가스메탈아크용접기의 이해(MIG / MAG용접기)

[에스엠웰텍]

가스메탈아크용접기의 이해(MIG / MAG용접기)

 Co2 용접이란

Co2를 사용하여 용접하는 방법은

모두 전기를 이용하여 용접을 하는것이고.산소용접은 말 그되로 전기를 사용하지 않고 아세틸렌 , LPG . LNG 가스에 산소나 공기를 혼합하여 불꽃을 일으켜 용접 및 절단을 하는 장치 입니다.

Co2용접 이라고 하면

Co2가스를 사용하여 용접을 행하는 것을 말합니다.Co2 가스로 가장 많이 사용되는 용접방법은 GMAW(Gas Metal Arc Welding/가스메탈아크용접) / FCAW(Flux Cored Arc Welding/플럭스코아드아크용접)이고 용접봉으로는 연강용인 탄소강 소재 를 가장 많이 사용됩니다.참고로 조금 더 설명을 하면 모재 및 용접봉의 종류에 따라 Co2가스 와 불활성가스인 아르곤(Argon/Ar)가스를 혼합하여 사용하는 MAG 용접법이 있습니다.

Co2가스 용접의 원리및 용접 방법은 아래와 같습니다

 1.원리 :
기본적으로 용가재로서 작용하는 소모성 Wire를 일정한 속도로 용융지에 송급하면서 전류을 통하여 Wire 와 모재 와 모재 사이에 Arc을 일으켜 용접하는 방법이며 용융부위는 가스노즐을 통하여 공급되는 보호가스에 의하여 대기로 보호된다.Ar과 같은 불활성 가스로 부터 보호 되는것을 MIG 용접이라 하고 순수한 탄산가스만으로 사용하는 탄산가스 아크용접(Co2용접) 과 탄산가스 와 Ar을 혼합하여 용접하는 MAG용접으로 분류된다.

2.장,단점 :
GMAW용접은 SMAW보다 능률적이고 Wire가 나오므로 대전류 밀도가 형성되어 SMAW의 6배가량 높다(용착속도가 증가된다), 또한 용접로봇이나 자동화 용접이 가능함으로 용접 생산성을 높일수 있으며 결점으로 장비가 SMAW보다 복잡하고 고가이면서 Co2 용접의 경우 스파타(Spatter)가 다량으로 발생하여 노줄(Nozzle)을 막음으로 보호가스의 기능을 방해하여 용접 비드(Bead)가 좋지 못하게 되거나 용접품질의 저하을 가져올수 있다.
장점으로 용접봉의 연속공급으로 wire의 교체작업이 불필요함으로 시간적 손실이 절감되고 생산능률이 증대하고 슬래그(Slag가 없음으로 Slag 제거에 따른 시간적 손실을 절감할수 있고 용접재료 손실감소 와(95%이상의 용착효율, SMAW는 60%) 전류밀도가 높음으로 깊은 용입을 가져 올수 있다.
단점으로 용접장비가 무거워 이동이 곤란하고 구조가 복잡함으로 고장율이 많다, 더우기 용접 토오치가 접근하기 힘든 구조물에 용접이 불가능하고 바람이 부는 옥외의 작업시 보호가스가 충분한 역활을 할수 없음으로 별도의 방풍막을 형성해야 한다.

3.용융금속의 이행형태

이행형태에 있어 변수로 작용 하는것은 용접재료, 보호가스,용접조건 등을 들수 있으며 용적에 작용하는 힘으로 중력과 표면장력,전자기력,항력 이 있다.중력 과 전자기력, 항력 은 전류의 크기에 따라 영향을 받지만 표면장력은 전류의 영향을 거의 받지 않으며 전류가 낮으면(225A 이하) 표면장력의 영향은 크게 된다, 전자기력은 250A 이상에서 큰힘으로 작용한다.

금속이행의 분류

Mode에 따라 2가지로 나뉘는데

1.Wire 선단에서 생성된 wire의 용적이 아크 기둥을 거쳐 용융지로 이행하는 자유비행이행(Free Flight)이 있고 이것은 용적의 입자에 따라 입상용적(Globular) 과 스프레이(Spray)이행으로 나뉜다.

2.다른 하나는 Wire선단이 순간적으로 모재 와 접촉하여 가교을 형성한 상태로 용융금속의 용융지로 흘러들어가는 형태로 단락이행(Drop,Short)이라 한다.

단락이행 :
단락이행은 보호가스의 조성에 상관없이 저전류,저전압 에서 나타나는 이행의 형태로 단락과 동시에 용접전압은 급격히 감소하고 용접전류는 급 상승함으로 용접봉의 용융금속이 모재로 이행하게 되며 이때 작용하는 힘으로 표면장력과 전자기력에 의한 핀치효과로 용융금속의 이행을 촉진한다.(초당 100회이하) 단락이행에 작용하는 힘중 표면장력의 크기는 보호가스의 조성에 따라 변화하고 따라서 보호가스의 조성은 단락기간 과 횟수에 큰영향을 준다.

입상이행 :
GMAW에서 저전류 사용시 나타나는 이행 형태이며 보호가스가 Co2 또는 He 인 경우는 사용가능한 모든 전류범위에서 나타나는 이행형태이다. 특징으로 Wire의 직경보다 용융지의 직경이 2~3배정도 크며 용적이 용융지와 직접 맞 닺지 않는 것이 특징이다. 작용하는 힘으로 중력에 의하여 2~3배 큰 용적이 자유로이 낙하하는 형태이며 초당 수십에서 수백으로 이행한다. 이러한 이행의 형태에서 아크길이가 짧아지거나 아크전압이 낮아지면 선정된 용적이 용융지와 접촉하여 순간적으로 전류상승으로 단락되어 가열됨으로 폭발하여 심한 스파터(Spatter을 발생시킨다.
입상이행이 안정적으로 이루어지기 위하여는 용적이 완전히 이탈 할수있는 정도의 아크길이을 유지 하는것이 필요하다.
입상이행에서 보호가스의 조성은 아크의 안정성과 용접 이행에 커다란 영향을 미치는데 Ar 사 용시 용적의 형태는 구형으로 Drop이행의 형태을 가져오고 Co2 사용시는 보호가스가 하단부에 깔림으로 아크을 완전히 감싸주지 못함으로 전자기력 반발력으로 용적이 안정치 못하게 되며 반발(Repelled)이행을 한다.

스프레이 이행 :
Ar gas을 주성분으로 전류가 일정범위을 넘어가면(천이전류 영역) Spray이행의 형태을 갖는다. (천이전류 영역이하 이면 입상이행) Wire의 직경보다 작은 용적을 초당 수백회 이상으로 이행하는 형상으로 전자기력 힘이 주로 작용하여 이행하는 형태이며 전자기력은 Wire의 축에 수직한 방향으로 작용하여 핀치효과가 있어 용적이 일정량 이상으로 증가하면 wire의 선단 으로부터 이탈시켜 용융지로 투사하는 원리이다.
Spray형태에서 전류가 증가하면 프로젝티드(Projected),스트리밍(Streaming),회전(Rotation)이행으로 전환된다.
천이전류의 영역은 강종 및 Wire의 직경에 따라 또는 사용되는 보호가스의 종류에 따라 차이가 있으며 연강의 경우 wire의 직경이 0.9,/1.2,/1.6mm일때 사용되어지는 보호가스가 Ar+O2(2%)을 혼합하여 사용하면 천이전류는 165A,220A,275A로 각각 분류할수 있다. 스테레인스강(Stainless Used Steel)의 경우 연강(Mild Steel) 과 같은 Wire의 직경을 사용할 경우 170A,225A,285A로 각각 분류되고, 알류미늄의 경우 강(Steel) 의 특성을 고려하여 순수Ar gas을 사용하였을 경우 95A,135A,180A로 분류할수 있다.

*더 자세한 자료는

다음 카페의  sammiwelding에서 용접에 관한 종합적인 이해(카페지기)의 2번 항목은 Co2 가스의 원리에 대하여 자세히 다루어고 ,산소(가스)용접에 대하여는 34번 힝목에 가스용접의 원리 및 이해에 다루어으니   참고 바랍니다.

