가스 금속 아크 용접

가스 금속 아크 용접(GMAW)은 때로는 MIG(Metal Inert Gas)와 MAG(Metal Active Gas)의 하위 유형으로 언급되기도 하는 용접 공정으로 소모성 MIG 와이어 전극과 공작물 금속 사이에 전기 아크가 형성되어 공작물 금속을 가열하여 (용융 및 결합)하게 하는 것이다.와이어 전극과 함께 보호 가스가 용접 건을 통해 공급되어 공정이 대기 오염으로부터 보호된다.

이 과정은 반자동 또는 자동일 수 있다.정전압, 직류전원은 GMAW와 함께 가장 일반적으로 사용되지만, 교류뿐만 아니라 정전류 시스템도 사용할 수 있다.GMAW에는 구상, 단락, 스프레이, 펄스 스프레이라고 불리는 4가지 금속 전달 방법이 있는데, 각각 뚜렷한 특성과 그에 상응하는 장점과 한계를 가지고 있다.

원래 1940년대에 알루미늄과 기타 비철 소재를 용접하기 위해 개발된 GMAW는 다른 용접 공정에 비해 용접 시간이 빨라 곧 강철에 적용되었다.불활성 기체의 비용은 몇 년 후 이산화탄소와 같은 반 삽입 기체의 사용이 보편화되기 전까지 강철에서의 사용을 제한했다.1950년대와 1960년대 동안의 추가 개발은 그 과정을 더욱 융통성 있게 만들었고, 그 결과 그것은 고도로 사용되는 산업 과정이 되었다.오늘날 GMAW는 가장 일반적인 산업용 용접 공정으로, 다용도, 속도, 로봇 자동화에 대한 비교적 쉬운 공정을 선호한다.차폐 금속 아크 용접 등 차폐 가스를 사용하지 않는 용접 공정과 달리 실외나 다른 이동 공기 영역에서는 거의 사용되지 않는다.관련 프로세스인 플럭스 코어드 아크 용접은 종종 차폐 가스를 사용하지 않고 대신 속이 비어 플럭스로 채워진 전극 와이어를 사용한다.

발전.

가스 금속 아크 용접의 원리는 험프리 데이비가 1800년 짧은 펄스 전기 호를 발견한 후 19세기 초에 이해하기 시작했다.^[1]바실리 페트로프는 1802년 (1808년 이후 다비에 이어)에 연속 전호를 독자적으로 생산했다.^[1]1880년대에 이르러서야 이 기술은 산업적 이용을 목적으로 개발되었다.처음에는 탄소 아크 용접에 탄소 전극이 사용되었다.1890년까지, 금속 전극은 니콜라이 슬라브야노프와 C. L. Corn에 의해 발명되었다.1920년에 GMAW의 초기 전임자가 제너럴 일렉트릭의 P. O. 노벨에 의해 발명되었다.전극 와이어가 없는 직류를 사용하고 아크 전압을 사용해 공급 속도를 조절했다.용접공기의 발전이 그 후 10년이 지나도록 이루어지지 않았기 때문에 용접을 보호하기 위해 차폐 가스를 사용하지 않았다.1926년에 또 다른 GMAW의 선구자가 출시되었지만, 실용적으로는 적합하지 않았다.^[2]

1948년 GMAW는 바텔 기념 연구소에 의해 개발되었다.그것은 더 작은 직경의 전극과 H. E. 케네디가 개발한 정전압 전력을 사용했다.높은 증착률을 제시했지만, 불활성 기체 가격이 높아 비철 소재로 사용을 제한하고 비용 절감을 막았다.1953년에는 용접 대기로 이산화탄소를 사용하는 것이 개발되었고, 용접 강철을 보다 경제적이게 만들었기 때문에 GMAW에서 빠르게 인기를 얻었다.1958년과 1959년에는 GMAW의 짧은 아크 변형이 발표되어 용접의 다기능성을 높이고 보다 작은 전극 와이어와 보다 발전된 전원 공급장치에 의존하면서 얇은 소재의 용접이 가능해졌다.그것은 빠르게 가장 인기 있는 GMAW 변종이 되었다.

