제 1장 용접의 개요
*용접의 원리
원자 간의 인력이 작용하도록 원자들을 보통 10-10m(1Å)정도로 접근시켜 원자가 결합하는 것을 용접이라 한다.
기계적 접합법 - 볼트 이음, 리벳 이음과 같이 수시로 분해할 수 있는 것
야금적 접합법 - 용접, 압접, 납땜
*용접의 특징
장점 : ①자재가 절약 ②공수가 감소 ③제품의 성능과 수명이 향상 ④이음효율이 향상 ⑤ 기밀, 수밀, 유밀성이 우수
단점 : ①품질검사가 곤란 ②응력집중에 대하여 극히 민감 ③용접모재의 재질이 변질되기 쉽다 ④용접공의 기술에 의해서 이음부의 강도가 좌우 ⑤저온취성파괴가 발생될 우려가 있다 ⑥유해광선, 폭발위험이 있다
*용접의 분류
① 용접 : 모재와 용가재가 서로 녹은 상태에서 접합
② 압접 : 용접할 두 모재를 부분적으로 용융시켜 압력을 가하며 접합
③ 납땜 : 모재를 녹이지 않고 용가재만 녹여 접합
*용접자세
F : 아래보기 V : 수직자세 H : 수평자세 O․H : 위보기자세 A․P : 전자세
ASME SEC.Ⅸ QW-121 1G:아래보기(FLAT POSITION)
2G:수평자세(HORIZONTAL POSITION)
3G:수직자세(VERTICAL POSITION)
ASME SEC.Ⅸ QW-122 6G: 전자세(MULTIPLE POSITION)
*용접 방법
SMAW (Shielded metal arc welding, 피복아크용접) - 수동 용접
GTAW (Gas tungsten arc welding, TIG)
FCAW (Flux Cored arc welding)
GMAW (Gas metal arc welding, MIG)
SAW (Submerged arc welding, 잠호용접)자동용접
제 2장 피복 아크 용접 (SMAW)
*개요
피복제를 바른 용접봉과 피용접물 사이에 발생하는 전기 아크열을 이용하여 용접, 아크열은 약 6000℃정도이며 실제 이용시 3500-5000℃정도
용어
- 용적 : 용접봉이 녹은 쇳방울
- 용융지 : 용융풀, 용접봉과 모재가 녹는 쇳물부분
- 용입 : 아크열에 의해 모재가 녹은 깊이
- 용착 : 용접봉이 용융지에 녹아 들어가는 것, 이것이 응고된 금속이 용착금속
- 피복제 : 비금속물질로 아크발생을 쉽게하고 용접부를 보호하며 녹아서 슬래그가 된다
*아크의 성질
①아크 - 용접봉과 모재사이에 70-80V의 전압을 걸면 청백색의 강한 빛을 내는 아크 발생
- (직류)전압분포 : 양극과 음극 부근에서의 전압강화는 전극표면이 극히 짧은 길이의 공간에 일어나는 전압강하로 전극의 재질에 따라 변한다.
- (직류)온도분포 : 직류아크의 경우 양극쪽에 발생하는 열량은 음극쪽에 발생하는 열량 에 비해 더 높아서 일반적으로 전체의 약 60-75%의 열량이 양극쪽에서 발생
②극성효과 - 용접봉과 모재로 이루어지는 아크용접의 전극에 관련된 성질을 극성
- 직류 정극성(DCSP) : 모재가 +, 용접봉이 -로 연결된 극성, 모재의 용입이 깊다. 봉의 녹음이 느리다. 비드폭이 좁다. 일반적으로 많이 사용
- 직류 역극성(DCRP) : 모재가 -, 용접봉이 +로 연결된 극성, 용입이 얕다. 봉의 녹음이 빠르다. 비드폭이 넓다. 박판, 주철, 고탄소강, 합금강, 비철금속의 용접에 사용
- 교류 : 정극성과 역극성이 연속적으로 변하여 중간 정도의 반응을 보인다
③용입입열 - 용접부에 외부로부터 주어지는 열량
④용착현상 - 다락형, 스프레이형, 글로블러형
⑤아크 특성
- 부특성 : 전류가 작은 범위에서 전류가 증가하면 저항이 낮아져 아크전압 감소
- 절연회복특성 : 꺼졌던 아크가 보호가스에 의해 다시 일어나는 현상
- 아크길이 자기제어 특성 : 아크전압이 높아지면 용접봉의 용융속도가 늦어지고 아크전 압이 낮아지면 용융속도가 빨라져 아크길이를 제어하는 특성
⑥아크쏠림 - 용접전류에 의해 아크주위에 발생하는 자장에 의해 아크가 쏠리는 현상
방지책 - 직류대신 교류사용, 모재와 같은 금속편을 용접선에 연장하도록 가용접, 접지 점을 용접부에서 보다 멀리, 긴 용접에는 후퇴법, 짧은 아크 사용
*용접기
①용접기 특성
- 수하특성 : 부하전류가 증가하면 단자전압이 저하하는 특성
- 정전압, 상승 특성 : 부하전류가 증가해도 단자전압이 일정 혹은 다소 높아지는 특성.