CO2용접토치는 아래 사진처럼 제작하여 사용

와이어피더에서 와이어를 공급하면 토치속 스프링라이너를 통하여

토치끝 콘닥트팁을 통하여 용접부까지 공급이되고 용접실드가스로 사용하는 CO2가스는 와이어피더 가스니플에 토치에서나온 가스호스를 연결하여 토치속을 거쳐 토치끝 노즐에서 품어주게 되여있습니다

토치구조를 보면

와이어피더쪽에 와이어피더에 고정과 전류 공급을 위한 아답터가 부착되여있고

아답터는 용접토치케이블과 접속되여 있습니다

용접토치케이블은 용접전류를 전달하기위한 용접선과 용접기동신호를 제어하기위한 제어선, CO2가스가 통과할수있는 호스와 CO2와이어가 지나갈수잇는 스프링러이너가 들어가 있읍니다

용접토치끝쪽은 용접토치를 잡을수있는 손잡이가 부착되여있고 용접기동 정지를 제어 할수있는 스위치, 용접노즐과 용접토치를 절연시켜주는 인슈레이터, 가스를 품여주는 가스디프셔, 와이어에 전류를 전달해주는 콘덕트 팁, 가스를 모아서 품어주는  노즐 ,토치가 흔들리지 않도록 잡아주는 토치바디 로 구성되여있읍니다

Co2용접기 설치방법 Mig

설치준비

① 3φ220V,380V, 440V  AC 50/60Hz  16.3KVA, 50A 이상
② 전원 전압 변동 허용율 : ± 10%
③ 개폐기 (50A)
④ 14㎟ 입력측 케이블
⑤ 용접 모재측 케이블

용접전류	100A 이하	200A 이하	300A 이하	300A 이하
케이블 사이즈	14~22㎟	22~38㎟	38~50㎟	50~60㎟

⑥ 용접와이어 : 용접물에 따라서 0.9 1.0/1.2㎜ φ 준비
⑦ 가  스 : CO2, Ar (CO2/MAG 용접 방법에 따라 조절 사용)

 설치장소

① 환기가 잘 되는곳
② 직사광선이나 비가 직접 닿지 않는 실내
③ 주별 온도 범위 : -10 ~+40°C
④ 용접기 전원은 벽으로부터 20cm이상 거리를 둔다
⑤ 2대이상 설치시 30cm이상 거리를 둘 것
⑥ 가스통은 넘어짐이 없이 고정한다.
⑦ 용접 아크부에 바람막이를 설치한다
⑧ 입력케이블 접속 : 단상 사용할 때. U.W.접속 200A이하

용 접 조 작

① 와이어 설정

② 가스체크 및 용접 설정

③ CO2/MAG 용접법 선택

④ SOFT/HARDARC 특성 설정

<아크특성표>

특 성	SOFT	HARD
단락 회수	적음	많음
ARC 안정성		좋음
고속 용접성		좋음
스패터 발생량	적음	많음
비드 형태	좋음
CO2 용접	적합	적합
MAG 용접	적합

⑤ 크레이타 조작

크레이타 조작 스위치 :

 크레이타 무동작, 크레이타 유지로 구성되어 있으며세부

 내용은 용접 스퀀스 참조
(※ 참조 : 용접 스퀀스 그래프)
크레이타 전류 전압 조정 : 크레이타 조작 스위치 설정후

  용접 조건에 따라 적합하게설정하여 사용한다.

⑥ 과부하 이상 표시

TORCH SWITCH 기동시 출력 0.5초 이상 2차 단락시
정격 사용율 이상 사용시
정격 출력 전류 350A 이상 사용시
자동 용접중 정지시
용접기 과온도시 (60/80 C 이상 상승시)

※ 주의 : 과부하 이상 표시 상태를 무시하고 무리하게

               사용함은 용접기의 파손을 자행하는 행위이므

                로 반드시 원인 파악후 사용하십시오.

⑦ 리모트 콘트롤 박스

용접 전류 조정 :

  용접물에 따라 표시된 눈금 전류치를 설정하여 사용한다.
용접 전압 조정 : CO2 및 MAG 용접법에 따라 개별 선택

   으로 표시된 부위에 설정하며, 일원 선택시에는 용접 전류

   조정에 따라 자동적으로 설정된다.

※ 케이블 상태의 전압 강하에 따른 미세 조정으로써 좋은

      용접을 함을 원칙으로한다.

와이어 인칭 스위치 :

    용접 전류 가변에 따라 속도 변화

⑧ 용접 와이어 송급 장치 :

  용접 와이어를 SETTING하여 TORCH까지 인칭
스위치로 송출시켜 적절한 가압으로 조정, 사용한다.

⑨ 가스 유량 조정 :

   유량 조절 벨브를 반시계 방향(유량증가) 및 시계방향
(유량감소) 으로써 아크부의 풍속 1.5M/Sec 이하
모재 간격 = 노즐 구경 가스 유량 ≥ 노즐 구경
16φ 노즐 = 16Ω /min이상

⑩ 회로기판 각종 조정

HKG - 350A 회로 기관
DSI : 각종 시퀀스 동작 설정

NO.1	ON 표준 OFF ARC SPOT UNIT 취부시 비상 정지
NO.2	ON GAS 프리플로 시간 무시 OFF GAS 프리플로 시간 0.25sec
NO.3,4	3 ON. 4 OFF 표준 3 OFF. 4 ON 크레이타 조작 - 유지 수위치 무효
NO.5	ON HARD OFF SOFT

 

 DSI :표준 출하시 설정
     고주파 동작 선택 쇼트 핀 -> SPI
* L : 동작주파수 표준 설정의 8.3Hz
* H : 동작주파수 표준 설정의

          10kHz 용접 출력 전원 지연 동작 시간 선택 쇼트 핀

          -> SP2
* A : 용접 출력 전원 지연 시간 자동 설정
* S : 용접 출력전원 지연 시간 0.4초 고정 표준

         설정 와이어 기동 송급 속도의 조정 [눈금 표시의 4정도]
* HKG 350A 가변 저항 VR5 출하시 용접중의 약 25% 설정

     출하 CW 방향으로 조정시 와이어 기동 송급 용접중 동일

     속도 지연 전압의 조정
* 용접 종료시 와이어 끝단의 용접상태로서 아크 스타트를

     좋게 하는 조정
* HKG-350A 가변 저항 VR7 출하시 중앙 표준 위치에 설정

     하나 사용 가스 및 용접 조건에 따라 적정하게 조정하여

     사용하십시오.
※ 주의 : VR7이 낮게 설정되면 와이어가 용착이 되며

               와이어 끝단의 스파크가 발생되고, 아크 스타트

               시 모재와 와이어가 절연이 되어 아크 스타트가

                되지 않으니 주의하십시오.

⑪ 로봇 인터페이스 자동 용접기

※ 별도 선택품 :

인터페이스 박스 세트

⑫ 가스 외부 조작

HKG-350A 회로기판 내부 시퀀스가 무관하게 직접 CN3-63

  핀과 CN3-13회로 구성으로 외부 조작 직접 사용가스 체크

  중  고정된 상태이며 AFTER-FLOW중 0.55초 외부의 가스

  조작 신호 OFF, 가스 벨브 OFF

⑬ 용접 조건 변경에 따른 크레이타 처리

HKG-350A 회로기판에서 DSI-3 : OFF, 4: ON
가변 저항 용접시 : HKG-350A 회로 기판

⑭ 용접시컨스

반자동 용접기 용접 시퀀스 : 크레이타 처리 무시, PRE

   FROW 시간 동작시
   크레이타 조작 스위치 크레이타 선택시
크레이타 조작 스위치 유지 선택시
로봇트 자동 용접기 접속 시퀀스

고장 및 대책

이상현상	원   인	대   책
용접기 동작 정지 및 이상표시 입력 전원 점등	입력전원 전압이 180V이하 혹은 250V 이상으로써 입력전원 이상 상태임	전원 전압 변동율 220V ±20V 이내로 한다
용접기 동작 정지 및 이상표시 과부하 접등 (가동기호 OFF)	2차 단락출력 회로 0.5초 이상 단락 상태(HKG-350A SEC, SHORT점등)	2차 출력 회로 및 케이블 점검
이상 표시 과부하 점등 (가동신호 OFF)	냉각 FAN 정지 사용율에 따라 정격 OVER(OVER, TEM 점등)	냉각 FAN 점검 정격 이내 사용
전원스위치꺼짐 (출력이 나오지 않는다)	내부 DM1,2,3, IGBT,2 파손 P.C.B(HKG-350A)파손	DM 1,2,3, IGBT1,2 교환 P.C.B(HKG-350B)교환
토치 스위치의 동작이 되지 않는다	동작 (5A)휴즈 F1불량 토치스위치 불량 및 케이블단선 P.C.B(HKG-350A)불량	회로 점검후 교환 토치스위치 교환 및 케이블 연결 P.C.B(HKG-350A)교환
와이어, 가스, 출력전압이 없다.	P.C.B(HKG-350A)불량	P.C.B(HKG-350A)교환
인칭스위치를 눌러도 와이어가 송급이 안된다.	인칭스위치 불량 케이블 불량 및 단선 9P콘넥타 접촉 불량 P.C.B(HKG-350A)불량	스위치 교환 케이블 및 콘텍타 확인 점검 P.C.B(HKG-350A)교환

