알루미늄 레저 선박 생산 공정 Part.7 TIG 용접(1)

알루미늄 레저 선박 생산 공정 Part.7  TIG 용접(1)

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목차

알루미늄 레저 선박 생산 공정 계획

알루미늄 소재 관리

알루미늄 소재 절단 가공

알루미늄 레저선박 조립용 치공구 제작

알루미늄 소재 성형

알루미늄 부재 조리

알루미늄 소재 성형

알루미늄 부재 조립

알루미늄 MIG 용접

알루미늄 TIG 용접

알루미늄 용접 검사

알루미늄 레저선박 품질 관리 

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알루미늄 TIG 용접

알루미늄 TIG 용접  

1. 알루미늄 TIG 용접, 비소모성 용접 전극와 용접봉 및 불황성 보호가스를 이용하여 용접 시 조립도 상의 각목 각장을 준수하여 양호한 품질로 용접할 수 있다. 

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1. 알루미늄 TIG 용접  

 알루미늄 TIG 용접의 개용

아크 용접은 불활성 가스를 보호가스로 사용하는데,

이는 TIG(TIG; tungsten inert gas)용접과 MIG(MIG: metal inert gas)용접으로 구분한다.

TIG 용접은 텅스텐 전극 봉을 전극으로 사용하는 비용극식(비소모식) 용접법이다.

반면 용접봉(용접 와이어)을 전 극으로 사용하는 용극식(소모식) 용접법은 MIG 용접이라고 한다.

비용극식이나 용극 식 모두 보호가스는 불활성 아르곤(Ar) 가스를 주로 사용한다.

텅스텐 아크 용접은 피복 아크 용접이나 가스 용접으로 작업이 불가능한 각종 금속의 용접에 널리 사용되고 있 다. 스테인리스나 알루미늄 합금강 등이 대표적이다

1. 알루미늄 TIG 용접의 원리  

TIG 용접에선 노재와 텅스텐 전극 사이에 아크를 쉽게 발생시키기 위한 고주파 발 생 장치가 부착돼 있다.

이같은 장치는 모재 표면과 텅스텐 전극을 직접 모재에 접 촉시키지 않아도 아크가 발생한다.

때때로 고주파 장치는 회로에 소음을 발생시켜 전자 회로에 악영향을 주는데 이를 방지하기 위해 고전압 발생 회로를 주로 사용한다.

용접 시 가스 노즐을 통해 분출되는 불활성 가스가 텅스텐 전극과 아크 및 용융 풀 등을 마치 담요로 덮은 것처럼 완전하게 공기로부터 차단, 보호한다.

용가재의 송 급은 용융풀에 수동이나 자동으로 공급하여 용접한다.

  전극으로 사용하는 텅스텐은 내열성이 강해 높은 온도에 잘 견딘다.

또 TIG 용접에 사용되는 불활성 가스인 아르곤(argon), 헬륨(helium) 등은 고온에서도 다른 물질과 반응하지 않는 성질을 지니고 있다.

이같은 성질을 이용해 용접 중 용융 금속이 공기 와 반응하지 않도록 불활성 가스로 용접부를 완전히 보호하며 작업할 수 있다.

2. 알루미늄 TIG 용접의 장단점

(1) 장점

- 다른 물질과 반응하지 않는 불활성 가스가 용접부를 마치 담요로 덮듯이 작용해

공기와의 접촉을 차단함으로써 산화, 질화 등을 방지할 수 있고 우수한 용접부를 얻을 수 있다.

- 용제(flux)를 사용하지 않으므로 슬래그(slag) 제거가 필요하지 않다.

깨끗하고 미려한 용접 비드를 만들 수 있다.

- 불활성 가스 분위기 속에서는 저전압이라도 아크가 매우 안정되므로 아크 열의 집중 효과가 우수하다.

- 얇은 판에는 용가재(filler metal)를 사용하지 않아도 양호한 용접부가 얻어진다.

가열 범위가 좁아 열에 의한 수축 변형 및 변질이 적은 우수한 용착 금속을 얻을 수 있다.

- 모든 용접 자세에서 작업이 가능하다. 특히 박판에서 작업 능률이 우수하다.