- 정전류 특성 : 아크길이에 따라 전압은 변하여도 전류는 변하지 않는 특성
②직류아크 용접기(무부하 전압 50-60V)
- 발전기형 : 엔진형, 모터형이 있다. 완전한 직류 얻음. 완전한 교류전원이 없는 장소
- 정류기형 : 구조가 간단, 고장 적음, 보수가 쉽다. 소음이 적다. 완전한 직류 못 얻음
③교류아크 용접기 - 1차측은 200V, 2차측은 무부하 전압이 70-80V, 자기 누설 변압기를 써서 아크를 안정시키기 위하여 수하특성
- 가동철심형 : 가동철심으로 누설자속을 가감하여 전류조정
- 가동형 코일형 : 1차, 2차 코일 중의 하나를 이동, 누설 자속을 변화하여 전류조정
- 탭전환형 : 코일이 감긴 수에 따라 전류조정, 주로 소형
- 가포화 리액터형 : 원격조작이 간단하고 원격제어가 된다.
④교류아크 용접기의 규격 - KS C 9602에 규정, AW 240에서 AW는 교류 용접기, 240은 정격 2차 전류[A]를 뜻하고 최고 2차 무부하 전압(개로 전압)은 AW 400까지는 85(V)이 하, AW 500이상에서도 95(V)이하로 규정.
⑤역율, 효율 - 역율이 낮을수록 좋은 용접기이며 역율이 높은 것은 효율이 나쁜 용접기
정격사용율(%) = 아크발생시간×100/(아크발생시간+휴식시간)
허용사용율(%) = (정격 2차 전류)2×정격사용율/(전체용접전류)2
역율(%) = {(아크전압×전류) +내부손실}×100/(2차 무부하전압×아크전류)
효율(%) = (아크전압×전류×100)/(아크전압×전류+내부손실)
⑤부속장치
- 고주파 발생장치 : 교류 아크용접에 고주파를 병용시키면 아크가 안정되므로 작은 전 류로 얇은 판이나 비철금속을 용접할 때 아크가 불안정하게 되기 쉬울 때 이용.
- 전격 방지 장치 : 무부하 전압이 85-95V로 비교적 높은 교류 아크용접기를 휴지시간 동안에는 2차 무부하 전압을 25V이하로 유지할 수 있게 하는 장치
*용접기구
①케이블 - 유연성이 좋고 캡타이어(가는 구리선을 꼬아서 만든) 전선을 사용
②필터렌즈 - 해로운 광선으로부터 눈을 보호, 번호가 크면 차광의 크기도 커짐. 차광능력 의 등급은 용접봉의 지름 및 용접 전류에 상관관계가 있다.
*피복아크용접봉
①심선 - 대체로 모재와 동일한 재질의 것이 많이 쓰임. 단면적 약 1-10mm
②피복제
- 아크안정제 : 규산칼륨, 규산나트륨, 산화티탄, 탄산바륨 등
- 가스발생제 : 셀룰로이드, 석회석, 마그네사이트, 녹말, 목재, 톱밥 등
- 슬래그생성제 : 산화철, 루틸, 일미나이트, 이산화망간, 석회석, 규사, 장석, 형석 등
- 탈산제 : 페로망간, 페로실리콘
- 고착제 : 규산소다, 규산칼리, 아교
- 합금첨가제 : 페로망간, 페로실리콘, 페로크롬, 니켈, 구리
③연강용 피복 아크 용접봉의 기호 - KS D 7004
E 43 △ □ ← 피복제의 종류(극성에 영향)
↑ ↑ ↑
Electrode 용착금속의 용접자세(0,1 전자세 2 아래보기 및 수평 3 아래보기
저인장강도 4 전자세 또는 특정자세)
④연강용 피복 아크 용접봉의 특징
- E 4301 : 일미나이트계 ～ 연강, 조선, 건축(100℃에서 1시간 건조 후 사용)
～ 작업성 우수, 용착금속의 기계적 성질 양호
- E 4303 : 라임티타나이계 ～ 구조물(피복이 두껍다. 박판용접이 용이)
～ 기계적 성질 우수, 비드 외관 곱다. 얕은 용입
- E 4311 : 고셀룰로이스계 ～ 배관공사(식물성 유기물 함유)
～ 얇은 피복제, 강한 스프레이형, 깊은 용입, 많은 스패터, 거친 비드
- E 4313 : 고산화 티탄계 ～ 균열위험, 아크 안정적, 적은 스패터, 얕은 용입
- E 4316 : 저 수소계 ～ 후판, 큰 구조물(300-350℃, 1시간 건조후 사용)
～ 기계적 성질 안 좋음. 비드 끝 모양이 좋다.