      INVERTER CO2/MAG

   본체표준사양 (POWER SOURCE SPECIFICATION)

구                분		INVCO2  350A	INVCO2 500A
정격출력전류 (RATED OUTPUT CURRENT)	A	350	500
정격 입력 전압 (RATED INPUT VOLTAGE)	Ø/V	3/220,380,415.440
정격입력  (RATED INPUT)	KVA	16.3	32
정격 주파수(RATED FREQUENCY)	㎐	50/60
정격 사용율(RATED DUTY CYCLE)	%	60	100
정격 출력전압(RATED OUTPUT VOLTAGE)	V	36	46
CRATER 전류(CURRENT)	A	40-350	60-500
CRATER 전압(VOLTAGE)	V	14-36	15-46
외형치수(DIMENSION)w×D×H	㎜	370×445×575	465×635×880
중량 (WEIGHT)	㎏	50	130

■ WIRE 송급장치 (FEEDER)        ■ 표준부품(STANDARD ACCESSORIES)

구분 (CLASSIFICATION)		규격(SPEC)			유리관휴즈 육각L렌지(LENTH)		5,10A	각1EA
		350A	500A				6mm	1EA
와이어(WIRE DIA)	mmØ	1.0,1.2	1.2,1.6		콘텍트TIP(CONTACT TIP	350	1.0,1.2㎜Ø	1EA
CABLE길이(LENGTH)	m	3				500	1.0㎜Ø	1EA
중량(WEIGHT)	㎏	11			노즐(NOZZLE)		1.2㎜Ø	1EA
					오리피스(ORIFICE)

1.주요사양

1-1 용접전원(SCR TYPE)

형            식	CO2-200A	CO2-350A	CO2-500A
정격용량	200A	350A	500A
1차 전압 밎 상수	3 Ø   220V,380V,440V
주파수	60㎐
정격 1차 입력	8KVA	18KVA	30KVA
출력 전류 조정 범위	50-200A	50-350A	50-500A
출력 전압 범위	14-25V	14-36V	14-42V
정격 사용율	50%	50%	60%
외형치수(가로×세로×높이	370×555×635	480×650×760
중량	84㎏	127㎏	157㎏

 1-2WIRE 송급장치

형          식	CO2 MAG 200A	CO2 MAG 350A	CO2 MAG 500A
전류 용량	200A	350A	500A
적용 와이어 경	0.9(1.0),1.2㎜Ø	0.9(1.0),1.2㎜Ø	1.2 ,1.6㎜Ø
와이어 송급 속도	1-16m/min	1-46m/min	1-15m/min
WIRE RELL 의 치수	Ø50㎜	측경	Ø50㎜
	Ø280㎜	외경	Ø280㎜
	105㎜	폭	105㎜
송급 MOTOR	DC PRINT MOTOR
중량                          13㎏

1-3 표준 부품

형식	CO200A	CO2350A	CO2500A
L-WRENG	M8    1EA
취급설명서	1       부
퓨즈	10A   1EA
	5A     1EA

 1-4 1차측 입력 배선용량

기                종		200A	350A	500A
1차측 입력 배선 용량	220V	8㎟이상	18㎟	32㎟
	380V	6㎟이상	12㎟	18㎟
	440V	6㎟이상	12㎟	18㎟

 1-5 1차측 입력 FUSE 용량

기                        종		200A	350A	500A
1차측 입력 FUSE 용량	220V	30A	50A	100A
	380V	15A	30A	50A
	440V	15A	30A	50A

 ≫외부접속,설치장소,용접기조작,차광등에 관한 상세문의는 한국용접으로 연락바람.

2.주요사양

2-1용접전원

구  분	형         식	MULTI  - 600
정  격    용    량		600A
1차 전압   밎    상수		3Ø           220V ,380V , 440V
주     파       수		60㎐
정격   1차     입력		36KVA
출력   전류  조정 범위		80A  ~     600A
출력   전압  조정 범위		16V  ~     44V
정격   사용율		100%
외형치수  (가로×세로×높이)		530     ×      750      ×       955
중              량		241  ㎏

2- 2 WIRE 송급 장치

구  분	형      식	HKW-500	HKW-600
전  류   용   량		500A	600A
적  용   와   이   어(WIRE)		1.2,     1.6㎜Ø	1.2,     1.6㎜ Ø
WIRE  송 급 속 도		1~15 /min	1 ~ 18/ min
WIRE  REEL	축    경	Ø50	Ø50
	외    경	Ø280	Ø280
	폭	105	105
송  급   MOTOR		DC  PRINT  MOTOR 75W	DC  PRINT  MOTOR120W
중          량		13㎏	13㎏

3- 3   2Roller 와 4Roller 의 비교분석  

형                   식	2 Roller  wire   feeder	4 Roller   wire   feeder
중                            량	12㎏	11.8㎏
작   업     적  용    범 위	1	2.77
송                  급               성	보     통	우     수
적용   torch   cable     길이	3.5m	3.5m , 5m ,7m

3 -4 torch

형     식	2 Roller wire feeder		4- Roller wire feeder
정 격 전 류	500A	350A	500A	350A
적 용 Wire 경	1.2 ~1.6 ㎜Ø	0.9 ~1.2 ㎜Ø	1.2 ~1.6 ㎜Ø	0.9 ~1.2 ㎜Ø
냉 각 방 식	공 냉 방 식	공 냉 방 식	공 냉 방 식	공 냉 방 식
정격 사 용 율	60%	50%	60%	50%
토 치 케이 블 길 이	3.5m	3m,3.5m	3.5m,5m,	3.5m, 5m

3 -5 표 준 부 품

형 식	HKW-350		HKW-500		HKW-600
cable	60㎟ -3.5M		60㎟ -3.0M		100㎟ -3.0M
L -wrench	M6 1EA
manual	1부
fuse	10A                     1EA
	3A                     1EA
	5A                      1EA
TIP	Ø1.0㎜ Ø1.2㎜	각1EA	Ø1.2㎜ Ø1.6㎜	각1EA	Ø1.2㎜  Ø1.2㎜	각EA

3 -6 Wire 와 전류범위 (Solid wire 기준)

와 이 어 경	적 용 모 재 (㎜)	적 정 전 류( A)	사 용 전 류 범 위( A)
0.9	0.8 ~2.0	50 ~120	40 ~180A
1.0	0.9 ~3.0	70 ~150	60 ~200A
1.2	2.0 ~15	100~320	80 ~350A
1.6	10	300~500	150 ~600A

■ 용접조건표

이 용접조건은 표준치이며 용접자세,용접자의 개성에 따라 변화 될 수 있습니다.

가) I 형 BUTT 용접

판두께  ㎜	와이어경 ㎜¢	루우트 간격 ㎜	전 류 A	전 압 V	속  도 ㎝/min	가스유량 ℓ/min
0.8	0.9	0	50-80	16-19	약80	Ar5, CO2:10
1.2	0.9	0	70-90	16-19	약70	10-15
1.6	0.9	0-0.5	70-100	16-20	약50-60	10-15
2.3	1.2	0-0.8	130-150	20-23	약45-50	10-15
6	1.2	1.2-1.5	200-230	24-25	30-35	15-20
8	1.6	0-1.2	300-350	30-35	40-50	15-20
12	1.6	0-1.2	420-480	38-41	50-60	15-20

※1㎜ 판 이하의 용접은 CO2 + Ar을 3: 7 로 혼합하여야 하며,동판은 BACK PLATE을 받쳐야 합니다.