- 비철 금속을 포함한 대부분의 금속을 용접할 수 있으므로 응용 범위가 넓다  

(2)단점

- 불활성 가스와 TIG 용접기의 가격이 상대적으로 비싸 운영비 및 설치비가 많이 든다.

- 후판 용접에서는 전기 아크 용접, 탄산가스 아크 용접 등과 비교해 작업 능률이 떨어진다.

- 용접부 보호를 위해 가스를 사용하므로 옥외 작업 시 용접부 부호를 위한 방풍 대책이 필요하다.

 

 알루미늄 TIG 용접 안전 위해 요소 이해

용접은 2개, 또는 그 이상의 물체나 재료를 열에너지 또는 기계적 에너지를 이용해 접 합하는 작업이다.

부재의 절단, 접합, 제작이 일반화된 산업 현장에서 필수적인 작업이 지만, 사고 위험도 커 작업자의 안전에 유의해야 한다.

최근에는 젋은 기술자들이 현장 을 기피해 고령화된 용접 작업자들로 인한 안전 위협 요소도 대두되고 있다

1. 안전 사고의 유형 

(1) 아크 강선에 의한 사고 

TIG 용접의 불빛은 일반 전기 용접 등에 비해 전류 밀도가 높아 특히 눈 건강에 위협적이다.

이와 같은 환경에 장기간 노출되면 작업 중에는 별다른 증상이 없더 라도 후일 백내장 등

안과 질환이 발병할 수 있어 주의해야 한다.

(2) 감전 사고 

TIG 용접기의 고주파 회로는 3,000~5,000V의 고전압이어서 작업자가 항시 감전 사고 위험에 노출돼 있다.

신체가 전류에 접촉할 때, 그 충격에 의해 몸에서 근육 수축, 발열 등이 발생하는데, 이게 감전의 대표적 증상이다.

(3)아르곤 가스 사고 

TIG 용접 시엔 아르곤(Ar) 가스가 사용된다.

이 가스는 무색·무취·무미에 독성은 없다. 하지만 비중이 약 1.4 정도로 공기보다 무겁다.

만약 밀폐된 공간에서 아 르곤 가스가 누설되면 용기에 물이 담긴 것과 같은 현상이 발생한다

. 장시간 작 업 시 산소 부족에 따른 질식 사고 발생 가능성이 있다.

따라서 압력 용기 내부 나 좁고 밀폐된 공간에선 무엇보다 환기가 중요하다.

(4) 화재사고 

이 일반 용접 작업에선 스패터의 비산에 의해 화재가 많이 발생한다.

하지만 TIG 용접에선 스패터가 발생하지 않아 다른 용접법에 비해 화재의 위험성은 상대적으로 낮다.

그렇다고 해도 작업 시 화재 예방 절차와 승인은 필수적이다

(5) 폭발 사고 

석유 화학, 가스 , 정유 관련 공장등 용접이 이뤄지는 장소는 위험 물질이 산재해 있는 경우가 많다.

폭발이나 화재의 위험성이 항시 내포돼 있는 현장인 셈이다. 폭발 사고는 한 번 발생하면 여타 다른 사고와는 비교 되지 않을 정도로 인적, 물적 손실이 대규모로 발생한다. 

용접 작업 시 이에 대한 경가심을 갖고 임해야 폭발 사고를 방지 할 수 있다. 

2. 알루미늄합 용접 사고 예방 관련 법령 

용접 시 발생할 수 있는 안전사고 방지를 위한 대표적인 법령이 산업안전보건법이다.

(1) 사업장 내 관리 감독장 지정 

산업안전보건법 제14조는 사업주가 사업장의 관리감독자

(경영조직에서 생산과 관련되는 업무와 그 소속 직원을 직접 지휘·감독하는 부서의 장 또는 그 직위를 담당하는 자를 말한다)를 지정토록 하고 있다.

지정된 관리감독자는 작업자의 안전· 보건 점검 등 대통령령으로 정한 업무를 수행해야 한다.

위험 방지가 특히 필요 한 작업(대통령령으로 정하는 작업)엔 추가적인 임무가 부여된다.