- E 4324 : 철분 산화티탄계 ～ 저합금강, 중․고 탄소강(인장강도가 크다)
～ 적은 스패터, 고운 외관, 용입 얕다.
- E 4326 : 철분 수소계 ～ 후판, 중․고 탄소강, 능률이 좋다. 적은 스패터, 고운 비드
- E 4327 : 철분 산화철계 ～ 후판, 스프레이형 아크, 깊은 용입, 고운 외관
- 내균열성이 큰 순서
저수소계 > 일미나이트계 > 고산화철계 > 고셀룰로이스계 > 고산화티탄계
⑤보관 및 취급 - 용접봉은 건조하고 습기가 없는 장소에 보관. 보통 용접봉은 70-100℃에 서 30-60분, 저수소계는 300-350℃에서 1-2시간 건조 후 사용, 편심율은 3%이내인 것
*용접기법
①아크길이와 아크전압 - 좋은 용접을 하려면 짧은 아크를 사용하며 아크길이는 보통 심 선 지름의 1배이하(1.5-4.0mm) 정도, 아크길이가 변동하면 아크전압이 변하므로 발열량 도 변화, 아크를 처음 발생시킬 때는 찬 모재를 예열하기 위해 긴 아크 사용
②용접속도 - 모재에 대한 용접선 방향의 아크속도를 말하며 8-30cm/min이 적당
③크레이터 - 아크를 중단시키면 비드 끝에 생기는 움푹 들어간 곳, 불순물이나 편석이 남 기 쉽고 냉각 중에 균열이 발생하기 쉬워 파괴나 부식의 원인이 되므로 반드시 채워야함
제 3장 가스용접
*개요
가연 가스(아세틸렌, 수소, 도시, LP 등)와 산소와의 혼합가스의 연소열을 이용하여 용접
장점 - ①응용범위가 넓다 ②운반이 편리 ③아크에 비해 유해광선 발생저하 ④가열조절이 비교적 쉽다 ⑤설비비가 싸고 어느 곳에서나 설비가 쉽다 ⑥전기가 필요없다
단점 - ①아크 용접에 비해 불꽃의 온도가 낮다 ②열효율이 낮다 ③열집중성이 떨어진다 ④폭발의 위험성 ⑤가열범위가 커서 응력이 크고 가열시간이 오래 걸린다 ⑥금속의 탄화 및 산화될 가능성이 많다
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가스(용접) 종류 |
혼합비(산소/연료) |
최고 온도(℃) |
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산소 - 아세틸렌 산소 - 수 소 산소 - 프 로 판 산소 - 메 탄 |
1.1 ～ 1.8 0.5 3.75 ～ 3.85 1.8 ～ 2.25 |
3430 2900 2820 2700 |
*가스
①아세틸렌 - 무색 무취의 기체, 비중 0.91(15℃, 1기압에서 1ℓ의 무게는 1.17g), 물에 1배, 석유에 2배, 밴젠에 4배, 알콜에 6배, 아세톤에 25배의 용해도
- 제법 : CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca(OH)2 (1kg 당 348ℓ의 아세틸렌 가스 발생)
- 폭발성 : 406-408℃ 자연발화, 505-515℃이상 폭발, 780℃ 이상 산소없이 자연폭발
15℃에서 2기압이상 압축 분해폭발, 산소:아세틸렌 비가 85:15에서 가장 위험, 구리합 금(62%이상 구리), 은, 수은 등에 접촉 폭발
②프로판 - 프로판:산소의 혼합비는 1:45로 산소가 많이 소모되며 경제적, 쉽게 액화
③수소 - 산소:수소 1:2, 백심이 뚜렷이 없어 불꽃을 조절하기 어렵다, 납용접에만 사용
④불꽃 - 백심, 속불꽃, 겉불꽃으로 구성, 백심끝 2-3mm부분이 가장 온도(3200-3500℃)가 장 높아 이 부분으로 용접, 산화불꽃(온도가 가장 높고 산화 탈산된다), 탄화불꽃(백심 주위에 연한 제 3의 불꽃), 중성불꽃이 있다.
*용접장치
①아세틸렌용기 - 기체 상태로의 압축은 위험하므로 아세톤을 흡수시킨 다공질(목탄+규조 토) 물질을 넣고 아세틸렌을 용해 압축, 15℃ 15.5기압으로 충전사용
용적(V) = 905×(사용전 병무게 - 빈 병무게)
②산소용기 - 가스충전은 35℃, 150기압으로 충전시켜 24시간 방치 후 사용
③아세틸렌 발생기 - 카바이드 1kg이 물과 반응으로 500kcal의 열이 발생
- 투입식 : 많은 물에 카바이드 투입, 가스조절이 용이, 온도상승, 불순가스 발생이 적다.