스프레이 아크 이행 변화는 1960년대 초에 개발되었는데, 실험자들이 불활성 가스에 적은 양의 산소를 첨가하였다.보다 최근에는 펄스 전류가 적용되어 펄스 스프레이 아크 변화라는 새로운 방법이 생겨났다.^[3]

GMAW는 특히 산업 환경에서 가장 인기 있는 용접 방법 중 하나이다.^[4]판금 산업과 자동차 산업에서 광범위하게 사용되고 있다.그곳에서 이 방법은 종종 호 스폿 용접, 리벳 용접 또는 저항 스폿 용접에 사용된다.로봇이 공작물과 용접건을 처리해 제조를 가속화하는 자동 용접에도 인기가 높다.^[5]GMAW는 드래프트가 차폐 가스를 소멸시키고 오염물질이 용접에 침투할 수 있기 때문에 야외에서 잘 수행하기가 어려울 수 있다.^[6] 플럭스 코어드 아크 용접은 시공과 같은 실외 사용에 더 적합하다.^[7][8]마찬가지로, GMAW의 차폐 가스는 수중 용접에 적합하지 않으며, 이는 차폐된 금속 아크 용접, 플럭스 코어드 아크 용접 또는 가스 텅스텐 아크 용접을 통해 보다 일반적으로 수행된다.^[9]

장비

가스 금속 아크 용접을 수행하기 위해 기본적으로 필요한 장비는 용접 건, 와이어 피드 유닛, 용접 전원 공급 장치, 용접 전극 와이어, 차폐 가스 공급 장치 등이다.^[10]

용접 건 및 와이어 피드 유닛

일반적인 GMAW 용접 건은 제어 스위치, 접점 팁, 전원 케이블, 가스 노즐, 전극 도관과 라이너, 가스 호스 등 다수의 핵심 부품을 가지고 있다.조작자가 누를 때 제어스위치, 즉 트리거는 전선 공급, 전력, 차폐 가스 유량을 개시하여 전호를 타격한다.일반적으로 구리로 만들어지며 때로는 화학적으로 처리하여 스패터를 줄이는 접촉 팁은 전원 케이블을 통해 용접 전원과 연결되어 전극으로 전기 에너지를 전달하면서 용접 부위로 전달된다.전기 접촉을 유지하면서 전극이 통과할 수 있도록 해야 하므로 단단히 고정하고 적절한 크기를 가져야 한다.접점 팁으로 가는 도중에 전극 도관과 라이너에 의해 와이어가 보호되고 안내되어 버클링을 방지하고 중단 없는 와이어 피드를 유지하는데 도움이 된다.가스 노즐은 보호 가스를 용접 구역으로 고르게 유도한다.일관되지 않은 흐름은 용접 부위를 적절히 보호하지 못할 수 있다.노즐이 클수록 차폐 가스 흐름이 커지며, 용융지를 더 크게 개발하는 고전류 용접 작업에 유용하다.보호 가스 탱크에서 나오는 가스 호스가 노즐에 가스를 공급한다.때로는 용접건에도 물호스가 내장돼 고온 작업 시 총의 온도를 식힌다.^[11]

전선 공급 장치는 전극을 도관을 통과하여 접점 팁으로 구동하여 작업물에 공급한다.대부분의 모델은 일정한 공급 속도로 와이어를 공급하지만, 보다 진보된 기계는 호 길이와 전압에 따라 공급 속도를 변화시킬 수 있다.일부 와이어 피더는 최대 30m/min(1200인치/min)^[12]의 공급 속도에 도달할 수 있지만 반자동 GMAW의 공급 속도는 일반적으로 2~10m/min(75~400인치/min)이다.^[13]

공구 스타일

가장 일반적인 전극 홀더는 반자동 공랭식 홀더다.압축된 공기는 적당한 온도를 유지하기 위해 그것을 통해 순환한다.용접 랩 또는 버트 조인트에 낮은 전류 레벨과 함께 사용된다.두 번째로 흔한 유형의 전극 홀더는 반자동 수냉식인데, 여기서 유일한 차이점은 물이 공기를 대신한다는 것이다.용접 T 또는 코너 조인트에 더 높은 전류 레벨을 사용한다.세 번째 일반적인 홀더 유형은 수냉식 자동 전극 홀더로, 일반적으로 자동화된 장비와 함께 사용된다.^[14]