소속 직원에 대 한 특별교육 등 대통령령으로 정하는 안전·보건에 관한 업무를 별도로 수행해야 한다. 사업주의 의무도 규정하고 있다.

관리감독자에게 업무 수행에 필요한 권한 을 부여할 것과

시설·장비·예산, 그 밖의 업무 수행에 필요한 지원이다.

3. 산업 안전 보건 기준에 관한 규칙

용접 시 발생할 수 있는 안전사고 방지를 위한 대표적인 법령이 산업안전보건법이다.

1) 가스 용접 등 인화성 가스, 불활성 가스 및 산소 사용 시 주의사항

(2) 금속의 용접·용단 또는 가열에 사용되는 가스 등 용기 취급 시 준수사항

(3) 통풍이나 환기가 충분하지 않고, 가연물이 있는 건축물 내부나 설비 내부에서 용접· 용단 등 화기 작업 시 준수사항

(4) 가스 집합 용접 장치를 사용하여 금속의 용접·용단 및 가열 작업 시 준수사항

(5) 탱크·보일러 또는 반응탑의 내부 등 통풍이 충분하지 않은 장소에서 용접·용단 작업 시 준수사항

최신 법령을 확인하는 습관을 기울인다. 

 

 알루미늄선박 TIG 용접 내용 파악 및 규정 검토 

1 용접 절차 지시서(WPS: welding procedure specification)의 이해

1) 용접 절차 지시서(WPS: welding procedure specification)

용접 작업은 특수 공정으로 구분돼 있다.

품질 시스템을 위한 규격상 특수 공정은 서면 절차 시방서에 따라 수행해야 한다.

때문에 각 작업은 용접 절차 지시서를 인정받아야 한다.

용접 절차 지시서(WPS: welding procedure specification)는 용접 방법에 대한 정보를 상세하게 제공한다.

선박 건조 과정에서 용접을 어떻게 진행할지 보여주는 지침서다.

지침서를 작성하는 건 용접 작업의 계획 및 품질 관리 지원을 위해서다.

모든 용접 작업은 생산 전에 계획된다.

또 용접 계획은 모든 용접 이음들에 대한 정보를 담고 있어야 한다.

용접 절차 지시서의 수준은 선택된 인정 방법과 상용돼야 한다.

인정 수준 이전의 용접 절차 지시서는 예비 용접 절차 지시서(Pre-WPS: preliminary welding procedure specification)로 분류된다.

용접 절차 지시서는 상세한 내용을 제공해야 하며, 용접 업무 관련 모든 정보를 포함해야 한다.

또 이음부들의 두께 범위와 함께 모재 및 용가재들의 종류를 포함한다.

2) 용접 절차의 인증 

용접 절차 지시서는 회사가 용접 능력을 보유하고 있음을 입증할 때 필요하다.

인증 은 용접 절차 규격에 따라야 한다. 용접 절차의 인증을 위해 우선 용접 절차 지시서를

작성해야 한다. 작업 지시서의 인증을 위해 다음과 같은 절차가 필요하다.

- 인정된 용접 절차 지시서를 기초로 작성한다.

- 용접사가 직접 관리하는 용접 절차의 필수 변수 값들을 지정해야 한다.

지정된 값 들은 기계들의 세팅 값으로 할 수도 있다.

기계의 세팅 값과 용접 절차 지시서 상 정의된 필수 및 부가 변수들이 제대로 일치된 경우에

한해서다. 모든 작업자들은 실제 용접 작업 전 인증을 받아야 한다.

3) 필요 정보

어떠한 용접사가 작업하더라도 정보를 적용하고 적합한 품질을 유지할 수 있을 정도로 상세 사항이 포함돼야 한다.

용접 절차 지시서에 명시된 정보량 및 제어 수준은 용접 이음매의 적용 및 임계성에 따라 차이가 있을 수 있다.

4) 용접사 기량 확인(WPQ: welder performance qualification)

용접 작업에 투입할 용접사의 기량을 검증하는 절차가 필요하다.

검증된 용접 절차 지시서에 따라 용접 후, 요구된 조건에 따라 용접 시험에 합격해야만 용접사의 기량을 인정한다.