- 주수식 : 카바이드에 물(60℃ 주수), 연속적인 가스발생을 하기 쉽다. 과열되기 쉽다
- 침지식 : 카바이드 덩어리를 물에 닿게 하여 가스 발생, 이동식에 많이 사용, 온도상 승, 불순가스 발생이 많다.
④청정기 - 발생가스의 불순물 제거, 팰트, 목탄, 코크스, 톱밥 등으로 여과
⑤안전기 - 역류, 역화, 인화시의 불꽃과 가스흐름을 차단, 토치 1개당 반드시 1개 설치
⑥압력 조정기 - 산소 조정기는 산소를 1.3kg/cm2이하로 조정하고 아세틸렌 조정기는 아세 틸렌을 0.1-0.5kg/cm2로 조정
⑦토치
팁의 능력에 따라
- 독일식 : A형, 불변압식, 니들밸브가 없는 것으로 인화 가능성이 적다. 팁번호가 용접 가능한 모재의 두께를 표시
- 프랑스식 : B형, 가변압식, 니들밸브가 있어 유량조절이 쉽다. 팁번호는 시간당 용접할 경우 소비되는 아세틸렌양으로 표시
사용압력에 따라
- 저압식 : 고압의 산소로 저압의 아세틸렌 가스를 빨아내는 인젝터 장치를 가지고 있다
- 중압식 : 아세틸렌 가스의 압력이 0.07kg/cm2이상, 등압식 토치라고도 한다
⑧주의
- 역류 : 산소가 아세틸렌 호스쪽으로 흘러 들어가는 현상
- 역화 : 불꽃이 순간적으로 팁에 흡입되고 ‘빵’하면서 꺼졌다가 다시 나타나는 현상
- 인화 : 혼합불꽃이 들어가는 현상
- 원인 : 토치 팁이 과열, 가스압력과 유량이 부적당, 연결부의 조임 불량, 팁 막힘
- 대책 : 물에 냉각하거나 팁의 청소, 유량조절, 체결을 단단히 하면 된다
⑨호스(관) : 산소는 흑색, 녹색 아세틸렌은 황색, 적색
*용접재료
①용접봉 - KS D 7005에 규정, GA46의 46은 인장강도가 46kg/mm2이상이라는 것을 NSR 은 용접한 그대로의 응력을 제거하지 않는 것, SR은 625℃정도로 풀림을 한 것, 아크용 접봉의 심선과 같으나 인이나 황 등의 유해 성분이 극히 적은 저탄소강
D = T/2 + 1 D : 용접봉의 지름 T : 모재의 두께
②용제(flux)
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금 속 |
용 제 |
금 속 |
용 제 |
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연 강 |
사용하지 않음 |
알루미늄 |
염화리듐 15%, 염화칼리 45% 염화나트륨 30%, 불화칼리 7% 염산칼리 3% |
|
반경강 |
중탄산소다 + 탄산소다 | ||
|
주 철 |
붕사 + 중탄산소다 + 탄산소다 | ||
|
동합금 |
붕사 |
*작업법
①전진법(좌진법) - 보통 5mm이하의 얇은 판이나 변두리 용접에 사용, 소용 홈각도 80°
②후진법(우진법) - 두꺼운 판, 비드가 좋다. 소요 홈각도 60°
제 4장 특수 아크 용접
*불활성 가스 아크 용접 (GTAW) (GMAW)
장점 - ①전자세 용접이 용이하고 고능률적 ②청정작용 ③피복제 및 용제가 불필요 ④산 화하기 쉬운 금속의 용접이 용이하고 용착부 성질이 우수 ⑤아크가 안정되고 스패터가 적으며 조작이 용이 ⑥강도, 기밀성 및 내열성이 우수
①불활성 가스 텅스텐 아크 용접(TIG) - 불활성 가스(Ar, He) 분위기에서 텅스텐봉을 전 극으로 써서 가스용접과 비슷한 조작방법으로 용가제를 아크로 융해하면서 용접, 텅스텐 을 거의 소모하지 않으므로 비용극식 또는 비소모식 불활성 가스 아크 용접법
- 직류 정극성 : 모재의 깊은 용입, 직경이 적은 전극에서 큰 전류를 흐르게 할 수 있다
- 직류 역극성 : 모재의 용입은 넓고 얕다. 가스이온이 모재표면에 충돌하여 산화막을 제거하는 청정작용으로 알루미늄, 마그네슘의 용접에 적합
- 교류 : 아크가 불안정하므로 고주파 발생 장치부착이 필요
②불활성 가스 금속 아크 용접(MIG) - 용가재인 전극 와이어를 연속적으로 보내어 아크를 발생시키는 방법, 용극 또는 소모식 불활성 가스 아크 용접법
- 특징 : 용접전원은 직류 역극성, 청정작용, 전류밀도가 높고 고능률적 아크용접의 4-6 배, TIG에 비해 2배 정도
- 용도 : 3mm이상의 알루미늄, 스테인레스, 구리합금, 고탄소강 등
*이산화탄소 아크 용접 (FCAW)
불활성 가스 금속 아크 용접법과 같은 원리나 불활성 가스 대신에 이산화탄소를 이용한 용극식 용접법
①특징 - 직류 역극성, 기계적 성질 개선, 가격 저렴, 용접속도가 빠르고 깊은 용입
②용도 - 교량, 철도차량, 건축, 전기기기, 자동차, 조선, 토목 등의 연강 용접시
*서브머지드 아크 용접법 (SAW)
자동 금속 아크 용접법으로 아크나 발생가스가 다같이 용제속에 잠겨져 있어서 보이지 않으므로 서브머지드 아크 용접법 또는 잠호 용접법이라 한다.
