		○		○
페로실리콘ㆍ페로타이타늄ㆍ페로바나듀			○			○
산화몰리브데넘ㆍ산화니켈					○	○
망가니즈ㆍ페로망가니즈ㆍ크로뮴ㆍ페로크로뮴			○			○
알루미늄(Al)ㆍ마그네슘(Mg)			○
니켈ㆍ니크로뮴선ㆍ구리(Cu)						○
규산나트륨(물유리)ㆍ규산칼륨	○	○						○
소맥분	○		○	○				○
면사ㆍ면포ㆍ종이ㆍ목재톱밥	○		○	○
탄가루			○	○		○
해초ㆍ아교ㆍ카세인ㆍ젤라틴ㆍ아라비아 고무ㆍ당밀				○				○

 

 

(5) 용접봉의 보관 및 취급

 

용접봉은 적정 전류값을 초과해서 사용하면 좋지 않으며, 너무 과도한 전류를 사용하면 용접봉이 과열되어 피복제에는 균열이 생겨 피복제가 떨어지는 수가 있다. 뿐만 아니라  과도한 전류는 많은 스패터를 유발시킨다. 용접봉은 용접 중 피복제가 떨어지는 일이 없 도록 작업 중에도 휴대용 건조로에 보관하여야 한다. 또 용접 작업자는 용접전류, 모재의 준비, 용접자세 및 건조 등 용접 사용조건에 대하여는 용접봉 제조사 측의 권장 사항을 숙지하여 작업토록 관리 되어야 한다.

용접봉 특히 피복제는 습기에 민감하므로 흡수된 용접봉을 사용시 기공이나 균열이 발생 할 우려가 있으므로 1회에 한하여 재건조(re-baking)하여 사용토록 제한하는 경우가 일반 적이며, 건조하고 습기가 없는 장소에서 보관하여야 한다.