5) 변수(variable) 각 코드에 명기돼 있는 용접 절차 지시서의 변수는 여러 요인에 따라서 달라질 수가 있다.

용접 방법별로 모재 및 용가재의 재질, 모재 두께, 보호가스, 용접 자세, 용접 전류, 전압, 입열량, 용접 속도, 백킹, 후열 처리 등이 영향을 주는 변수 들이다.

(1) 필수 변수(essential variable) 용접부의 기계적 성질에 영향을 주는 용접 조건 변경을 말한다.

이같은 변수 가 달라지면 용접 절차 지시서를 재작성하고, 기량 확인 테스트도 다시 해야 한다.

(2) 비필수 변수(nonessential variable) 용접부의 기계적 성질에 영향을 주지 않는 용접조건 변경을 말한다.

참고로 취급 하는 변수(variable)로는 판정의 기준이 되지 않는다.

(3) 추가 필수 변수(supplementary essential variable) 충격 값을 반영한 재료를 용접하는

경우의 판단 기준 요소다. 필수 변수와 동일 하게 작용한다

WPS 용접작업표준서

6. 용접절차지시서의 현장 적용

(1) 용접 절차 지시서 작성 절차 용접 절차 지시서는 작업 환경에 적합하게 작성해야 하는데

, 모재의 재질, 용접 방법 및 용접 사양서 등을 확인하는 절차가 필요하다.

아래와 같이 용접 절차 지 시서를 작성한다. - 적정 용접 방법의 설정

- 모재의 재질 확인

- 사양서 확인 시험

- 용접 사양서 확정

- 관련 공사 적용

- 적정 용접 재료 설정 - 용접 사양서 작성

(2) 용접 절차 지시서 배포 및 관리

- 공사별 담당자가 도면 및 용접 기록서, 용접 사양서(welding specification) 를 배포한다.

- 현장에 배포되는 모든 용접 사양 및 용접 서류는 반장 또는 용접 책임자가 접 수한다.

- 현장에 배포되는 모든 용접 사양 및 용접 서류는 용접 책임자가 관리한다.

- 용접 책임자는 용접사가 항시 용접 사양서(welding specification)를 보고 용접할 수 있도록 사양서를 작업장에 비치한다. (3) 용접 절차 지시서 현장 적용

- 해당 공사의 용접 사양서, 도면, 용접 기록서(welding record)는 용접 책임자가 접수한다. - 용접부별 적용 용접 사양서 번호를 확인한다

. - 재료별, 용접 방법별, 두께별 투입될 용접사를 확인한다. -

용접부별 재질 두께를 확인한다. 용접이 가능한 용접사를 유자격 용접사 명단에서 확인한다.

- 용접 SEAM(joint)별 선정된 용접사를 지정한다.

- 지정된 용접사(qualified welder)는 시행할 용접부의 용접 사양을 확인한다.

- 용접 사양서의 내용에 따라 용접 재료를 청구 불출하고 용접 작업을 한다.

- 용접사는 작업 후 용접 기록서에 결과를 기록한다.

 알루미늄 조립도에 따른 용접 순서 및 환경 분석 

용접은 2개, 또는 그 이상의 물체나 재료를 열에너지 또는 기계적 에너지를 이용해 접합하는 작업이다.

부재의 절단, 접합, 제작이 일반화된 산업 현장에서 필수적인 작업이 지만, 사고 위험도 커 작업자의 안전에 유의해야 한다.

용접부는 소성 영역을 발생시킨다. 또 용접부는 자체적인 수축에 의해 전체 정도가 변한다.

따라서 동일한 용접 구조물이라도 변형의 크기가 달라질 수 있는데, 이는 용접 순서에 의한 것이다.

그러므로 구조물의 형상과 작업 환경을 고려한 최적의 용접 순서 가 도출돼야 한다.

이 때 고려할 사항은 다음과 같다.

1. 도면에 이음 형식에 따른 용접 방법

- 용접에 의한 변형을 충분히 고려한다.

- 용접부의 사용 온도를 점검한다.

- 강도 상 특성에 따른이음의 특성을 고려한다.

- 구조물의 종류에 따라 외력이 다른데, 이를 고려한다.