①특징
- 장점 : 빠른 용접속도, 홈각도 적어도 됨, 고운 비드, 용접이음 신뢰성이 높다. 대량생 산이 가능
- 단점 : 아크가 보이지 않아 용접부의 적부를 확인해서 용접할 수 없다. 아래보기 자세 용접 및 수평 필릿 용접에 한정, 정밀도가 좋아야 함, 설비비가 비싸다
②용제 - 용접부를 대기 중에서 보호하고 아크안정, 아크의 실드, 용융금속과 금속학적 반 응 등의 역할
- 용융형 : 1300℃이상으로 용융하여 응고시킨 다음 분쇄하여 입자를 고르게 한다.
- 소결형 : 300-1000℃ 정도의 낮은 온도에서 소정의 입도로 소결한 것
③용접작업 - 홈각도 ±5°, 루트간격 0.8mm이하, 루트면 ±1mm
④용도 - 조선, 교량, 차량, 철골구조, 가스터빈, 대형 변압 케이스, 대형 전송기 등
*플라즈마 제트 용접
아크열로 가스를 가열하여 플라즈마상으로 토치의 노즐에서 분출되는 고속의 플라즈마 제트를 이용한 용접법(열적 핀치효과 이용)
장점 - ①에너지 밀도가 크고 안정도 높다 ②비드폭이 좁고 깊은 용입 ③속도가 빠르고 적은 변형, 적은 봉소모
단점 - ①용접속도가 크므로 가스보호가 불충분 ②모재표면이 오염되었을 때 플라즈마 아 크의 상태가 변화 ③용접부 경화현상
*일렉트로 슬래그 용접
와이어와 용융슬래그 사이에 통전된 전류의 저항열을 이용, 연속주조방식에 의한 단층용접
①특징 - 두께의 제한이 없다. 변형이 적다. 특별한 홈가공이 필요치 않다. 능률이 높다
②용제(용융슬래그) - SiO2, MnO, Al2O3 등
③용도 - 터빈축, 후판 보일러, 드럼, 대형 프레스, 대형 고압탱크, 조선, 차량 등
*일렉트로 가스 용접
슬래그 용제 대신 CO2 또는 Ar가스를 보호가스로 사용하여 용접
*원자수소
2개의 텅스텐 전극 사이에 아크를 발생시키고 수소가스 유출시 열해리를 일으켜 발생되는 열을 이용하여 용접 ～ 용융온도가 높은 금속 및 비금속재료 용접(니켈, 모넬메탈, 황동 등), 고도의 기밀, 유밀을 필요로 하는 용접
*테르밋 용접
금속산화물이 알루미늄에 의하여 산소를 빼앗기는 반응인 테르밋 반응에 의해 생성되는 열을 이용 ～ 2800℃, 덧붙이기 용접에 많이 쓰임 ～ 큰 모재, 레일의 맞대기, 직경이나 환봉
*아크 스터드 용접
볼트나 환봉, 핀 등을 직접 강판이나 형강에 용접하는 방법
*아크 점 용접
겹친 두 장의 강판에 아크를 0.5-5초 정도 국부적으로 융합시키는 용접
*전자빔 용접
진공 중에서 고속의 전자빔을 형성시켜 그 전자류가 가지고 있는 에너지를 용접 열원으로 하는 용접법 ～ 기계적, 야금적 성질 양호, 적은 변형, 정밀용접 가능, 적은 용접 입열, 좁은 용접부, 깊은 용입, 활성금속 용접가능, 비싼 시설비, 두꺼운 판 용접가능, 에너지 밀도가 큼
*레이저 빔 용접
강력한 에너지를 가진 집속성이 강한 단색 광선을 이용한 용접 ～ 진공이 필요치 않다. 미세 정밀 용접 및 전기가 통하지 않는 부도체 용접도 가능
제 5장 전기 저항 용접법
*원리
용접부에 대전류를 직접 흐르게 하여 이때 생기는 줄열을 열원으로 하여 접합부를 가열하고 동시에 큰 압력을 주어 금속을 접합하는 방법
①장점 - 기능에 의한 우열이 적다. 짧은 용접시간. 대량 생산이 가능. 모재의 변형이 적다
②주울의 법칙 H = 0.238 I2Rt
*점용접
2개의 전극사이에 가압상태에서 전류를 통하면 접촉면의 전기저항에 의해 발열하며 이 저항열을 이용하여 용접 ～ 두께 0.4-3.0mm 얇은 판, 능률적으로 작업
①3대 요소 - 전류크기, 통전시간, 압력
②장점 - 표면이 평형, 재료의 절약, 구멍 ×, 작업속도가 빠름, 숙련 ×, 변형×
*심 용접
원관형 전극사이에 용접물을 끼워 용접 ～ 수밀, 유밀이 필요한 곳
①통전방법 - 단속 통전법, 연속 통전법, 맥동 통전법
②종류
- 매시 심 용접 : 겹쳐진 전폭을 가압하여 심
