아크블로우 (Arc Blow)

For 플랜트자료/ 용 접 2017. 5. 16. 14:03

1. 아크블로우란?

'Arc Wander'라고도 하며, 용접봉을 통해 전류가 (+)에서 (-) 접지로 흐르게 되는데 용접봉 끝단과 접합부에서 전류방향의 변화에 따라 자기장 왜곡현상의 발생에 의해 생긴다.

 

2. 아크블로우 예방대책

1) 직류에서 교류로 바꾼다.

2) 가능한 아크를 짧게 유지한다.

3) 용접전류를 줄인다.

4) 아크블로우가 발생되는 방향으로 용접봉 각도를 낮춘다.

5) 이음부 끝단에 Heavy Tack Weld를 적용한다.

6) 용접방향을 Heavty Tack 방향 또는 용접이 완료된 방향으로 향한다.

7) Backstep Sequence를 적용한다.

8) 접합부 끝단에 End Piece를 연장한다.

 

 

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SAW (Submerged Arc Welding)

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1.  원리 및 특성

SAW는 아래 그림와 같이 용접이 되어지는 부위에 Hopper로부터 공급되는 플럭스가 일정두께로 살포되고, 그 속에서 용접와이어가 연속적으로 송급된다. 그리고 아크발생에 의한 아크열로 용접와이어, 모재 일부 및 플럭스가 용융되면서 용융지를 형성하고용융된 플럭스의 일부는 청정작용을 하면서 부상, 응고하여 슬래그를 형성하여 비드를 덮어 고온의 용접금속이 산화되는 것을 방지한다.

 

  

  

2. SAW의 장점

1) 대전류 용접이 가능하다.

2) 생산성이 높고, 용입이 깊어 후판용접이 용이하다.

3) 용접비드 외관이 양호하다.

4) 플럭스에 의한 용융금속의 청정작용 및 합금원소 이관이 용이하다.

5) 용착금속의 기계적 성질이 우수하다.

 

3. SAW의 단점

1) 장비의 가격이 비싸다

2) 용접선이 짧거나 복잡한 경우, 수동에 비하여 비능률적이다.

3) 용접부를 플럭스가 덮어버려, 용접상태를 육안으로 확인이 불가능하다.

4) 적용자세에 제약이 있다.

5) 적용소재에 제약이 있다. (탄소강, 저합금강, 스테인리스강에 주로 사용)

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GTAW (Gas Tungsten Arc Welding)

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1. 원리

 TIG 용접은 비소모성 텅스텐 용접봉과 모재 간의 아크열에 의해 모재를 용접하는 방법으로서, 아래 그림과 같이 용접부 주위에 불활성 가스를 공급하면서 용접하는 것이다.

 

 

 

텅스텐 전극은 EWTh-2 텅스텐 전극(2% thoriated tungsten)을 많이 사용하며, 토륨은 자연에 존재하는 방사능 물질로 몸에 해로우며, 란탄 텅스텐 전극은 인체에 무해하다.

 

 

 

2. GTAW의 장치도

3. GTAW의 장점 

1) TIG 용접은 용접 입열의 조정이 용이하기 때문에 박판 용접에 매우 좋다

2) 텅스텐 전극봉이 비소모성이므로, 용가재의 첨가 없이도 아크열에 의해 모재를 녹여 용접할 수 있다.

3) 거의 모든 금속의 용접에 이용할 수 있다. (그러나 용융점이 낮은 금속 즉주석 또는 주석의 합금 등의 용접에는 이용하지 않는다.)

4) 용접부의 기계적성질이 우수하다

5) 내부식성이 우수하다

6) 플럭스가 불필요하여 비철금속 용접이 용이하다

7) 보호가스가 투명하여 용접 작업자가 용접 상황을 잘 파악할 수 있다

8) 용접 스패터를 최소한으로 하여 전 자세 용접이 가능하다

9) 용접부 변형이 적다.

 

4. GTAW의 단점

1) 소모성 용접봉을 쓰는 용접 방법보다 용접 속도가 느리다

2) 용접 잘못으로 텅스텐 전극봉이 용접부에 녹아 들어가거나 오염될 경우에 용접부가 취화되기 쉽다

3) 부적당한 용접 기술로 용가재의 끝부분이 공기에 노출되면 용접금속이 오염된다

4) 불활성 가스와 텅스텐 전극봉은 다른 용접 방법과 비교해 볼 때 고가이다

5) SMAW와 같은 다른 용접 방법에 비해 용접기의 가격이 비싸다.

6) 용접사의 고숙련도가 필요하다.

 

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FCAW (Flux Cored Arc Welding)

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1. 원리 및 특성

용접 원리 및 용접시스템은 GMAW와 비슷하나 용가재가 솔리드와이어(Solid Wire) 대신에 중심부가 플럭스(Flux)로 채워진 플럭스코어와이어를 사용하며보호가스 사용여부에 따라 가스보호 FCAW (Dual Sield)와 자체보호 FCAW (Self Shield)로 구분된다.

① Self Shielded Type : Flux의 연소에 의해 발생되는 Gas로만 용접부를 보호하는 방법

② Dual Shielded Type : 외부에서 추가로 CO2 Gas or Ar (75%) + CO2 (25%)를 공급해 주어 용접부를 보호하는 방법.