- 용접부의 부식 여부를 고려한다

2. 구조물 이음의 특성

유형	특성
I	일반적으로 용접부 두께 6mm 이하, 홈 가공이 용이하다. 판이 두꺼워지면 완전 용입이 어렵다.
V	용접부의 두께 6~20mm 완전 용입 시, 개선 가공이 용이하다. 판이 너무 두꺼워지면 변형의 우려가 있다.
X	양쪽 용접에 의한 완전 용입으로 두꺼운 판에 유리하다. V형에 비해 변형이 적다는 장점이 있다.
U	양쪽 용접에 의한 완전 용입으로 두꺼운 판에 유리하다. V형에 비해 변형이 적다는 장점이 있다.
H	U형보다 후판에 사용된다. 충분한 용입이 된다는 장점이 있다.
Bevel V	모서리 또는 T형 필릿 용접 홈 등에 사용된다. V형에 비해 작업이 어렵다.
K	Bevel V형보다 약간 두꺼운 판에 사용된다. 밑면 따내기가 어렵다.
J	V형 및 K형보다 두꺼운 판에 사용된다

3. 용접 자세와 표기 기호 

용접 자세와 표기 기호 용접 자세와 도면에 표기된 기호는 다음 표와 같다

용접자세	설명	도면기호
아래보기 Flat positon	용접 토치를 아래로, 모재를 수평으로 놓고 용접하는 자세이다	F
수직자세  Vertical Position	용접 토치를 앞으로 향하게 하고 모재는 수직 또는 수 직면에 대해 15° 이하의 경사로 세우고 용접선은 수직 또는 15° 이하의 경사로 용접하는 자세이다	V
수평자제 Horizontal position	모재를 수평면에 대하여 직각으로 세워진 판에 용접 토 치를 앞쪽을 향하여 수평 방향으로 용접하는 자세이다.	H
위 보기 자세 Overhead position	수평으로 놓여 있는 모재의 아래쪽에서 토치를 위쪽으 로 항하여 용접하는 자세이다.	O

 

 알루미늄 용접 규정  

 

알루미늄 합금은 강도가 높고 부식에 강하다는 장점이 있다.

중량비, 인성과 저온 특성 도 우수해 항공기 부품에서부터 선박, 자동차와 같은 수송 장비 등 여러 분야에 사용된다.

또 전기와 열 전도가 높고, 표면 색이 아름다운 것도 널리 쓰이는 요인 중 하나다.

알루미늄의 내식성이 우수한 건 pH4.5~8.5의 환경에서 산화 피막이 모재를 보호하기 때문이다.

하지만 이온화 경향이 크다는 문제도 있다. 만약 부식 환경에서 Fe, Cu, Pb 등과 접촉하면 심하게 부식된다.

특히 수은은 ppm 단위만 있어도 부식이 심각하다.

알 루미늄 합금에서 MIG 용접은 Cleaning 작용에 의해 모재의 산화 피막이 제거된다.

이 때문에 아르곤 가스에 의한 보호 기능과 높은 집중열 등에 따라 외관이 우수한 용접부가 얻어진다.

실제에선 용접봉을 아크(arc)로 녹여서 용접하기가 어렵다.

알루미늄 합금의 표면에 형성된 산화물이 용융을 어렵게 하기 때문이다.

따라서 용접 금속은 모재만의 용융물이거 나 모재와 일부 용접봉의 혼합물이 되기 쉽다.

현장 용접에선 용접봉 사용이 반드시 필요한 것은 아니다. 제 살을 녹여서 시행하는 용접도 많다.

용접 시에는 용접 금속을 보호하기 위한 보호가스(Shielding Gas) 충분하게 사용해야 한다.

용접부 보호가 불충분하면, 용접 금속의 산화로 인한 결함과 기공 발생 을 피하기 어렵다

1. 알루미늄 재료의 규정 선체의 구조 부재에 사용하는 알루미늄 재료의 종류, 화학성분, 열처리 및 기계적 성질은 한국산업규격 “알루미늄 및 알루미늄 합금의 질별 기호”(KS D 0004),

“알루미늄 및 알루미늄 합금판”(KS D 6701) 및 “알루미늄 및 알루미늄 합금 압출형재”(KS D 6759)에 적합한것으로서

가공경화형(H116/H321) 압연재와

열처리형(T5: 고온 가공에서 냉각 후 인공 시효 경화 처리/T6: 용체화 처리 후 인공 시효 경화 처리) 압출형재를 사용하여야 한다.