전원 공급 장치

가스 금속 아크 용접의 대부분의 용도는 정전압 전원 공급 장치를 사용한다.그 결과, 호 길이(전압과 직접 관련됨)의 변화는 열 입력과 전류의 큰 변화를 초래한다.호 길이가 짧으면 훨씬 더 큰 열 입력이 발생하여 와이어 전극이 더 빨리 녹아서 원래 호 길이가 회복된다.이를 통해 작업자가 휴대용 용접 건으로 수작업으로 용접해도 호 길이를 일정하게 유지할 수 있다.유사한 효과를 얻기 위해 정전류 전원을 아크 전압 제어 와이어 피드 장치와 조합하여 사용하는 경우도 있다.이 경우 호 길이가 변경되면 상대적으로 일정한 호 길이를 유지하기 위해 와이어 공급 속도가 조정된다.드문 경우지만, 특히 알루미늄과 같이 열전도율이 높은 금속의 용접을 위해 정전류 전원과 전선 공급 속도 단위가 결합될 수 있다.이를 통해 작업자는 용접에 대한 열 입력에 대한 추가적인 제어를 할 수 있지만, 성공적인 수행을 위해서는 상당한 기술이 필요하다.^[15]

교류는 GMAW에서는 거의 사용되지 않으며, 대신 직류를 사용하고 전극은 일반적으로 양극으로 충전된다.양극은 열 농도가 높은 경향이 있기 때문에 공급 와이어의 용융 속도가 빨라져 용접 침투 및 용접 속도가 빨라진다.특수 에미시브 코팅 전극 와이어를 사용해야 극성을 되돌릴 수 있지만, 대중적이지 않기 때문에 음전하를 띤 전극은 거의 사용하지 않는다.^[16]

전극

전극은 MIG 와이어라고 불리는 금속 합금 와이어로, 선택, 합금 및 크기는 주로 용접되는 금속의 구성, 사용 중인 공정 변화, 조인트 설계 및 재료 표면 조건에 기초한다.전극 선택은 용접의 기계적 특성에 큰 영향을 미치며 용접 품질의 핵심 요인이다.일반적으로 완성된 용접 금속은 용접 내부의 불연속성, 막힘 오염물 또는 다공성과 같은 결함이 없는 기초 재료와 유사한 기계적 특성을 가져야 한다.이러한 목표를 달성하기 위해 다양한 전극이 존재한다.상업적으로 구할 수 있는 모든 전극은 산소 다공성을 방지하기 위해 실리콘, 망간, 티타늄, 알루미늄과 같은 탈산화 금속을 소량 함유하고 있다.질소 다공성을 피하기 위해 티타늄과 지르코늄과 같은 변성 금속이 함유된 것도 있다.^[17]프로세스 변화 및 용접되는 기본 재료에 따라 GMAW에 사용되는 전극의 직경은 일반적으로 0.7 ~ 2.4 mm(0.028 ~ 0.095 in)이지만 4 mm(0.16 in)까지 클 수 있다.일반적으로 최대 1.14mm(0.045인치)^[18]까지 가장 작은 전극은 단락 금속 전달 프로세스와 관련이 있는 반면, 가장 일반적인 분사 전달 프로세스 모드 전극은 일반적으로 최소 0.9mm(0.035인치)이다.^[19][20]

차폐가스

차폐 가스는 질소, 산소 등 대기 가스로부터 용접 부위를 보호하기 위한 가스 금속 아크 용접에 필요하며, 전극, 아크 또는 용접 금속과 접촉할 경우 융접 결함, 다공성, 용접 금속 부스러기 등의 원인이 될 수 있다.이 문제는 모든 아크 용접 프로세스에서 흔히 발생한다. 예를 들어, 이전 SMAW(Shielded-Metal Arc 용접 프로세스)에서 전극은 아크로 용해될 때 이산화탄소의 보호 구름을 진화시키는 고체 플럭스로 코팅된다.그러나 GMAW에서는 전극 와이어에 플럭스 코팅이 되어 있지 않으며, 용접을 보호하기 위해 별도의 차폐 가스를 사용한다.이를 통해 용접 후 쌓이는 플럭스의 단단한 잔류물인 슬래그를 제거하고 완성된 용접을 드러내기 위해 잘라내야 한다.^[21]