나)수평 FILLET 용접

판두께 ㎜	각 장 ㎜	와이어 경 ㎜Ø	전   류 A	전     압 V	속      도 ㎝/min	가스유량  ℓ/min
0.8	3	0.9	60-90	16-18	50-60	10-15
1.2	3.0-3.5	0.9	60-90	16-18	40-50	10-15
1.2	3.0-3.5	0.9	90-130	18-21	60-70	10-15
1.6	3.0-3.5	0.9	80-110	18-21	60-70	10-15
1.6	3.5-4.0	1.2	120-130	18-22	70-100	10-15
2.3	3.5-4.0	1.2	130-150	18-23	35-45	10-15
2.3	3.5-4.0	1.2	150-200	21-25	60-80	10-15
3.2	4.0-4.5	1.2	200-250	24-27	45-60	10-15

다)하향 FILLET 용접

판두께 ㎜	각   장 ㎜	와이어 경 ㎜Ø	전    류 A	전    압 V	속     도 ㎝/min	가스유량 ℓ  /min
1.0	3	0.9	60-90	16-18	50-60	10-15
1.2	3.0-3.5	0.9	60-120	17-21	50-80	10-15
1.6	3.5-4.0	0.9	90-130	19-21	50-80	10-15
2.3	3.5-4.0	0.9	100-150	19-23	35-40	10-15
	4.0-4.5	1.2	120-160	20-23	35-40	10-15
3.2	4.0-4.5	1.2	150-200	21-26	35-60	10-15
6	4.0-4.5	1.2	300-330	30-36	60-70	10-15
	6.0-7.0	1.2	300-350	30-37	40-45	10-15
	6.0-7.0	1.6	380-480	38-42	45-60	10-15
	6.0	1.6	300-480	32-38	40-45	10-15
8	8.0-9.0	1.6	430-480	38-42	40-45	10-15
12	10.0	1.6	430-480	38-42	30-40	10-15
	12.0-13.0	1.6	450-480	39-43	25-30	10-15

  1. 와이어 종류별 사용가스 밎 표준 사용량

재  질	사  용  가   스	와 이  어   직   경  {㎜}			용접방향
		Ø1.0	Ø1.2	Ø1.6
Aluminium	Ar100%	12{ℓ/min}	15{ℓ/min}	20{ℓ/min}	전진법으로만
Steel	CO2  100%	10{ℓ/min}	12{ℓ/min}	16{ℓ/min}	전진법/후진법
	Ar  82%+  CO2  18%
	Ar  90%+  CO25%+O2  5%
SuS	Ar97.5%+  CO2 2.5%	12{ℓ/min}	15{ℓ/min}	20{ℓ/min}	전진법/후진법
FIUX Cored	CO2100%	8{ℓ/min}	10{ℓ/min}	12{ℓ/min}	후진법으로만
	AR82%+ CO2 18%

  ※Steel 와이어인 경우는 Ø×10{ℓ/min}SUS와 Aluminium 와이어인 경우는 Steel 와이어 보다
       20~30% 더많이 사용하고, Flux Cored 와이어인경우는 20% 정도 적게 사용함.

  2.모재/ 팁 간 거리밎 적정아-크 길이

구         분	모재/팁  간   거리	적   정   아크     길이
DC       MIG /  MAG	Ø×12 {㎜}	Ø× 2.5{㎜}
Pulse   MIG /  MAG	18{㎜}	Ø×2.5{㎜}

  3.용접 전류와 노즐직경, 가스 유량의 관계

용접전류 A	직      류        용        접		교       류       용       접
	노즐경Ø㎜	가스유량ℓ/min	노즐경Ø㎜	가스유량ℓ/min
10~100	4~9.5	4~5	8~9.5	6~8
101~150	4.~9.5	4~7	9.5~11	7~10
151~200	6~13	6~8	11~13	7~10
201~300	8~13	8~9	13~16	8~15
301~500	13~16	9~12	16~19	8~15

  4.MIG : 알미늄 합금 반자동 용접조건

판의 두께	WIRE ㎜	아르곤 유량  ℓ/분	용   접   전  류 A (DCRP)			용접속도 m/분	층수	개 선 형 태
			하 향	상 향	입 향
3	1.2 1.2	15∼18	120∼140	110∼130	110∼130	60∼95	1	I 형필렛,뒷면사용
		15∼18	140∼160	140∼160	140∼160	100∼120	1
4	1.6 1.6	18∼20	170∼210	150∼180	150∼180	40∼75	1	I,V형 필렛.뒷면사용
		18∼20	220∼240	210∼230	200∼220	70∼70	1
6	1.6 1.6	20∼24	200∼250	170∼190	170∼190	40∼70	1.2	V형필렛.뒷면사용
		18∼20	230∼250	220∼240	210∼230	60∼65	1
10	1.6 1.6	20∼24	250∼270	215∼250	220∼240	35∼75	3	V형필렛.뒷면사용
		18∼20	240∼260	230∼250	230∼250	35∼75	1.2
12	1.6 1.6	20∼24	230∼260	210∼230	210∼230	35∼60	4.5	V형필렛.뒷면사용
		18∼20	260∼280	240∼260	240∼260	40∼90	3

아크자동용접기(Co2용접기)

 ▣ 아-크 자동용접기의 종류와 원리  

1. 아-크 자동용접기의 종류에는

가시 아크 자동용접과 불가시아 아-크 자동용접으로 나누어진다.
 
  ▶ 가시 아-크 자동 용접기의 종류 :

탄소 아-크 자동용접기, 나봉 아-크, 보통 피복봉 아-크특수 피복선 아-크, 체인 플러스 아-크, 자성 플러스 아-크, 불활성 가스 아-크로 나뉘어지며

  ▶ 불가시 아-크 자동 용접기 :

서브머어지드 아-크 용접기로 나뉘어 진다고 교재를 통해 용접
     관련 전문가 들은 말한다.

2. 원리
 
아-크 자동 용접기라 하면 용접봉, 용접심을 자동 송급 함으로 사람의 손에 의하지 않고
연속적으로 용접을 할 수 있어 오늘날 크게 보급 발달 되었다..

3. 탄산깨스 아-크 용접법

탄산깨스 아-크 용접법에는 솔리드와이어(solid wire) 후라스 코드 와이어(FLUX cored wire)
의 2 종류가 있다.

    와이어의 구조에 따라 용접기의 구성 제어 방식에 여러 가지 다른점이 있지만 기본적인 용접
    원리는 같다. 일반적으로 솔리드 와이어를 사용하는 방식이 압도적으로 많고 후랏스 코드
    와이어는 특히 비드 외관을 중요시 하는 경우나 스펫타를 극소화 시키는등 한정된 분야에만
    사용 하고 있다. 따라서 본문에서는 솔리드 와이어를 사용하는 방식을 설명한다.
    송급 로라에 의해 송급되는 와이어에 콘택트 팁을 통과 할때 급전되며 와이어와 모재간에
    아-크가 발생 용융 되어 접합된다.
    이때 아-크밎 용융금속을 대기로부터 보호하기 위해서 ,토-치(Torch) 선단의노즐에 의해 탄산
    가스(CO2)을 흐르게 한다.
    (주) 솔리드 와이어, 나선와이어 라고부름) 단면전체가 균일한 강으로 되어있음.

4. 시일드 작용(shield)

    탄산깨스 아-크 용접에서는 15-25/min 의 탄산개스을 흘려보내 용접부를 대기에서 시일드하고
    있다. 이 때문에 토치에 대해서 옆에서의 바람이 2m/sec 이상이면 기공이 생길 위험이 있다.
    또 시일드 작용에 관해서 모재와 노줄간의 거리와,노즐에부착된 스펫터에도 주의가 필요하다.

5. 탈산작용

    알곤이나 혜륨등의 불활성가스를사용하는 용접과는 달리 고온에서는 활성으로되는 탄산가스를
    사용하는 이 용접법에서는 좋은 용접 결과을 얻기위해 특히 주위가 필요하다.
    따라서 탄산가스 아-크 근처의 분위기는 CO2, CO, O2, O. 혼합한 것으로 된다.

6.합금성분 의 첨가작용

    용접금속이 적당한 기계적 강도를 얻기위해서 와이어에는 적당량의 탄소(C) 실리콘(Si)
    망간(Mn) 티타늄(Ti)등의 성분이 포함되어 있다.

7.아-크 안정작용

    솔리드 와이어을 사용하는 탄산가스 아-크용접에서는 극성의 변화가 없는 직류전원을 사용함.