(알루미늄선의 구조 기준 제2편 제1장 5조)

2. 알루미늄 용접의 규정 일반적으로 용접에 관해서는 산업안전보건법에서 안전 요소를 규정하고 있다.

해당 법령에선 알루미늄 선박에 대해서도 ‘알루미늄선의 구조 기준’을 특별히 규정하고 있다.

구체적으로 용접공의 기량 및 자격, 알루미늄 재료, 용접봉의 규격, 이음이 규정 돼 있다.

(알루미늄선의 구조 기준 제2편 제2장 제6조, 제2절 제7조, 제8조, 제9조

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2. 위험성평가의 단계별 내용을 숙지한다. 

(1) 위험성평가는 계획(plan), 실시(do), 확인(check) 및 검토(action)의 4단계로 성과를 창출한다.

(2) 계획(plan):  위험성평가가 안전 보관관리의 기본이며 회사 경영의 중요한 요소임을 인식하고 계획한다.

(3) 실시(do)

(가) 관리자는 위험성평가의 실시와 관련해서 사업주를 보좌하여 위험성평가를 위한 업 무에 기인하는 유해·위험 요인을 파악하고 그 결과에 따라 개선 조치를 실시한다.

(나) 관리자는 근로자를 비롯한 위험성평가 관계자에 대한 교육훈련을 실시한다.

(4) 확인(check)

(가) 사업장의 실질적인 유해 위험 요인의 제거 여부를 확인한다.

(나) 사업장 안전보건 수준 향상 여부를 확인한다.

(다) 노동력 보호 및 기업 이미지 제고 여부를 확인한다

(라) 산업안전보건 자율관리 체제와 사업장 자율안전보건 관리시스템의 구축 여부를 확인한다

 (5) 검토(action)

(가) 위험성평가가 형식적으로 수행되는지 여부를 검토한다.

(나) 산업재해 예방시설에 대한 선별 투자에 따른 산업재해 예방 투자 총액을 검토한다.

위험성평가를 인정받으면 20%의 산재보험료를 감면받을 수 있으며,

안전보건에 대한 산재 예방요율제 사업주 교육 인정을 받는 경우 10%의 산재보험료를 감면받을 수 있다

 

 

 알루미늄선박 TIG 용접 준비하기  

1. 용접 제품의 질은 본 용접뿐 아니라 용접 전의 준비 작업에도 미치는 영향이 크다.

용접 준비는 용접 작업의 주요 부분이다.

용접 준비는 일반적으로 모재 재질 확인, 용접 기 상태 확인, 용접공 선임, 용접봉 선택, 지그의 결정 등을 의미한다.

또 알루미늄 선 체 구조물의 치수와 종류에 따른 용접 방법 선택, 용접기 주변 기기 선택도 용접 준비의 주요 항목이다.

TIG welding process

TIG 용접기 개요

 

1. 용접 주변 기기 상태 준비 알루미늄 용접 작업 착수 전, 반드시 용접 기기 상태를 확인하고 점검해야 한다.

(1) 전극봉

텅스텐 전극봉은 순 텅스텐봉과 토륨(thorium)을 1~2% 포함한 토륨 텅스텐봉으로 나뉜다.

토륨 텅스텐 전극봉은 순 텅스텐봉에 비해 전자 방사 능력이 크다.

따라서 전극 온도가 낮아도 전류 용량을 크게 할 수 있다.

또 저전류나 저전압에서도 아크 발생이 쉽고, 전극의 소손과 소모가 적은 장점이 있다. 단 가격은 비싸다.

- 순 텅스텐(green): 상대적으로 덜 중요한 부위의 용접에 사용한다.

가격이 싸 고 비교적 낮은 전류에서 여러 종류의 금속 용접에 탁월하다.

주로 교류 전원 의 용접에 이용된다.

- 1% 토륨 텅스텐(yellow): 순 텅스텐보다 가격은 비싸지만, 수명이 길고 아크 발생이 쉽다.