차폐 가스의 선택은 몇 가지 요인에 따라 결정되며, 가장 중요한 것은 용접되는 재료의 유형과 사용 중인 공정 변동에 따라 결정된다.아르곤과 헬륨과 같은 순수 불활성 기체는 비철 용접에만 사용된다. 강철을 사용할 경우 적절한 용접 침투(아르곤)를 제공하지 못하거나 불규칙한 호를 발생시키고 스패터(헬륨 포함)를 촉진하지 못한다.반면 순수 이산화탄소는 깊은 관통 용접을 허용하지만 산화물이 형성되도록 유도해 용접의 기계적 특성에 악영향을 미친다.저렴한 비용으로 매력적인 선택이지만 아크 플라즈마의 반응성 때문에 스패터는 피할 수 없고 얇은 소재를 용접하는 것이 어렵다.그 결과 아르곤과 이산화탄소는 75%/25% ~ 90%/10%의 혼합물에 자주 혼합된다.일반적으로 단락 GMAW에서는 이산화탄소 함량이 높을수록 다른 모든 용접 매개변수(전압, 전류, 전극 유형 및 직경)가 동일하게 유지될 때 용접 열과 에너지가 증가한다.이산화탄소 함량이 20% 이상 증가함에 따라 분무 전달 GMAW는 특히 전극 직경이 작을수록 점점 더 문제가 되고 있다.^[22]

아르곤은 또한 다른 가스, 산소, 헬륨, 수소, 질소와 혼합되어 있다.(위에서 언급된 높은 농도의 이산화탄소와 같이) 산소를 5%까지 첨가하는 것이 스테인리스강을 용접하는 데 도움이 될 수 있지만, 대부분의 용도에서 이산화탄소가 선호된다.^[23]산소가 증가하면 보호 가스가 전극을 산화시켜 전극에 탈산화제가 충분히 들어 있지 않으면 퇴적물에 다공성이 생길 수 있다.특히 산소가 처방되지 않은 용도에 사용되었을 때 과도한 산소는 열영향부에 침식을 초래할 수 있다.아르곤-헬리움 혼합물은 극도로 불활성이며, 비철 재료에 사용할 수 있다.헬륨 농도가 50~75%일 경우 헬륨의 이온화 온도가 높아져 필요한 전압을 높이고 아크의 열을 증가시킨다.수소는 때때로 니켈과 두꺼운 스테인리스강 공작물을 용접하기 위해 작은 농도(최대 약 5%)로 아르곤에 첨가된다.고농도(최대 25% 수소)에서는 구리와 같은 전도성 재료를 용접하는 데 사용할 수 있다.단, 다공성 및 수소분해성을 유발할 수 있으므로 강철, 알루미늄 또는 마그네슘에는 사용해서는 안 된다.^[21]

3개 이상의 가스가 혼합된 차폐 가스도 이용할 수 있다.아르곤, 이산화탄소, 산소의 혼합물은 용접강용으로 시판된다.다른 혼합물은 아르곤-산소 결합에 소량의 헬륨을 첨가한다.이러한 혼합물은 더 높은 아크 전압과 용접 속도를 허용한다고 주장된다.헬륨은 또한 소량의 아르곤과 이산화탄소가 첨가되어 때때로 기체 역할을 하기도 한다.그러나 공기보다 밀도가 낮기 때문에 헬륨은 공기보다 밀도가 높은 아르곤보다 용접 부위를 보호하는 데 덜 효과적이다.또한 훨씬 더 활력이 넘치는 아크 플라즈마로 인해 아크 안정성과 침투 문제, 스플래터 증가로 이어질 수 있다.헬륨은 다른 차폐 가스보다 실질적으로 더 비싸다.다른 전문적이고 종종 독점적인 가스 혼합물은 특정 용도에 더 큰 이익을 주장한다.^[21]

독성이 있음에도 불구하고 미량의 질소산화물을 사용해 훨씬 더 골치 아픈 오존이 아크에서 형성되는 것을 막을 수 있다.

바람직한 차폐 가스 흐름 속도는 주로 용접 기하학, 속도, 전류, 기체의 유형 및 금속 이행 모드에 따라 결정된다.평면을 용접하려면 용접 그루브 재료보다 높은 유량이 필요하며, 가스가 더 빨리 분사되기 때문이다.일반적으로 용접 속도가 더 빠르다는 것은 적절한 커버리지를 제공하기 위해 더 많은 가스를 공급해야 한다는 것을 의미한다.또한 높은 전류는 더 큰 흐름을 필요로 하며, 일반적으로 아르곤을 사용하는 경우보다 적절한 커버리지를 제공하기 위해 더 많은 헬륨이 필요하다.아마도 가장 중요한 것은 GMAW의 네 가지 주요 변형은 서로 다른 차폐 가스 흐름 요건을 가지고 있다는 점이다. 단로 및 펄스 스프레이 모드의 작은 용융지의 경우 일반적으로 약 10 L/min(20ft³/h)이 적합한 반면 구상체 전달의 경우 약 15 L/min(30ft³/h)이 바람직하다.일반적으로 분무 전달 변화는 높은 열 입력과 따라서 더 큰 용융지로 인해 더 많은 차폐 가스 흐름이 필요하다.일반적인 가스 흐름량은 약 20–25 L/min (40–50 ft³/h)이다.^[13]