8.비드 정형작용

    피복 아-크  용접에서는 슬래그가 비드 표면을 덮기 때문에 매끄러운 비드를 얻을 수 있지만
    솔리드 와이어식 탄산깨스 아-크 용접에서는 부분적으로 유리같은 슬래그가 생기는 경우가
    있지만 완전한 비드 정형 작용은 기대할수 없다. 그러나 적정한 용접조건에 의해 실용상
    지장이 없는 깨끗한 비드를 얻을 수 있고  또한 슬래그 제거의 공수가 필요 없기 때문에
    작없의  능률 향상에 대단이 효과 적이다.

     ▣ MIG용접

       (Metal Inert Gas Arc Welding)

1. 원리와 특징

    MIG 용접은 Gas shield Arc 용접의 일종으로써 shield Gas로는 Ar나 he 등의 불활성 gas을
    사용하는 용접이다. 즉, 모재 금속과 거의 같은 재질의 소모전극 wire를 연속적으로 공급하고
    불활성Gas 중에서 모재와 용정 wire 사이에 발생시킨 Arc 열에 의해 전극 wire와 모재를 용융
    하여 금속을 접합하는것으로 일반적으로 직류(dc)용접전원을 사용하고 봉 +(역극성) 극성으로
    용접한다.
    
    MIG 용접의 특징은 Ae,Mg, 동합금, 스텐레스강, 저합금강, 고장력 강 등 거의 모든 금속에
    적용할 수 있으며 Tig 용접의 2~3 배의 용접율을 올리수 있는 것외에 용접이행이 Spray 이행
    으로 되므로  피복 Arc용접이나 탄산 Gas arc용접에 비해 Spatter가 적고 깨끗한 Bead 외관을
    얻을 수있다. 더욱이, pulse arc용접이 실용화되어 소전류 영역에서도 안정된 Arc미려한 용접
    이행이 가능하게 되어 박판 혹은 전자세 용접에 적용이 가능하여 졌다.
    반면, 단점으로는 Shield Gas의 Cost가 고가이므로 연강과 같이 탄산 Gas Arc 용접이 가능한
    재질에 는 부적당 하다. 또한 바람의 영항을 받기 쉬워 방풍 대책이 필요하며 박판 (3mm정도
    이하)의 용접 적용이 곤란하다는 점들을 들을 수 있다.

2. 반자동MIC 용접기

    기기의 구성은 2~3 가지의 것을 제외하면 탄산 Gas Arc 용접기와 거의 같다.
    AL의 용접 Wire는 철 계열의 것에 비교해 일반적으로 부드러워 Flexible Conduit 및 용접
    Torch 속에서읭 송급 저항이 용접 Wire의 강성보다 커져서 Wire가 Conduit 안에서 구부러져
    송급 불안정이나 송급 불능 등의 염려가 있다.
    일반적으로 AL용의 MIC용접에는 Wire송급 장치, Conduit, Tip 등에 특별한 고려가 따른다.
    더욱이 세경 AL Wire를 사용하는 경우나 긴 Conduit를 사용할 필요가 있을 경우에는 Push
    방식의 송급장치로는 곤란하고 Pull 방식 또는 Push-Pull 방식의 것이 사용된다.
    MIC용접 Torch는 탄산 Gas Arc 용접과 원리적으로는 같은 구조의 것이 사용되면 200A정도
    이하에는 자연 공랭식이, 그이상의 전류에는 수냉식 Torch가 사용되고 있다.
   MIg 용접의 제어 장치는 탄산 Gas 용접기의 것과 기능적으로는 같고 Wire 송급속도 제어로서는
    정전압 특성의 직류 전원과 조합하여 정속도 송급 방식이 일반적으로 채용된다.
    그 외에 Ae 의 MIC 용접에는 Arc 고유의 자기 제어 특성 (Arc 길이가 짧아지면 적극의 용융
    속도가 증가하고 길어지면 용융속도가 감소하는 작용)을 이용한 새로운 개념의 제어방식을
    채용한 용접기도 실용화 되고 있다.
   이것은 고정도의 안정화된 정전류 특성의 직류전원과 정속도 Wire송급 방식을 조합시킨 것으로
    용접 전류의 안정화에 따른 균일한 용입을 얻을 수 있다. 또한 용접 전류를 조정하는 것
    만으로써 최적의 Arc길이를 자동적으로 얻을 수 있으므로 정전압 특성 전원을 사용하는 종래
    방식과 같이 Arc전압을 용접 전류에 맞춰 재조정할 필요가 없다.

     ▣ MAG용접

       (Metal Active Gas Arc 용접)

    AR Gas나 he Gas 와 같은 불활성 Gas에 탄산 Gas, 산소 등의 활성 Gas를 혼합한 분위기 (혼합
    된 결과로 서 이Gas는 활성 Active Gas) 중에서 용접용 wire (Metal wire)를 전극으로
    하는 Arc용접법으로 그 혼합 비율은 사용 목적에 따라 광범위하다.
    이를 테면 Ar Gas에 1~5%의 산소를 혼합한 것은 스텐레스 강의 용접에, Ar Gas에 양 20~30%의
    탄산 Gas를 혼합한것이 고장력 강이나 저합금강의 용접에, 50%전후의 탄산 Gas를 혼합한 것이
    보통 강의 용접에 널리 사용되고 있다.
    Gas Shield Metal Arc 용접법을 용접현상 특히 용적의 이행 형태를 기준하여 분류하면 아래의
    표와같다.

       표1. 용접 방법과 Shield Gas의 종류

    단락 Arc법, 매몰Arc(Globular 이행법),Spray Arc법, Pulse Arc법,대전류 Arc법
    단락 Arc 용접법은일반적으로 세경(가느다란)wire로써 소전류 범위의 용접버으로 단락 이행
    이라 부르는 이행 형태를 사용하여 박판 용적에 최적이다.
   
    매몰Arc(Globular이행)용접법은 탄산Gas Arc용접으로 대전류 범위 용접에 적용되며 Arc를
    가능한한 용융지에 매몰시켜 Spatter의 발생을 방지하는 것이다.

    Spray Arc 용접법은 용적이 미세하고 그 이행은 극히 안정되지만 Ar Gas혹은 Ar Gas에서
    2-30 정도 의 탄산 Gas 또는5% 이내의 산소를 혼합한 Shield Gas 중에서만 사용이 한정된다.

    또한 전극Wire의 직경에따라 용접 가능한 전류의 하한이 결정되어 있어 극단적인 박판의
    용접은 곤란하다. Pulse Arc 용접법은 Pulse 형태의 전류을 Arc에 공급하는  특수한 용접
    전원을 사용하며 Spray Arc 용접의 사용 불가능한 소전류 범위에서도 용적을 세립화하여
    안정된 이행이 되도록 개발된 용접 방식으로 특히 박판이나 전자세 용접에 가능하다.

    대전류 Arc 용접법은 후판의 고능률 용접법으로서 급속히 실행되고 있는 방법으로 하술적인
    구분은 없지만 3.2¤ 이상의 전극 Wire에500A이상의 대전류을 통전하는 MIG용접, 또한 혼합
    Gas를 사용하는 용접방법의 명칭이다.

    대전류를 사용하기 때문에 파카링이라 불리우는 용융지의 불안정 현상이 생길 위험이 있고
    이것을 방지하기위해 다량의 Shield Gas를 흘린다.또한 시공 방법에 자동 용접이 많고 용입이
    깊고 용융 효률이 매우 좋아 능률 적이다.

    현재 AL합금,동합금의 후판 용접에 실용되고 있고 고급강, 스텐레스강의용접에도 적용은 가능
    하다는 것이 검토되어 있다.

     ▣ 인버터란(INVERTER)

 직류를 교류로 변환하는 장치를  인버터라한다. 역으로 교류을 직류로 변환하는 장치는
converter라한다. 용접기의 입력은 상용 교류이므로 Inverter 제어 용접기에서는  상용교류converter에 직류로 변환하고 Inverter에서 임의의 주파수의 교류를 만들어낸다. 용접기에서는 converter와 Inverter가 필히 있어야하므로 양자를 합쳐  Inverter라고도 한다.

1. Inverter 회로구성

종래의 THYRISTOR제어 방식과 Inverter 제어방식의 회로 구성을 비교하여 보면 인버터 제어
방식에서는 먼저 상용교류를 직류로 변환하고 인버터 회로에서 수 KHz- 수10KHz의고주파 교류로 변환하여 Transformer 에 입력한다. 그리고 변압기의 출력을 다시 직류로 변환하여 용접전원의 출력으로 하고 있다. 그러므로 THYRISTOR 제어와 Inverter 제어의 추력제어 소자(THYRISTOR) 는 변압기의 추력측에 설치 되지만 인버터 제어의 출력소자 (Transistor)는 Transformer입력측에 설치된다.