- 포일 심 용접 : 이음부에 같은 종류의 얇은 판을 대고 가압
- 맞대기 심 용접 : 맞댄면에 롤러로 통전시켜 접합
*프로젝션 용접
모재의 한쪽 또는 양쪽에 적은 돌기를 만들어 이 부분에 대전류와 압력을 가해 압접
～ 특징 : 열용량이 다를 경우라도 양호한 열 평형, 높은 신뢰도, 동시에 여러 점용접, 속도 가 빠르다. 수명이 길고 작업능률이 좋다. 거리가 작은 점용접 가능.
*업셋 용접법
가열속도가 늦고 용접시간이 길다. 열영향부가 넓다. ～ 불꽃 비산×, 접합부에서 빠져 나오지 않음, 가격이 싸고 간다
*플래쉬 용접법
용접강도가 크다. 정확하게 가공할 필요가 없다. 전력이 적어도 됨. 전력소비가 적다. 속도가 크다. 업셋량이 적다.
제 6장 납땜
*개요
용접모재보다 융점이 낮은 금속 또는 그들의 합금을 용가재로 하여 용가재만을 용융첨가시켜 두 금속을 이음하는 방법 ～ 납땜에서는 원자간의 상호 인력이 고체와 액체사이에서 일어난다는 점이 다른 용접과 다른 점이다.
*납땜의 종류
①연납 - 납땜 용융온도 450℃이하(납+주석)
②경납 - 납땜 용융온도 450℃이상(은납땜, 황동납땜 등)
③땜납은 용접모재와 성질이 비슷한 것을 선택하는 것이 좋다(모재와 친화력이 좋은 것).
*용제
①연납용
- 아연 : 아연 또는 아연도칠 판에 적합
- 염화아연 : 가장 보편적으로 사용(함석, 구리, 청동), 제거방법은 물→소다→물
- 염화암모니아 : 땜 인두 청정용(철, 구리), 단독으로 사용하지 않음
- 식물성 수지(비부식성 용제, 송진, 삼목지), 동물성 수지(부식성이 강함, 글리세린, 염화 아연과 혼합사용) : 100℃부근 산화물제거, 납땜부 보호작용, 전기부품
- 인산, 염산
②경납용
- 붕사 : 은납땜, 황동땜 외에는 다른 것과 혼합사용
- 붕산 : 용해도 878℃로 붕사와 혼합사용
- 불화물, 염화물 : 용제의 유동성 증가
- 알칼리 : 몰리브덴 합금강에 유용
③경합금 - 염화리듐, 염화칼리, 염화나트륨, 불화수소산, 불화칼리, 불화나트륨
*납땜방법
①인두납땜 - 구리제품의 인두, 세밀한 세공
②침투납땜 - 석유통, 통조림통 납땜, 대량생산 적합
③가스납땜 - 보통 가스불꽃은 약간 환원성, 용제는 접합면과 땜납에 발라서 사용
④저항납땜 - 작은 물건이나 다른 종류 금속의 납땜에 적합
⑤노내납땜 - 작은 물품의 대량생산에 적합
⑥유도가열납땜 - 모재의 변질이나 산화가 적고 소비전력이 적게 듬, 대량생산
제 7장 절단 및 가공
*아크 절단
보통 가스절단으로는 곤란한 금속 등에 많이 쓰이나 가스절단에 비해 절단면이 곱지 않다
①탄소아크 절단 - 탄소 또는 흑연 전극봉과 금속사이에서 아크를 일으켜 금속의 일부를 용융제거하는 절단법 ～ 직류정극성(교류) 사용, 대전류를 필요(산화방지위해 표면에 구 리도금), 300A이상의 경우는 수냉식 홀더 사용
②금속아크 절단 - 탄소전극봉 대신 특수 피복제를 입힌 전극봉 사용 ～ 피복봉 : 절단 중 3-5mm 보호통을 만듬(모재의 단락방지, 아크의 집중높임), 피복제 : 발열량이 많고 산화 성이 풍부한 것
③플라즈마제트 절단 - 고온의 픞라즈마(10000-30000℃)를 이용 ～ 금속재료나 내화물 절 단, 작동가스(아르곤 + 수소의 혼합가스 사용), 공기 또는 질소 사용할 때 환기장치 설치
④TIG 절단 - 비철금속재료 절단(알루미늄, 마그네슘, 구리 및 그 합금, 스테인레스 강 등)
⑤MIG 절단 - 절단부를 불활성 가스로 포위하고 금속전극에 대전류를 흐르게 하여 절단 (산화에 강한 금속의 절단)
*아크 에어 가우징
탄소아크절단에 압축공기를 같이 사용 ～ 용접부의 홈파기, 용접 결함부의 제거, 절단, 구멍뚫기 ～ 강판 주강, 주물, 스테인레스 강, 경합금, 황동주물에 사용
가스 가우징이나 치핑에 대한 장점
- 작업능률이 높다(가스 가우징의 2-3배). - 조작이 간단하고 소음이 없다.