GMAW 기반 3D 프린팅

GMAW는 또한 3-D 프린팅 금속 물체에 저렴한 비용으로 사용되어 왔다.^[24][25][26]다양한 오픈소스 3-D 프린터는 GMAW를 사용하기 위해 개발되었다.^[27] 알루미늄으로 제작된 이러한 부품들은 전통적으로 제조된 부품들과 기계적인 강도에 의해 경쟁한다.^[28]첫 번째 층에 불량 용접을 형성함으로써, GMAW 3-D 프린팅 부품을 해머로 기판에서 제거할 수 있다.^[29][30]

작전

대부분의 용도에서 가스 금속 아크 용접은 기본 용접 기법을 숙달하는 데 1~2주 이상이 필요하지 않은 상당히 간단한 용접 과정이다.숙련된 작업자가 용접을 할 때에도 용접 품질은 여러 외부 요인에 따라 달라지기 때문에 변동할 수 있다.모든 GMAW는 위험하지만 차폐된 금속 아크 용접과 같은 일부 다른 용접 방법보다는 덜 위험할 수 있다.^[31]

테크닉

GMAW의 기본 기술은 복잡하지 않기 때문에 대부분의 개인들은 적절한 훈련과 충분한 연습을 전제로 몇 주 안에 합리적인 숙련도를 달성할 수 있다.대부분의 공정이 자동화됨에 따라, GMAW는 정확한 아크 길이 유지에 대한 용접자(작업자)의 부담을 덜어주고, 용융지에 필러 금속을 공급하며, 차폐된 금속 아크와 같은 다른 수동 용접 공정에서 필요한 조정된 작업을 수행한다.GMAW는 용접자가 용접 부위를 따라 적절한 위치와 방향으로 총의 방향을 안내할 뿐 아니라 총의 가스 노즐을 주기적으로 청소하여 스퍼터 축적을 제거해야 한다.추가 기술에는 용접되는 재료와 와이어 크기를 위해 전압, 와이어 공급 속도 및 가스 유량이 정확하도록 용접기를 조정하는 방법을 아는 것이 포함된다.

비교적 일정한 접촉 팁 대 작업 거리(스틱 아웃 거리)를 유지하는 것이 중요하다.과도한 스틱아웃 거리는 와이어 전극이 조기에 녹아 스퍼터링 아크를 유발할 수 있으며, 보호 가스가 빠르게 분산되어 용접의 품질을 저하시킬 수도 있다.이와는 대조적으로, 불충분한 스틱아웃은 총의 노즐 내부에 스퍼터가 쌓이는 속도를 증가시킬 수 있으며, 극단적인 경우에는 총의 접촉 팁에 손상을 줄 수 있다.돌출 거리는 GMAW 용접 프로세스 및 용도에 따라 다르다.^{[32][33][34][35]}

용접에 상대적인 총의 방향도 중요하다.공작물 사이의 각도를 이등분하도록, 즉 필릿 용접의 경우 45도, 평평한 표면을 용접하는 경우 90도로 고정해야 한다.이동 각도, 즉 납 각도는 이동 방향에 관한 총의 각도로, 일반적으로 대략 수직으로 유지되어야 한다.^[36]그러나 바람직한 각도는 사용되는 차폐 가스의 종류에 따라 다소 변화한다. 순전한 불활성 가스를 사용하는 경우 토치 바닥은 종종 상단 섹션 앞에 약간 있는 반면 용접 대기가 이산화탄소일 때는 그 반대다.^[37]

위치 용접, 즉 수직 또는 오버헤드 조인트 용접에는 적절한 용접 침적 및 용입이 보장되도록 직조 기법을 사용해야 할 수 있다.위치 용접에서 중력은 용해된 금속이 웅덩이 밖으로 빠져나와 분화구 및 언더커팅을 유발하는 경향이 있는데, 이는 약한 용접을 생성하는 두 가지 조건이다.직조하는 것은 어느 한 지점에서 퇴적되는 금속의 양을 제한하기 위해 끊임없이 핵융합 영역을 이동시킨다.그러면 표면 장력은 용해된 금속이 굳을 때까지 웅덩이에 있는 것을 돕는다.위치 용접 기술 개발에는 약간의 경험이 필요하지만, 대개는 곧 익는다.