※ 변압기 출력은 교류인데도 일부로 직류로 변환하고, 다시 교류로 되돌리는 제어를 하는 까닭은 변압기에서 출력 되는 교류는 수KHz-수10KHz의 고주파 교류로, 이것을 그대로 용접에 쓰려고 하는 Torch나 Cable 등에 감쇄되어 충분한 출력을 얻을수 없다. 그러므로 두 번 수고를 하는 것같지만 Torch나 Cable 의 영향을 받기 어려운 비교적 낮은 주파수의 교류를 만들기위해 2차측에 Inverter를 설치할 필요가 있다.

2. 인버터화의 효과

인버터 제어에 의해 용접성능이 대폭으로 향상된다. 용접전류의 아크 기동시 종래기기와
비교해 인버터 기기의 상승이 빠르다. 이외도 용접중 불꽂(스펫터)의 저감과 고속용접이 가능하다는등 고효률화 에 기여하고 있다. 또한 20KHz 인버터 기기는 종래의 사이리스터 기기에 비해 약 1.4배의 중량으로운반성이 우수하다, 이것은 용접기의 주요부품인 변압기의 크기가 인가 주파수와 반비례관 계에 있으며 주파수를 높임에 따라 대폭적인 소형화가 가능 해졌다. 또한 종래의 사이리스터 기기는 대형으로 내부손실이 크고 효률은 약 40% 정도지만 인버터의 경우는70-80%로 효률이 높다. 이에따라 입력 KVA 는 기능에 따라 차이는 있지만 20-50% 절감 되었다.

※ 용접기의 제어속도 용접기의 회로는 통상 6상 반파 정류회로이며 상용주파수 50HZ에접속될 경우 제어속도는 f=1/3.3ms=300HZ로 상용주파수의 6배이다. 이에비해 인버터제어방식 용접기는상용주파수의 교류를 직류로 변환하고, 스위칭소자로 트랜지스터를 사용한 인버터에 의해10-50KHz 의 고주파 교류로 변환하여 변압기에 인가한다. 변압기에 의해 용접에 적합한 전압으로 강압하여 다시 정류하고 직류리액터를 통하여 아크부하에 직류를 공급한다. 출력제어는 PWM 제어가 일반적이다. 인버터 제어속도는 최대 최대 50Khz 의 고주파 교류로하면 싸이리스타 제어방식에 비해 50 ×10^3/300Hz=167 배의제어속도로 높일수 있으므로 싸이리스터 제어방식에서 얻을 수 얻는  획기적인 성능개선을 실현할 수 있다.

  1. IGBT[인버터]형 정류기[ MODEL :UIR ]

1. 개 요

인버터 (INVERTER) :

직류 전원을 가변전압과 가변 주파수의 교류전원으로 변환해 주는 장치이다. 통상적으로 상용 교류 전원을 직류전원으로 변환시켜주는 컨버터부를 포함해서 "인버터"라고도 한다.
인버터의 원리를 이용한 정류기로서 상용 교류 전원을 입력으로 받아 1차 정류한 후 인버터부에서 18KHz이상의 높은 주파수로 변환된 AC 전원을 만들고 이를 고주파형 트랜스를 통해 원하는 전압을 얻어내서 이를 다시 2차 정류하면 깨끗한 DC 전류를 얻어을 수 있다.

2. IGBT[인버터] 정류기의 특징

A. 소형,경량화 ;

변환 주파수 35KHz이상의 I.G.B.T. 전력 변환에 의해 Transformer의 최소형화로 SCR형정류기에 비해 중량을 1/4로 줄였으며 크기를 1/3로 줄여 설치면적 이 줄어들고 취급이나 이동이 용이해 졌다.

B..높은 사용률 및 절전효과

전력변환 효율 85%이상의 이상적인 설계로 내부 발열을 극소화 하였고 전력공급중이라도 도금작업이 없을 경우 전력 손실이 거의 없다. 이것은 Transformer의 1차측에서 전력공급을 Control하기 때문이며 기존의 정류기는 60Hz의 상용변압기의 효율이 낮다

C.고속,균일한 도금 ;

전류의 출력주기 상태를 1초에 360번 하는 기존 SCR 정류기에 비해 1초에 30000 이상의 출력조절을 해주는 고속제어이므로 균일성과 고속도금이 가능하다.

D. 소형 정류기는 입력전원의 3상,단상 겸용사용;

1차 정류회로에서 DC로 변환 하기 때문에 3상이나 단상이나 차이가 없다. 그러나 SCR 정류기는 도금용에서 3상이 아닌 경우 맥동율이 상승되기 때문에 거의 3상으로 제작된다.

2. IGBT[인버터]형 정류기의 구성

1. 1차 정류뷰

상용전원 60Hz를 받아 인버터로 변환하기 위한 직류전원을 만드는 부분이다. 1차 정류부는 Diode Module 과 평활용 Capacitor로 구성 되어 있다. Diode는 Anode(+)에서 Cathode(-)로 한쪽 방향으로만 전류가 흐른다.
이런 특성을 이용 하여 AC전류의 (+)측 전류만 통과되고 반대쪽의 전위는 다른쪽에 연결된 Diode에 의해 (+)쪽으로 끌어 올린다. 이것은 전파정류 방식이라 한다.(+)쪽으로 몰린 파형을 맥류라고 하며 이것에 평활 Capacitor 가 연결되면 DC전원을 얻게 된다.

A.. 정류용 DIODE MODULE

다이오드는 전류를 한쪽 방향으로만 흐르게 할 수 있는 전자부품이며 전류가 흐를 수 있는 방향을 순방향, 반대방향을 역방향이라고 부르며 띠가 둘러져 있는 쪽이 캐스오드(-)이며 반대쪽이 에노드(+)라 부른다.
본 다이오드 MODULE은 3상 브리지 다이오드로서 3상 전원을 양파 정류하는 6개의 다이오드가 복합된 것이다.

B. 콘덴서 (Capacitor)

콘덴서는 전해 콘덴서와 세라믹 콘덴서, 필름 콘덴서등 다양한 종류가 있다. 여기서 전해 콘덴서는 주로 평활용으로 사용한다. 전해 콘덴서는 극성이 있으며 아주 작은 충방전이 가능한 배터리로 생각하면 된다. 용도는 불규칙적인 맥류상태의 전원을 직류상태로 만들어 주는 역할을 한다.
세라믹 콘덴서,필름 콘덴서는 주로 NOISE FILTER용, 발진방지, 바이패스용 등으로 쓰인다. 인버터 정류기에는 이 모든 콘덴서가 고루 사용 된다.

2. 인버터 변환부

직류화된 전력을 다시 원하는 주파수로 변환하여 교류화 하는 것이다.
그 원리는 1차 정류부에서 얻은 DC 전원을 I.G.B.T 소자의 교번Switching에 의해 AC전원을 얻는다. TR1과 TR4는 동시에 구동되며 TR2와 TR3도 동시에 구동 된다. 이 회로는 Full Bridge방식의 Switching회로이다. TR이 TURN ON되는 시간에 의해 전류의 흐름 방향이 바뀌고 변압기의 1차측은 교번된 AC 출력전압을 얻게 된다. 각 TR의 TURN ON 시간을 조절함으로써 출력전압의 크기를 변화시킬 수 있다. 이것이 곧 PWM(Pulse Width Modulation)방식이 된다

A. I.G.B.T(Insulated Gate Bipolar Transistor)

I.G.B.T는 PNP Transistor와 MOSFET를 접속한 Monolithic의 BI-MOS Transistor이다.
Gate-Emitter간에 (+)의 전압을 인가하여 MOSFET를 도통시키면 PNP Transistor의 Base-Collector간에 저저항이 접속된 것으로 되어 PNP Transistor 부분이 도통상태가 된다. Turn off 동작은 GateEmitter간의 전압을 0[Ⅴ]로 하면 우선 MOSFET 가 차단 상태가 되고 PNP Transistor는 BASE 전류의 공급이 끊겨 차단상태로 된다. 이처럼 I.G.B.T는 POWER MOSFET와 같이 Gate의 전압신호만으로 ON.OFF 상태를 제어할 수 있다.