- 모재에 나쁜 영향을 주지 않는다. - 속도가 빠르고 가열범위가 좁다.
- 변형이나 균열이 없다
*(아세틸렌)가스 절단
강 또는 합금강의 절단에 널리 이용되며 비철금속에는 분말가스 또는 아크절단이 이용
～ 약 850-900℃로 될 때까지 예열한 후 팁의 중심에서 고압의 산소를 불어 내어 철의 연소와 산화철의 용융과 동시에 절단
①절단장치 - 절단 토치의 팁은 절단하는 두께에 따라 임의의 크기의 것으로 교환할 수 있게 되어 있다.
- 가스토치 ～ 저압식 , 중압식
동심형 팁 : 프랑스식, 전후좌우, 곡선 자유롭게 절단
이심형 팁 : 독일식, 팁이 있는 방향만 절단, 작은 곡선 등의 절단곤란, 직선절단 능률 적, 절단면이 곱다
- 절단 산소 분출구 : 직선형(팁의 공작이 용이), 다이버젠트형(공작이 곤란, 고속절단)
②절단속도에 미치는 영향 - 산소압력, 산소의 순도, 모재의 두께, 모재의 온도, 강의 재질, 팁의 모양
*산소-프로판(LP)가스 절단
산소:LP=4.5:1로 절단용 팁은 가스의 분출속도를 늦추고 예열불꽃의 구멍을 크게 수를 늘려 잘 꺼지지 않게하며 슬리브를 약 1.5mm정도 가공면보다 길게 하여 들러싼다.
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아세틸렌 |
프로판 |
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1. 점화하기 쉽다 2. 중성불꽃을 만들기 쉽다 3. 절단개시까지 시간이 빠르다 4. 표면영향이 적다 5. 박판절단 시 빠르다 |
1. 절단상부 기슭이 녹는 것이 적다 2. 절단면이 미세하며 깨끗하다 3. 슬래그 제거가 쉽다 4. 포갬 절단속도가 아세틸렌보다 빠르다 5. 후판 절단시에 아세틸렌보다 빠르다 |
*가스가공법
①가스가우징 - 강재의 표면에 둥근 홈을 파내는 방법
- 팁 : 슬로우 다이버젠트로 설계, 끝은 구부러져 있다.
- 속도 : 절단때의 2-5배 속도로 작업할 수 있다.