품질

GMAW에서 가장 보편적인 품질 문제 중 두 가지는 찌꺼기와 다공성이다.제어되지 않을 경우 연성 용접이 약해지고 감소할 수 있다.Dross는 알루미늄 GMAW 용접에서 특히 일반적인 문제로, 일반적으로 전극이나 기본 재료에 존재하는 산화 알루미늄 또는 질화 알루미늄 입자에서 발생한다.전극과 공작물은 표면의 산화물을 제거하기 위해 와이어 브러시로 닦거나 화학적으로 처리해야 한다.대기 중이든 보호 가스가든 용융지와 접촉하는 모든 산소는 또한 찌꺼기를 유발한다.그 결과 불활성 차폐 가스의 충분한 흐름이 필요하며, 움직이는 공기의 용접은 피해야 한다.^[38]

GMAW에서 다공성의 주요 원인은 용융지에 가스가 끼이는 것으로, 가스가 빠져나가기 전에 금속이 굳을 때 발생한다.가스는 보호 기체나 공작물의 불순물뿐만 아니라 지나치게 길거나 격렬한 호에서 발생할 수 있다.일반적으로 가스가 끼이는 양은 용융지의 냉각 속도와 직결된다.알루미늄 용접부는 열전도도가 높기 때문에 특히 냉각 속도가 빨라져 다공성이 추가되기 쉽다.이를 줄이려면 공작물과 전극이 깨끗하고 용접 속도가 감소하며 전류가 충분한 열 입력과 안정적인 금속 전달을 제공할 수 있을 정도로 높게 설정되어야 하지만 아크가 안정적으로 유지될 만큼 충분히 낮아야 한다.예열은 용접 부위와 모재 사이의 온도 구배를 줄여 냉각 속도를 줄이는 데 도움이 될 수 있다.^[39]

안전

적절한 예방 조치를 취하지 않으면 어떤 형태의 아크 용접도 위험할 수 있다.GMAW는 전호를 사용하기 때문에 용접사는 아크 자체에 대한 노출을 최소화하기 위해 무거운 장갑과 보호용 긴 소매 재킷 등 적절한 보호복을 착용해야 하며, 강도 높은 열, 스파크, 핫 메탈도 착용해야 한다.호의 강한 자외선 복사는 노출된 피부에 햇볕에 그을린 듯한 손상을 줄 수 있으며, 호 눈, 각막에 염증 또는 장기간 노출될 경우 눈의 망막에 돌이킬 수 없는 손상을 일으킬 수 있다.기존의 용접 헬멧에는 이러한 노출을 방지하기 위해 어두운 면판이 들어 있다.신형 헬멧 디자인은 아크 노출 시 스스로 어두워지는 액정 타입의 페이스 플레이트를 특징으로 한다.폴리염화비닐 플라스틱 필름으로 만들어진 투명한 용접 커튼은 아크 노출로부터 주변 근로자와 방관자를 보호하기 위해 자주 사용된다.^[40]

용접기는 종종 유해 가스 및 공기 중 입자 물질에 노출된다.GMAW는 다양한 종류의 산화물의 입자를 함유한 연기를 생산하며, 입자의 크기가 가스의 독성에 영향을 미치는 경향이 있다.입자가 작을수록 더 큰 위험이 따른다.이산화탄소와 오존의 농도는 환기가 불충분할 경우 위험할 수 있다.다른 주의사항으로는 가연성 물질을 작업장에 가까이 두지 않는 것, 그리고 근처에 작동하는 소화기를 두는 것 등이 있다.^[41]

금속 이행 모드

GMAW의 세 가지 이송 모드는 구상형, 단락형, 스프레이형이다.변형된 단락 회로와 펄스 스프레이를 포함하여 이 세 가지 전송 모드에는 몇 가지 인정된 변화가 있다.^[42]

구상체

입상 금속 이행 GMAW는 높은 열, 낮은 용접 표면, 스퍼터 등을 생산하는 경향이 있기 때문에 3대 GMAW 변종 중 가장 바람직하지 않은 것으로 간주된다.이 방법은 원래 GMAW를 사용하여 강철을 용접하는 비용 효율적인 방법으로 개발되었는데, 이 변화는 아르곤보다 비용이 덜 드는 차폐가스인 이산화탄소를 사용하기 때문이다.높은 증착률로 최대 110mm/s(250인치/min)의 용접 속도를 낼 수 있다는 것이 경제적 장점이었다.^[43]용접을 할 때 전극에서 용해된 금속덩어리가 전극의 끝에 쌓이는 경향이 있는데, 종종 전극 자체보다 직경이 큰 불규칙한 형태로 나타난다.방울이 마침내 중력이나 단락에 의해 분리되면 공작물에 떨어져 표면이 고르지 못하고 종종 튀는 현상이 발생한다.^[44]용융된 큰 방울의 결과로 인해 공정은 일반적으로 평평하고 수평적인 용접 위치로 제한되며, 두꺼운 공작물이 필요하며, 결과적으로 더 큰 용융지가 발생한다.^[45][46]