아크가 안정되고 전극봉이 오염될 염려가 적어 직류 전원 용접에 많이 이용한다.

- 2% 토륨 텅스텐(red): 1% 토륨 텅스텐보다 수명이 길다.

전극봉 끝을 뾰족하고 길게 해 항공기 부품 같은 박판 및 정밀 용접에 주로 사용한다.(직류 전원)

- 탄소 전극봉: 낮은 전류를 쓰는 용접에서만 사용하며 비교적 아크 발생이 쉽다.

전극봉의 소모가 많고 전극봉이 잘 부러진다는게 단점이다.

(2) 보호가스 공급 장치

보호가스 공급 장치

아르곤 가스는 1기압 기준 약 6,500L의 양이 14~15MPT 고압으로 충전돼 있 다.

사용 시에는 고압 용기에 압력 조정기를 부착시켜 가스의 사용 압력을 2단으로 감압한 뒤

가스의 유량을 일정하게 공급할 수 있는 유량계에 의해 공급된다

. 압력 조정기를 통과한 가스는 유량계에 의해 조정된다. 유량계는 부유식과 회전식이 있다.

어느 것이든 용접에 적합하도록 정밀하게 조정되는 것을 선택해야 한다

(3) 보호가스(shield gas)

아르곤 가스는 아크가 안정적이어서, 주로 헬륨 가스를 혼합시켜 사용한다.

이렇 게 되면 안전한 아크와 깊은 용입을 동시에 확보할 수 있다.

알루미늄 용접에선 아르곤 가스 25%와 헬륨 가스 75% 또는 각각 50%씩 혼합시켜 사용한다.

알루미늄 용접에서는 특히 가스의 순도가 중요하다. 불순물은 가스 제조 과정에서 들어갈 수 있다.

작업 시 압력 조정기에서 호스를 통해 토치로 나올 때 습기나 공기, 먼지 등이 혼입되는 경우도 있어 주의가 필요하다.

특징	아르곤(Argon)	헬륨(Helum)
열적 핀치력	낮다	높다(열의 발생이 많다)
아크 전압	낮다(열의 발생이 적다)	높다(열의 발생이 많다)
아크 발생	헬륨보다 쉽다	아르곤 보다 어렵다.
열영향부	헬률보다 넓다	아르곤보다 좁다
가스 소모량	적다 (분자량 40)	많다 (분자량4)
모재 두께	박판에 좋다( 열의 발생이 적다)	후판에 좋다. (열의 발생이 많다)
청정 작용	있다(DCEP, AC)	없다
용입(penetration)	얕다	깊다
기타	수동 용접에 좋다	자동 용접에 좋다.

 

보호가스	장점
Ar	25mm 이하: 용융 금속 이동 형태와 아크 안정성이 좋고 스패터가 적다.
Ar(35%)+He(65%)	25-75mm: 순 Ar보다 용접 입열이 크다
Ar(25%)+He(75%)	75mm 이상: 용접 입열이 최대로 되고 기공이 감소된다

(4) 가스 퍼징 TIG 용접에 사용되는 가스는 용접 작업 전에 5~10분간 퍼징을 실시한다.

(5) 토치 라이너

(가) 라이너는 콘튜이트 케이블 끝에 5~7mm 길게 조립한다.

(나) 라이너 내부에 이물질의 여부를 확인하고 이물질이 있으면 에어로 제거한다.

(6) 토치(torch)

(가) 누수되는 부분이 있는지를 확인하다.

(나) 플러그의 유격은 없도록 잘 조립한다.

(다) 노즐 고정 너트는 나사산이 3산 이하가 되도록 설치한다.

Tig torch parts

 

티그 토치 단명

(7) 냉각수 순환

(가) 냉각수 양이 충분한지 확인한다.

(나) 냉각수의 투명 관에 공기가 섞여 나오는지 확인한다.

(다) 이물질이 섞이지 않도록 주기적으로 교체해야 한다.

(라) 겨울철엔 물과 부동액을 2:1 비율로 혼합해 사용한다.