- 상단한 숙련이 필요, 홈 깊이와 홈 나비는 1:1-1:3, 작업의 좋고 나쁨은 팁의 구조에 따라 다름(그림참조)
②스카핑 - 강괴, 강판, 슬래그, 기타 표면의 균열이나 주름, 주조결함 탈탄층의 표면 결함 을 불꽃가공에 의해 제거하는 방법
- 토치 : 가우징 토치에 비해 능력이 크다
- 팁 : 슬로우 다이버젠트로 설계
- 용삭홈 모양 : 수동용(원형), 자동용(4각)
- 속도 : 냉간재의 경우(5-7m/min), 열간재의 경우(20m/min)
*특수 가스 절단
①분말절단 - 주철, 고합금강, 동, 알루미늄 등 ～ 가스절단이 곤란한 금속절단부에 철분이 나 용제의 미세한 분말을 압축공기나 압축질소로 자동연속적으로 분출절단하는 것
②수중절단 - 침몰선의 해체, 교량의 개조 등에 사용 ～ 수중에 넣기 전에 점화해 작업중 에는 불을 끄지 않도록 하는 것, 점화할 때 가스를 내기전에 점화팁을 가깝게 한 다음 가스를 천천히 방출
③산소창절단 - 산소호스에 연결된 밸브가 있는 구리관에 안지름 3.3-6mm, 길이 1.5-3mm 정도의 강관을 틀어 박은 장치 ～ 모재의 시작점과 끝을 적열하고 산소를 천천히 방출시 키 면서 모재에 눌러 붙여서 산소와 모재의 화학반응에 의한 절단 ～ 용광로, 평로의 구 멍의 천공, 두꺼운 판의 절단, 주강의 슬래그 덩어리, 암석의 천공 등에 사용
제 8장 용접시공
*일반적 준비
①모재의 재질확인 ②용접기의 선택 ③용접사의 선임 ④지그(부품을 조립하는데 사용하는 도구)결정
cf)포지셔너 : 용접물을 용접하기 쉬운 상태로 놓기 위한 것
용접고정구 : 용접제품의 치수를 정확하게 하기 위해 변형을 억제하는 역할을 하는 것
*조립순서
수축이 큰 맞대기 이음을 먼저하고 필릿용접 함, 큰 구조물에서는 구조물의 중앙에서 끝을 향하여, 대칭으로 용접진행, 가접 시 약간 가는 용접봉 사용
*홈 확인 및 보수
①홈가공 - 피복아크용접의 홈각도 : 54-70°
②피복아크용접 - 간격 16mm이하일 때 한쪽, 양쪽 덧붙임, 6-16mm일 때 두께 6mm정도 의 뒷받침, 16mm이상 판의 전부 또는 일부(300mm)를 대체
③필릿용접 - 간격 1.5mm이하 다리길이로 용접, 1.5-4.5mm 그래로 용접하거나 넓혀진 만 큼 다리길이, 4.5mm이상 라이너를 넣든지 300mm이상을 잘라내어 대체
④서브머지드 아크 - 루트간격 0.8mm이하, 루트면 7-16mm
*잔류응력 제거법
①응력제거 열처리 - 용접물 전체를 로 중에서, 국부적으로 600-650℃ 가열하여 일정시간 유지한 다음 200-300℃까지 서냉하는 방법
②저온응력 완화법 - 용접선을 중심으로 하여 폭 150mm되는 부분을 150-200℃로 가열하 고 바로 냉각하는 방법
③피닝법 - 용접부를 해머로 가볍게 때려 표면에 소성변형을 주어 수축힘 완화
④기계적 처리 - 잔류응력이 큰 경우 미끄럼 변형, 압축응력이 큰 경우 압축하여 수축시키는 방법
*변형방지법
①억제법 - 모재를 가접하거나 지그를 사용하여 변형발생 억제(잔류응력 발생할 우려)
②역변형법 - 모재를 용접전에 변형의 방향과 크기를 예측하여 반대방향으로 굽혀 놓고 접(시험편, 박판)
③도열법 - 동편이나 물에 적신 석면 등을 받쳐 열을 흡수하는 방법
④대칭법 - 비드를 좌․우 대칭으로 배열함으로서 변형방지
⑤후퇴법 - 용접전 길이를 적당하게 나누어 각 구간 용접방향을 전체 용접방향에 대해 후진하는 방법
*변형교정법
박판의 점 수축법, 형재의 직선 수축법, 가열 후 해머작업, 후판의 가열 후 압력을 가하고 수냉하는 방법, 롤러 가공, 피닝, 절단하여 변형 후 재용접
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결함 |
원인 |
방지책 |
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기공 (블로우 홀) |
봉에 습기가 있을 때 용착부가 급냉 아크길이, 전류의 부적당 모재속에 S이 많을 때 |
봉과 모재 건조 예열 및 후열 전류조정과 길이 짧게 저수소계 용접봉 사용 |
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슬래그 섞임 |
슬래그 제거 불완전 운봉속도는 빠르고 전류가 낮을 때 |
슬래그 제거 철저히 운봉 속도와 전류 조정 |
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용입불량,융합불량 |
전류가 낮을 때 홈각도와 루트간격이 좁을 때 용접속도가 빠르거나 느릴 때 |
전류를 적당히 높임 각도와 루트간격 넓게 속도를 적당히 조절 |
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언더컷 |
용접전류가 높을 때 운봉이 잘못되었을 때 부적당한 용접봉 사용시 |
전류를 약하게 운봉에 주의 적합한 용접봉 사용 |
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오버랩 |
전류가 낮을 때 운봉이 잘못되었을 때 속도가 늦을 때 |
전류를 높임 운봉에 주의 속도를 알맞게 |
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균열 |
용접부에 H2가 많을 때 C, P, S 많을 때 모재의 이방성 이음의 급냉 수축 용접부에 기공이 많을 때 |
저수소계 용접봉 사용 재질에 주의 예열, 후열 충분히 기공방지에 주의 |
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선상조직 은점 |
냉각속도가 빠를 때 모재에 C, S 많을 때 H2가 많을 때 용접속도가 빠를 때 |
예열과 후열 재질에 주의 저수소계 용접봉 사용 용접속도를 느리게 |