단락

GMAW와의 용접 강재의 추가 개발로 인해 전류가 구상체 방식보다 낮은 SCT(단락 전달) 또는 단락 아크 GMAW로 알려진 변화가 일어났다.전류가 낮아짐에 따라 짧은 아크 변동에 대한 열 투입량이 상당히 감소하여 용접 부위의 왜곡 및 잔류 응력 감소와 동시에 얇은 소재를 용접할 수 있게 된다.입상 용접에서처럼 녹은 물방울이 전극 끝에 형성되지만 용융지로 떨어지는 대신 와이어 공급 속도가 낮아져 전극과 용융지 사이의 간극을 메워준다.이로 인해 단락이 발생하고 아크가 꺼지지만 용융지의 표면 장력이 전극 팁에서 용융된 금속 비드를 빼낸 후 빠르게 재점화된다.이 과정은 초당 약 100회 반복되어 호가 인간의 눈에 일정하게 보인다.이러한 유형의 금속 이행은 입상 변화보다 용접 품질이 우수하고 스패터가 적으며 용접 재료의 증착 속도가 느리지만 모든 위치에서 용접이 가능하다.비교적 좁은 밴드 내에서 용접 프로세스 매개변수(볼트, 전류 및 와이어 공급 속도)를 설정하는 것은 안정적 호(대부분의 경우 일반적으로 100~200A)를 17~22V로 유지하는 데 매우 중요하다.또한 짧은 아크 전달을 사용하면 아크의 에너지가 낮고 용융지가 급속하게 얼기 때문에 두꺼운 재료를 용접할 때 융접이 부족하고 용입이 불충분할 수 있다.^[47]입상 변화처럼 철금속에만 사용할 수 있다.^[20][48][49]

콜드 메탈 트랜스퍼

얇은 소재의 경우 단락이 등록될 때 전류를 줄여 초 당 많은 드롭을 발생시키는 냉금속전달(CMT)을 사용한다.CMT는 알루미늄에 사용될 수 있다.

스프레이

스프레이 트랜스퍼 GMAW는 GMAW에서 사용된 최초의 금속 트랜스퍼 방식으로, 불활성 차폐 가스를 사용하면서 알루미늄과 스테인리스강을 용접하는 데 적합했다.이 GMAW 공정에서 용접 전극 금속은 전극에서 시험편까지 안정적인 전기 아크를 따라 빠르게 전달되어 본질적으로 스퍼터를 제거하여 고품질의 용접 마감을 초래한다.전류와 전압이 단락 전달 범위를 넘어 증가함에 따라 용접 전극 금속 이행은 큰 입구에서 작은 방울을 거쳐 최고 에너지에서 기화 스트림으로 전환된다.^[50]이러한 GMAW 용접 공정의 기화 스프레이 전달 변동은 단락 전달보다 높은 전압과 전류가 필요하며, 그 결과 열 입력이 높고 용융지 면적이 넓기 때문에(일정한 용접 전극 직경의 경우) 일반적으로 약 6.4mm(0.25인치) 이상의 두께의 공작물에만 사용된다.^[51]

또한 큰 용융지 때문에 평평한 용접 위치와 수평 용접 위치로 제한되는 경우가 많으며 수직 하향 용접에도 사용되기도 한다.일반적으로 루트 패스 용접에는 실용적이지 않다.^[52]작은 전극을 낮은 열 입력과 함께 사용하면 다용성이 증가한다.스프레이 아크 GMAW의 최대 증착률은 상대적으로 높다. 약 600mm/s(1500인치/min)^[20][43][53]

