4. 플럭스 코어드 아크용접 (FCAW; Flux Cored Arc Welding)
가. 원리
플럭스코어드(FCAW) 용접은 GMAW용접법과 작동원리에 관한 한 근본적 차이는 없으나 사용하는 와이어(용접봉)의 종류에 따라 구분되어지고있다.
즉, 솔리드와이어 대신 플럭스(복합)와이어를 사용하는 방법으로서 송급롤러에 의해 연속적으로 송급되는 용접와이어가 콘택트 팁(contact tip)을 통과할때 용접전류가 와이어와 모재간에 아크를 발생시켜 용융접합하는 방법으로 이때 용융금속을 대기로 부터 보호하기위해 토오치 노즐을 통하여 가스를 흐르게한다.
이 용접방법은 1950년도 부터 소개되기 시작해서 1972년까지 아래보기, 수평자세만을 최소 2.4mm의 와이어로 할수있었던 관계로 두께 10mm이하의 용접은 불가능 하였으나 1972년 이후 최소 1.2mm의 용접와이어가 개발됨에 따라 3.2mm정도의 박판용접도 가능하게 되었으며 용입 및 용착효율이 높아 용접 자동화의 추세에 따라 그 수요가 점차 증가되고 있다.
1) 장점
1) 아크가 안정되고 용접속도가 빠르다.
2) 피복용접에 비해 용입이 깊어 면취 개선각도를 최소한도로 줄일수있다.
3) 스패터가 적고 용접성이 양호하다.
4) MIG용접에 비해 2중 보호가스 이므로 용착금속의 산화, 질화가 적다.
5) 용접비드가 양호하고 저합금강 용접이 가능하다.
6) 용착속도(9000g/H)가 높다. 즉, 전기용접은 3150∼3200g/H이며 솔리드와이어는 약 4500∼5200g/H이다.
2) 단점
1) 용접흄 및 가스발생이 많아 밀폐된 공간에서 작업하기 곤란하다.
2) 솔리드와이어보다 가격이 비싸다.
나. 용접 장치 및 특성
1) 용접장치
GMAW와 동일하며 주로 직류 역극성 (모재 (-)극성, 용가재 (+)극성)을 사용하며 자체 실딩되는 와이어를 사용할 경우 가스 공급장치가 없이도 가능
◐ 와이어 송급장치
① 푸시(push)방식 송급장치
② 풀(pull)방식 송급장치
③ 푸시-풀(push-pull)방식 송급장치
④ 더블푸시(double push)방식 송급장치
⑤ 송급롤러:
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V형:보통 2.4mm이하의 단단한 와이어 적용
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U형:와이어 표면에 손상을 주어서는 않되는 와이어에 적용
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치차형:가압을 세게할수없을때 주로 용제가 내장된 와이어에 적용
◐ 토치종류 및 명칭
①커브형(일명:구스넥):주로 단단한 와이어 사용
②건형:알루미늄과 같이 구부려지기 쉬운 연한 와이어 사용
2) 특성
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높은 용착효율, 가동효율, 매끈하고 균일한 비드.
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다양한 모재두께 범위 재질에 적용, 수동용접보다 비교적 기능도가 덜 요구됨
3) 차폐가스
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100% CO2 주로 사용
4) 전류밀도
전류밀도는 용접봉 단위 면적당 통과하는 전류량 으로서 플럭스와이어와 솔리드와어 용접봉의 전류밀도는 차이가 있다. 플럭스 와이어의 코어(Core) 부분은 전류가 잘 통하지 않는다. 같은 사이즈의 용접봉을 비교해보면 플럭스 코어드 용접봉의 전류통과 부분이 솔리드와이어 보다 작은것을 알수있다 같은 전류에서 플러스 코어드 용접봉의전류밀도가 더 큰것을 알 수 있다. 전류밀도가 크기때문에 용접봉의 용착속도가 증가하고 용입이 더 깊어진다.
다. 용접전류
용접전류는 용입을 결정하는 가장 큰 요인이다. 이산화탄소 아크용접에 사용되는 정전압 특성의 전원은 토치선단에서 송출된 와이어를 용융시켜 아크도 유지할수 있는 필요 전류를 자동적으로 공급하는 특성을 갖게된다. 따라서 이경우의 전류조정은 와이어 송급속도를 변화하는것에 의해 조정된다.
전류를 높게하면 와이어 녹음이 빠르고 용착율과 용입이 증가한다. 전류가 지나치게 높으면 용접비드 외관이 좋지않으므로 적정한 값을 선택해야하며 일반적으로 전류값을 높이면 전압도 함께 높여주어야 양호한 용접부를 얻는다.
라. 아크전압
아크전압은 비드 형상을 결정하는 가장 중요한 요인이다.
아크전압을 높이면 비드가 넓어지고 아크전압이 지나치게 높으면 기포가 발생한다.
또한 지나치게 낮으면 볼록하고 좁은비드를 형성하고 모재와의 용융이 불안전하다
마. 용접속도
용접속도는 용접전류, 아크전압과 함께 용입깊이, 비드형상, 용착금속량 등이 결정되는 중요한 요인이 된다.
용접속도가 빠르면 모재의 입열이 감소되어 용입이 얕고 비드 폭이 좁다 반대로 늦으면 아크의 바로 밑으로 용융금속이 흘러들어 아크의 힘을 감소시켜 용입이 얕으며 비드폭이 넓은 비드를 형성한다. 반자동 용접에서는 30∼50cm/min 범위가 위빙및 직선용접에 가장좋다.
바. 와이어 돌출깊이
돌출길이는 와이어의 전기적 접촉 팁 끝으로부터 모재면과의 거리로 생각하면 되지만 실제로는 그림처럼 팁끝에서 아크첨단까지의 길이로서 와이어를 이용하는 용접법에서 중요한 요인중의 하나이다.
와이어 돌출길이가 길어지면 용접와이어의 예열이 많아지고 용접전류가 낮아진다.
와이어 돌출길이가 짧아지면 가스보호는 좋으나 노즐에 스패터 부착이 많고 작업성이 떨어진다. 팁과 모재간의 거리는 전전류 영역(200A이내)에는 10∼15mm정도, 고전류영역(200A이내)에는 10∼25mm정도가 적당하다.
사. 용접 위생 및 안전
이산화탄소와 관련되어 건강에 해를 끼치는 것은 아크내에서 CO2가 해리에 의해 생성된 일산화탄소(CO)로 부터 중독작용의 위험보다 C02의 축적으로 부터 오는 질식의 위험이 크다.
CO2 그 자체의 독성은 없으나 비중이 크기 때문에 용접하는 과정에서 작업장 바닥에 축적되기 때문에 특히 가스누설이 있으면 질식의 원인이 되므로 작업장은 통풍을 잘 시켜야 한다.