SMAW (Shield Metal Arc Welding)

 

1. SMAW의 원리

일명 'Stick Welding'이라고도 불리며, 용접봉과 모재 간에 직류 또는 교류전압을 걸고 용접봉 끝을 모재에 접근시켰다가 떼면 아래 그림과 같이 용접봉과 모재 사이에 강한 빛과 열을 내는 아크가 발생한다. 즉, 최초 작업 시 용접봉과 모재의 접촉이 있어야 아크가 발생한다.

 

 

아크열 (약 5,000℃)에 의해 용접봉은 녹아서 금속증기 또는 용적(globule)으로 되어 용융된 모재와 융합하여 용착금속을 만든다. 이때 녹은 쇳물을 융융지 (molten weld metal = weld pool), 모재가 녹아 들어간 깊이를 용입 (pentration), 용접봉이 용융지에 녹아 들어가는 것을 용착(deposition)이라 한다. 그리고 용접봉의 피복제가 아크열로 증발하여 차폐가스(shielding gas)를 형성하여 용접부를 보호한다. 용접은 왼쪽에서 오른쪽 방향으로 진행하여 '슬래그'를 형성하며, 슬래그가 융착금속 위로 떠오르려는 성질로 인해 슬래그 혼입이 발생할 가능성은 작아진다.

 

2. 피복제의 역할

1) 차폐작용 (Shielding) : 중성 또는 환원성 가스를 발생하여 아크를 대기로부터 차단하여 용융지(Molten Metal)를 보호하는 역할을 한다.

2) 탈산작용 (Deoxidation) : 용접공정 중에 산소 또는 불순물 등의 다른 가스를 제거하는 역할을 한다.

3) 합금작용 (Alloying) : Mn, Si, Ni, Mo, Cr 등을 첨가되어 용착금속의 성질을 개선시킨다.

4) 이온작용 (Ionizing) : 전자의 이동을 촉진하여 아크의 안정화를 향상시킨다.

5) 보온작용 (Insulating) : 용접부 표면 위에 슬래그를 형성하여 용착금속의 냉각속도를 줄이며, 용접비드의 표면을 향상시킨다. (=> 슬래그의 두께가 얇을수록 용접비드의 품질이 떨어진다.)

 

3. SMAW의 장점

1) 간편하고 휴대성이 좋다.

2) 용접장비가 저렴하다.

3) 다양한 용접봉 사용이 가능하다.

 

4. SMAW의 단점

1) 용접속도가 느리다. (=> 소모된 용접봉을 주기적으로 교체해야 한다.)

2) 생산성이 낮다. (=> 전극의 피복이 용접표면에 슬래그로 존재하므로, 슬래그를 제거해야 한다.)

3) 용접봉의 습기를 제거해야 한다 (=> 2/% 이하로)

4) 용접 후 냉각과정에서 용접층 내부에 변형이 유발될 가능성이 있다.

5) 용접 끝단부에 기공이 존재할 가능성이 크다.

 

5. SMAW 용접봉 표기방식

※ Position : (1) Any position, (2) Flat for all type & Horizontal for filet (2F), (4) Downhill

 

6. 저수소계 SMAW 용접봉 요건

1) 저수소계 용접봉 (5, 6, 8)은 밀봉된 상태이거나 용접봉 건조기에 보관되어야 한다.

2) 용접봉 건조기에서 150~350℉ (65~177℃)로 유지되어야 한다.

3) 대부분의 Code 요건에서는 밀봉 제거 이후에 120℃를 요구한다.

   => 하지만 용접봉 생산자의 Datasheet에 따라 다르게 적용하기도 한다.

 

7. 기타

미국용접학회 (AWS)에서는 탄소강 및 저합금강 용접봉에 대해 AWS A5.1 & A5.5에서 명시하고 있다.