 

2. 용접기 상태 확인

 

1) 수랭식 용접기 수랭식 TIG 용접 장치는 제어 장치, 보호 가스 공급 장치, 냉각수 순환 장치, 토 치로 구성되어 있다.

일반적으로 사용되고 있는 TIG 용접기는 수동식이다.

장치가 복잡하나 습득하기 어려운 수준은 아니다. 용접 재료의 특성 및 형상에 따라 매뉴얼 순서대로 하나씩 조작해 가면서 용접한다.

용접기는 토치에 부착돼 있는 핸드 스위치 또는 족 답 스위치를 누르는 것으로 작동한다.

아르곤 가스와 냉각수가 토치로 흐르는 상 태를 확인하고,

토치와 모재 사이 아크를 발생시켜 용접되는 상태를 점검한다. 용접 후 아크를 끊으면 냉각수와 가스의 흐름이 멈춘다.

가스 타이머에 의해 가스 흐름은 수초 간 흐른 후 정지된다. 이 기능은 용접 크레이터 부위의 산화를 방지하는 역할을 하므로 용접 전에 반드시 확인해야 한다.

(2) 반자동 용접기

반자동 용접기는 토치를 손으로 조작하고 용가재는 자동으로 송급된다.

용가재는 송급 속도 조정기에 의해 일정한 속도로 송급된다.

용가재 송급 방식은 2가지로 푸시 방식(push type)과 풀 방식(pull type)이 있다.

푸시 방식(push type)은 와이어 송급 장치에 의해 와이어가 룰러의 마찰 작용으로 밀려나와 송급이 진행 된다.

풀 방식(pull type)은 토치에 소형 와이어 송급 장치가 내장돼 릴에 감긴 외이어가 토치로부터 송급돼 용접된다.

반자동 TIG 용접기는 토치의 스위치를 누르면 아르곤 가스가 흐르기 시작하고, 아크가 발생해 모재가 용융되었을 때 용가재를 송급시켜 용접이 진행된다.

용가재는 별도로 설치된 와이어 송급 장치로부터 컴포지트 튜브(composite tube) 를 거쳐 일정한 속도로 공급돼 전극 선단에서 용융되어 용착된다.

용접이 끝나면 아크 발생이 중단되고 몇 초 후 가스 타이머에 의해 가스 흐름이 정지된다.

반자동 TIG 용접기는 탄소강, 스테인리스강 등 얇은 판 용접에 많이 사용된다. 하지만 알루미늄 등 경합금은 용접 변수에 따른 조건의 설정이 까다로워 거의 사 용하지 않는다.

(3) 자동 용접기

자동 용접기는 와이어 릴, 와이어 송급 장치 등이 이동 대차 위에 설치돼 있고, 이 대차가 일정한 속도로 용접선을 따라 이동하며 용접되는 방식이다.

자동 용접은 용접 선이 직선적일 때, 자동 용접 장치의 이동 대차 궤도를 평행하게 설치해서 작업한다.

텅스텐 전극과 모재 면의 간격을 일정하게 유지하면서 이 음 면을 따라 움직이며 용접한다.

이때 텅스텐 전극이 열에 의해 소모가 많으므 로 아크 길이가 자연히 길어져 일정하지 않게 된다.

모재도 반드시 수평이 되지 않기 때문에 아크 길이를 일정한 간격으로 유지하는게 어렵다.

이처럼 아크 길 이가 변할 때 토치를 상하로 조정이 가능한 기구에 설치해 아크 전류가 항상 일정하게 유지되도록 자동으로 조절하는 게 필요하다.

이와 같은 아크 길이 제어 기구를 장착한 자동 TIG 용접 장치는 곡면의 용접에도 응용할 수 있다.

 

 

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알루미늄 레저 선박 생산 공정 Part.7 알루미늄 TIG 용접 (1)  

전반적인 생산 공정 알루미늄 TIG 용접 (1) 준비 과정까지 정보에 대해 알아보았습니다.

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출처 
「알루미늄선박의 건조 단위공정별 작업표준에 대한 고찰 - 강병재 (2005)」

 「알루미늄합금제 연안소형어선의 설계 및 건조공법 연구 - 구현모 외 2명(2007).」
『Journal of the Korea Ship Safety Technology Authority』.