3. 변압기 및 2차 정류부

변압기는 1차측의 표준전압을(예; 220v,380v,440v) 사용자가 원하는 전압으로 변환하는 용도로 가장 많이 사용되며 회로의 절연하기 위해 사용 되기도 한다.
변압기의 원리는 뒤에서 다시 설명 하기로 한다. 2차 정류부는 1차 정류부에서 설명한 Diode가 사용 되고 소용량인경우는 평활용 Reactor과 Capacitor를 사용하여 평활시킨다. 그러나 중용량이상 (500A)이상급은 Reactor 단독으로 사용 되는데 이것은 도금용 전원은 낮은 전압의 대전류가 사용 되기 때문이다. 보통 대전류의 평활회로는 Reactor가 쓰인다.

A) 변압기 TTransformer

인버터(Inverter)정류기가 소형화 ,경량화 되는 결정적인 요인은 바로 Transformer에 있다. 변압기는 전자유도작용을 이용하여 교류전압이나 전류의 값을 바꾸는 것으로서 정류기에 서는 1차와 2차간의 변압비를 조정하여 원하는 용접전압과 전류를 얻을 수 있다.

변압기는 자속을 효율적으로 통해주기 위한 철심코아와 1차,2차 두 권선으로 구성된다. 변압기의 용량과 크기와 무게를 결정하는 중요 요소는 변압기의 단면적이다.

S=E/4.44f*N*Bm

E : 1차 전압 (Vac)
f : 주파수 (Hz)
N : 권수 (Turn)
Bm : 자속밀도 (Wb)
S : 철심단면적 (mm )

여기서 60Hz용 철심 코아와 인버터에 적용되는 30,000Hz와의 차이는 무려 주파수(f)가 500배나 커지므로 상기 수식에서 f가 커지면 단면적은 반비례하여 500배나 적어질수 있다. 주로 인버터 정류기에 사용되는 코어는 일반 철심코아에를 사용치 않고 훼라이트 코어 (Ferrite Core) 를 사용한다.

4. PWM 제어 회로

펄스폭 변조 (Pulse Width Modulation)의 원리는 기본적으로 출력전압이나 전류의 오차를 검출하여 증폭하는 오차 증폭기와 검출된 오차 전압과 톱니파(Saw tooth wave)를 비교하여 펄스를 발생시키는 비교기(Comparator), DC-DC Converter의 스위치를 구동하는 구동회로 등으로 구성되어 있다.
동작 설명을 간단히 하면 출력에서 검출된 오차 전압의 전위에 따라 톱니파와 비교하여 교차되는 부분에서 톱니파보다 전위가 높은 부분만 출력하게 됨으로 펄스의 폭이 조절되어 원하는 오차증폭기의 기준전압(Vc)과 일치되도록 출력이 조절된다.
이때의 Pulse 폭은 출력의 크기를 결정하게 되는데 그 원리는 Pulse폭과 휴지시간의비에 의해 Pulse폭의 시간과 높이(전압)의 적분값으로 평균출력을 얻게 된다.

5. 출력정류부

A. 2차측 정류 다이오드

2차측 정류 다이오드는 1차측과는 달리 고속 다이오드여야 한다.
통상 Ultra Fast Recovery 혹은 Schottky Barrier Diode와 같은 것을 사용한다.
1차측의 정류 Diode는 통상 60Hz의 주파수이지만 2차측의 정류 Diode는 30000Hz에서 40000Hz이므로 Diode가 순방향으로 Turn ON 할 때는 문제가 안되지만 Turn OFF시 단락 전류가 크게 생겨 잡음의 원인 및 효율 저하의 원인이 된다. Diode의 역회복 시간을 다이오드 리커버리 특성(trr)이라 하는데 이것은 짧을수록 단락 전류의 발생량를 적게 하여 손실을 줄일 수 있다.

6.. 리액터(Reactor)

소형정류기(300A 이하급)은 평활회로로 리액터와 콘덴서를 병행하여 평활을하는데 반해 중형급 이상은 Reactor를 사용하여 평활하거나 동,니켈등의 일반도금에서는 평활하지 않고 사용하여도 무방하다.

MIG/MAG 와이어 송급장치

와이어 송급장치

와이어 송급장치는 와이어를 스풀(spool) 또는 릴(reel)에서 뽑아 토치 케이블을 통해 용접부까지 정속도로 공급하는 장치이다. 와이어 송급장치는 <그림1>과 같이 직류전동기, 감속장치, 송급기구, 송급속도 제어장치로 구성되어 있다.

< 그림 1 > 와이어 송급창치의 기본 구성

송급기구는 가압롤러(상단)와 송급롤러(하단)가 각각 한 개씩 1조가 된 것이 주로 사용되고 있지만, Al 등과 같이 연질의 와이어를 사용 할 경우에는 와이어 단면형상이 변형되거나 와이어 표면이 손상되는 것을 방지하기 위하여 2조(4롤러)로 된 것을 사용하고 있다.<그림2> 와이어 송급방식에는 송급장치의 배치에 따라 <그림3>의 4종류가 있으며 반자동 용접기에는 주로 푸쉬 방식이 사용되고 있다.

< 그림 2 > 4롤러 송급방식의 와이어 송급장치

< 그림 3 > 와이어 송급방식의 종류

1) 푸쉬(push) 방식

푸쉬 방식은 와이어 스풀 바로 앞에 송급장치를 부착하여 송급 튜브를 통해서 와이어가 용접 토치에 송급되도록 하는 방식으로, 용접 토치가 가볍게 되기 때문에 반자동 용접에 적합하다.

  2) 풀(full) 방식

송급장치를 용접 토치에 직접 연결시켜 토치와 송급 장치가 하나로 되어 있어 송급시 마찰 저항을 작게 하여 와이어 송급을 원활하게 한 방식으로 주로 직경이 작고 재질이 연한 와이어(Al 등)에 이 방식이 사용된다.

3) 푸쉬-풀(push-pull) 방식

와이어 스풀과 토치의 양측에 송급장치를 부착하는 방식으로 송급튜브가 길고 재질이 연한 재료에 사용된다. 이 방식은 송급튜브가 길고 재질이 연한 재료에 사용된다. 이 방식은 송급성은 양호하지만 토치에 송급장치가 부착되어 있어 조작이 불편하다.

4) 더블 푸쉬(double push) 방식

이 방식은 푸쉬식 송급장치와 용접 토치와의 중간에 또 하나의 푸쉬 송급장치(보조 송급장치)를 장착시켜 2대의 푸쉬 전동기에 의해 송급하는 방식으로, 송급튜브가 매우 긴 경우에 사용된다. 용접 토치는 푸쉬 방식의 것을 사용할 수 있어 조작이 간편하다.

(4) 용접 토치

일반적으로 사용되는 반자동 토치는 <그림1>과 같이 토치 선단부 형상에 따라 커브형과 권총형이 있으며, 냉각 방식에 따라 공냉식과 수냉식이 있다.
토치의 구성은 종류에 따라 다르지만 전원 케이블, 가스 송급호스와 스위치 케이블이 있고, 수냉식은 냉각수 공급 및 배출 호스가 토치 뒤쪽에 있으며 몸체는 내구성과 내화성이 높은 열경화성 수지로 절연되어 있다. 토치의 앞쪽에는 와이어와 가스가 송출되도록 Cu나 Cu 합금으로 된 부품이 조립되어 있다.

< 그림 1 > GMA 용접 토치

토치 부품의 종류는 <그림2>과 같이 와이어를 송급하는데 필요한 부품과 보호가스를 분출시키는데 필요한 부품으로 되어 있다. 그림에서 스프링 라이너(spring liner)는 와이어 송급장치로부터 토치 몸체까지 와이어가 원활하게 송급되도록 안내하는 역할을 하며, 가스분출기는 토치 내부의 가스 공급 호스로부터 나오는 가스를 분출시키는데 사용된다.