펄스 스프레이

분사 전달 모드의 변화인 펄스-스프레이는 분사 전달 원리에 기초하지만 펄스 전류를 사용하여 주입 와이어를 녹이고 각 펄스와 함께 작은 용융 방울 1개가 떨어질 수 있다.펄스는 평균 전류를 낮춰 전체적인 열 입력을 감소시켜 용융지와 열에 영향을 받는 구역의 크기를 감소시키는 동시에 얇은 공작물을 용접할 수 있게 한다.맥박은 단락이 일어나지 않기 때문에 안정된 호를 제공하고 스퍼터는 없다.이것은 또한 이 공정이 거의 모든 금속들에 적합하도록 만들고 두꺼운 전극 와이어도 사용할 수 있다.용융지가 작을수록 가변성이 높아져 모든 위치에서 용접할 수 있다.짧은 아크 GMAW와 비교하여 이 방법은 다소 느린 최대 속도(85 mm/s 또는 200 in/min)를 가지며, 이 공정에서는 보호 가스가 주로 낮은 이산화탄소 농도의 아르곤이어야 한다.또한 초당 30~400 펄스 사이의 주파수로 전류 펄스를 제공할 수 있는 특수 전원이 필요하다.그러나 이 방법은 낮은 열 투입이 필요하며 얇은 공작물뿐만 아니라 비철 소재를 용접하는 데도 사용할 수 있어 인기를 얻었다.^{[20][54][55][56]}

플럭스 코어 와이어-피드 아크 용접과의 비교

단순성과 휴대성을 위해 플럭스 코어, 자기 차폐 또는 가스가 없는 와이어-공급 용접이 개발되었다.^[57]이것은 기존 GMAW의 가스 시스템을 피하고 고체 유속이 들어 있는 코어 와이어를 사용한다.이 플럭스는 용접 중에 기화하여 보호 가스의 플럼을 생성한다.이 화합물은 '플룩스'로 설명되기는 하지만 거의 활동이 없으며 대부분 불활성 방패 역할을 한다.와이어의 직경은 유사 가스 차폐 용접의 직경보다 약간 더 크므로 플럭스를 위한 공간을 확보할 수 있다.솔리드 와이어의 경우 0.6mm에 비해 사용 가능한 최소 직경은 0.8mm이다.실드 증기는 불활성보다는 약간 활성적이기 때문에 공정이 항상 MAGS이지만 MIG(Inert Gas Shield)는 아니다.이는 공정을 알루미늄이 아닌 강철로 제한한다.

이러한 기체 없는 기계들은 GMAW 고체 전선에 주로 사용되는 DCEP가 아닌 DCEN으로 작동한다.^[57]DCEP 또는 DC 전극 양극은 용접 와이어를 양극으로 충전된 양극으로 만들어 아크의 가장 뜨거운 면이다.^[58]DCEN에서 DCEP로 전환할 수 있는 경우, 가스 차폐 와이어 피드 기계를 플럭스 코어 와이어에도 사용할 수 있다.

플럭스 코어드 와이어는 기존 노즐에서 나오는 실드 가스보다 바람에 날아갈 가능성이 적기 때문에 현장 실외 용접에 다소 유리하다는 평가를 받고 있다.^[59][60]약간의 단점은 SMAW(스틱) 용접과 마찬가지로 용접 비드 위에 약간의 플럭스가 쌓일 수 있어 패스 사이에 더 많은 세척 과정이 필요하다는 것이다.^[59]

플럭스코어 용접 기계는 취미로 하는 수준에서 가장 인기가 있는데, 그 이유는 기계가 약간 단순하기 때문이다. 그러나 주로 렌트 실린더를 통해서나 일회용 실린더의 높은 비용으로 실드 가스를 제공하는 비용을 피하기 때문이다.^[59]

참고 항목

• 플럭스 코어 아크 용접
• 용접 공정 목록

참조

참고 문헌 목록

추가 읽기

• Blunt, Jane; Balchin, Nigel C. (2002). Health and Safety in Welding and Allied Processes. Cambridge, UK: Woodhead. ISBN 978-1-85573-538-5.
• Hicks, John (1999). Welded Joint Design. Industrial Press. ISBN 978-0-8311-3130-2.
• Minnick, William H. (2007). Gas Metal Arc Welding Handbook Textbook. Tinley Park: Goodheart–Willcox. ISBN 978-1-59070-866-8.
• Trends in Welding Research. Materials Park, Ohio: ASM International. 2003. ISBN 978-0-87170-780-2.

외부 링크

위키미디어 커먼스는 가스 금속 아크 용접 관련 매체를 보유하고 있다.

• ESAB 프로세스 핸드북
• OSHA 안전보건 주제 - 용접, 절단 및 브레이징
• 가스 금속 아크 용접에서의 흄 형성률 - 1999년 용접 저널의 연구 기사

• [1]