< 그림 2 > GMAW 토치 부품의 명칭

팁은 와이어가 송출되면서 전류를 통전시키는 역할을 한다. 인슐레이터는 노즐과 토치 몸체 사이에서 통전을 막아 절연시키는데 사용되며, 노즐은 보호가스가 용융지 전체를 덮어 주도록 가스를 분출시키는 역할을 한다. 용접 토치가 갖추어야 할 요건으로는 와이어가 일정하게 송급될 수 있어야 할 것, 보호가스가 균일하게 공급되어야 할 것, 무게가 가벼워서 취급이 쉬워야 할 것, 내구성이 우수하여야 하는 것 등이 있다. 이러한 요건을 만족시키기 위하여 다각도의 고안과 개선이 시행되고 있는데, 예를 들면 팁 선단부나 노즐 선단부에 탄소 또는 세라믹을 입혀 스패터 부착을 방지하는 것, Al이나 스테인리스강 등의 미그 용접용에서는 와이어 송급 경로에 테프론 튜브 등을 사용한 것, 그 외에 용접 케이블, 스프링 라이너, 가스 호스, 제어 케이블을 하나의 외피내에 내장시킨 싱글 케이블 토치 등이 있다.

용접변수의 영향

(1) 와이어 송급속도

GMA용접에서 다른 변수가 일정할 경우 와이어 송급속도가 증가하면 용접전류도 증가한다. <그림1>은 저합금강 용접에서 와이어 송급속도와 용접전류와의 관계를 보여주고 있다.

이 그림에서 용접전류는 송급속도가 증가함에 따라 제곱근 함수적으로 증가한다. 한편, 컨텍트팁과 모재간 거리(contact tip to work piece distance, CTWD, 그림2)가 증가하면 용접전류는 감소하게 되는데, 이는 CTWD가 증가함에 따라 와이어 돌출길이가 길어져 저항열(I2R)이 올라가기 때문이다.

일반적으로 와이어 송급속도와 용접전류 및 와이어 돌출길이 사이에는 다음과 같은 관계식이 성립한다.고 알려져 있는데, 이 관계식에서 보듯이 동일한 송급속도에서 와이어 돌출길이(L)가 증가하면 용접전류(I)는 감소한다. 한편, 와이어 송급속도와 돌출길이가 결정되면 용접전류는 종속적으로 결정되는 변수이다.

< 그림 1 > 와이어 송급속도에 따른 용접전류의 변화

WFS = aI + bLI²

여기서, WFS : 와이어 송급속도,

L : 와이어 돌출길이, I : 용접전류, a, b : 비례상수

(2) 용접전류

용접전류는 금속이행 모드 뿐만 아니라 용착속도 및 용입깊이를 결정하는 가장 중요한 변수이다.

GMAW에 사용되는 정전압 특성의 전원은 토치 선단에는 송출되는 와이어에 아크를 유지할 수 있는 필요 전류를 자동적으로 공급하는 특성을 갖고 있다. 따라서, 용접전류는 와이어 송급속도를 조정함으로써 제어된다(그림1) 일반적인 용접에서 와이어 송급속도는 용착속도와 일치하므로, 외견상으로는 용접전류가 증가함에 따라 용착속도가 증가하는 것처럼 보이게 된다.

그리고, 전류를 높게 하면 모재에 유입되는 열이 그만큼 증가하므로 용입깊이는 증가하게 된다. 지나치게 높은 전류는 볼록한 비드를 형성하여 외관이 좋지 못한 결과를 초래하므로 적당한 값을 선택해야 한다. 일반적으로 전류값을 높이면 아크 전압도 함께 높여 주어야 양호한 용접비드 형상을 얻을 수 있다.

< 그림 1 > 와이어 송급속도에 따른 용접 전류의 변화

(3) 용접 전압

용접전압은 아크전압 뿐만 아니라 용접 케이블과 접속 단자에서 발생하는 전압 강하도 포함되는데, 케이블 등에서의 전압 강하는 작기 때문에 용접전압은 아크전압과 큰 차이가 없다. 아크 전압은 와이어 끝과 모재간의 전압으로서 아크길이에 비례하며, 용접 비드의 형상 및 금속 이행 형태에 중요한 변수로 작용한다. 용접전압이 증가하게 되면 덧살은 낮아지고 비드 폭이 넓어져서 납작한 비드 형상을 가지게 된다. 또, 용입깊이는 어느 정도까지 증가하다가 감소하게 된다. 따라서, 양호한 비드 형상을 얻기 위해서는 용접전압과 전류가 적절한 조합을 이루어야 한다.

용접전압은 용접전류(또는 와이어 송급속도)와 함께 금속이행 양상에도 커다란 영향을 미친다. <그림1>은 Ar+2%O₂ 가스에서 직경 1.2mm의 저합금 와이어(ER100S-1)가 용접전압 및 전류의 변화에 따라 보여주는 용적이행 양상의 변화이다. 와이어 송급속도가 낮은 조건(저전류측)에서는 입상용적 이행이 나타나고, 저전압 측에서는 단락이행이 나타나며, 고전류 고전압 측에서는 스프레이 이행이 나타난다. 그리고, 고전류측에서 용접전압이 35V이상이 되면 회전아크 현상이 나타난다. 한편, 보호가스가 CO₂이면 200A이하에서는 단락이행만이 나타나고, 그 이상에서는 전압이 증가함에 따라 단락이행에서 입상이행으로 천이한다.

< 그림 1 > 용접전압 및

전류 변화에 따른 용적이행 현상

< 그림 2 > 용접전압 및

와이어 송급속도 변화에 따른 용적이행 현상

< 그림 3 > 보호가스에 따른 적정 아크 전압

(4) 와이어 돌출길이

 
와이어 돌출길이는 컨택트 팁 선단으로부터 와이어 전극 선단부까지의 길이를 의미하는데, GMA용접과 같이 소모전극 와이어를 사용하는 용접법에서는 매우 중요한 변수 중의 하나이다. 이 길이가 길어지면 전기저항열(I²R)이 증가하여 와이어 용융속도도 증가하게 된다. 그러나, 지나치게 길어지면 보호가스에 의한 보호효과가 저하되고, 아크가 불안해지며 기공 등의 결함이 발생한다. 돌출길이가 지나치게 짧으면 가스 보호효과가 는 좋아지나, 노즐에 스패터가 부착되기 쉽고, 용접부의 외관이 나빠지며 작업성도 악화된다. 일반적으로 적정 돌출길이는 단락이행 조건에서는 10-15mm 이며, 그 밖의 이행 조건(200A이상)에서는 15-25mm 정도이다.

< 그림 1 > 아크길이 및

와이어 돌출길이의 정의

(5) 용접속도

용접속도는 아크가 용접 이음부를 따라 진행하는 속도이다. 용접속도는 용접전류, 용접전압과 함께 용입깊이, 비드형상 및 아크 안정성 등에 영향을 준다. 다른 조건이 모두 동일하다면, 용입 깊이는 적정 용접속도에서 최대가 된다. 용접속도가 너무 늦으면 아크가 모재부보다는 용융금속부에서 발생하기 때문에 용입이 작아지고, 용접속도가 너무 빠르면 단위길이당 투입되는 에너지가 작아지기 때문에 용입은 감소하게 된다. 따라서, 모재가 용융되는 양은 용접속도가 증가할 때 초기에는 증가하지만, 어느 이상의 속도부터는 감소하게 된다. 종래의 용접기는 사용하는 반자동 용접에서는 일반적으로 30-50cm/min 범위의 속도가 적절하다.

(6) 토치 방향

용접 진행방향에 대한 토치 방향에 따라 전진법과 후진법으로 구분된다.

전 진 법	후 진 법
1. 용접선이 잘 보임. 정확한 운봉 가능 2. 비드 높이가 낮고, 평탄한 비드가 형성 3. 스패터가 많으며, 진행 방향쪽으로 흩어짐 4. 용융금속이 아크보다 앞서기 쉬워 용입이 얕아진다.	1. 용접선이 가려서 정확한 운봉 불가능 2. 비드 높이가 높고, 폭이 좁은 비드형성 3. 스패터의 발생이 전진법보다 적다. 4. 용융금속이 앞으로 나가지 않으므로 깊은 용입을 얻을 수가 있다. 5. 비드형상이 잘 보이기 때문에 비드폭, 높이 등을 제어하기 쉽다.

< 그림 1 > 전진법과 후진법의 비교

<그림1>에 보는 바와 같이 전진법에서는 토치를 용접진행 방향 반대쪽으로 15-20˚로 유지하는 방법이고, 후진법은 용접 진행방향으로 기울이는 방법이다.(각각에 대한 장단점에 대해서도 <그림1>에 나타내었다.) 아크 안정성, 용융지의 보호효과 측면에서 후진법이 양호하기 때문에 일반적인 용접에서는 후진법이 사용된다. 그러나, Al 합금과 같이 용융지 전방에 있는 모재에 대해 청정작용이 필요할 경우에 있어서는 전진법이 유리하다.