 

자체보호인 경우, 중심부에 있는 플럭스가 연소, 분해되면서 가스가 발생되어 이온 및 보호가스를 형성하나, 가스보호타입은 그림과 같이 외부에서도 보호가스가 공급되어 용융금속을 보호하며 이는 SMAW GMAW의 특성을 조합한 용접방법이라 할 수 있다.

  

2. FCAW의 장점

1) 생산성이 우수하다.

2) 용착금속의 성질이 우수하다.

2) 용접비드 외관이 우수하다.

3) 다양한 강종과 두께에 적용 가능하다.

4) 기계화, 자동화가 가능하다.

5) 전류밀도가 높아 용착속도가 높다

6) 고속용접이 가능 (SMAW 4, GMAW보다는 낮다)

 

3. FCAW의 단점

1) 현재까지는 철계(Ferrous) 금속과 Nickel Base합금에만 적용 가능하다

2) 용접부의 (특히열처리 후의충격 강도가 낮다

3) Slag층을 생성하기 때문에 이를 항상 제거해야 한다

4) 일반적으로 다른 용접봉에 비해 Wire값이 비싸다

5) Wire 공급장치 등의 설비로 인해 용접 장비의 초기 투자 비용이 크다. (생산성은 월등히 우수

6) Wire공급장치와 전원 설비가 용접 대상물에 인접해 있어야 한다. (장소의 제한

7) Gas Shielded의 경우에는 바람을 비롯한 외부 대기의 제한을 받는다. (Self Shielded는 훨씬 덜함.) 

8) SMAW등에 비해 용접 장비가 훨씬 복잡하고 정비의 어려움이 있다

9) SMAW GMAW에 비해 용접 과정에서 연기(Smoke and Fume) 발생이 심하다

 

4. FCAW Electrode 표기방식

 

 

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SMAW (Shield Metal Arc Welding)

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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.

 

 

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차폐가스 (Shielding Gas)

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1. 차폐가스란?

용접 중에 아크열에 의해 녹은 용융금속을 대기에 내재되어 있는 산소, 질소, 이산화탄소 및 수증기 등으로부터 차단하여 용접부위를 보호하는 것이다. 주로 아르곤, 헬륨 등이 용접에 효과적으로 사용된다.

          

 

 

 

2. 특징 - 무색무취

 

3. 밀폐공간 (Confine Space)에서는 작업 전에 이러한 가스가 충분히 환기가 되도록 주의해야 한다.

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용접결함

For 플랜트자료/ 용 접 2017. 5. 13. 16:47

 

1. 용접결함이란?

: 용접부에 생긴 외관상 및 성능상으로 불만족으로 보이는 각종 결함을 지칭한다. 루트부가 용입되지 않는 용입부족, 개선면이나 층사이가 용해되지 않는 융합불량, 균열 및 슬래그 등이 있다.

 

2. 용입불량 (Imcomplete Penetration)

 

 

 

1) 발생원인

- Root Gap이 좁다.

- 용접속도가 너무 빠를때

- 용접전류가 낮을 때

 

2) 방지대책

- 홈각도를 크게 하거나, Root 간격을 넓힌다.

- 용접속도를 늦춘다.

- 용접전류를 약간 높인다.

 

3. 언더컷 (Undercut)

 

 

 

1) 발생원인

- 전류가 너무 높을때

- 아크 길이가 너무 길때

- 용접속도가 너무 빠를때

- 부적당한 용접봉 사용 시

 

2) 방지대책

- 전류를 낮춘다

- 짧은 아크길이로 유지한다.

- 용접속도를 낮추고 운봉을 주의한다.

- 목적에 맞는 용접봉 선정

 

4. 오버랩 (Overlap)

 

 

1) 발생원인

- 전류가 너무 낮을때

- 용접속도가 너무 느릴때

- 운방방법 (용접봉 취급) 불량

 

2) 방지대책

- 전류를 적정수준으로 맞춘다.

- 용접속도를 약간 높인다.

- 안정된 운봉방법을 택한다.

 

 

5. 기공 (Porosity)

1) 발생원인

- 용접봉에 습기가 많을때

- 용접부가 급랭될때

- 이음부에 오일, 페인트 등이 있을 때

- 아크 분위기 속에 수소, 산소, 일산화탄소가 많을때

 

2) 방지대책

- 잘 건조된 용접봉을 사용한다.

- 후열로 냉각속도를 늦춘다.

- 이음부 청소를 잘한다.

- 저수소계 용접봉을 사용한다.

 

6. 융합불량 (Incomplete of fusion)

 

 

1) 발생원인

- 용접속도가 너무 빠르다

- 용접전류가 낮을 때

 

2) 방지대책

- 용접속도를 늦춘다.

- 용접전류를 약간 높인다.

 

7. 슬래그 혼입 (Slag Inclusion)

 

 

1) 발생원인

- 슬래그 제거가 불완전했을 때

- 전류가 낮거나 운봉속도가 너무 느릴때

- 용접봉의 각도 부정확할 때

- 슬래그가 용융지보다 앞설때

 

2) 방지대책

- 슬래그 및 불순물 제거 확실하게 한다.

- 전류를 약간 높인다.

- 용접봉의 유지각도를 낮춘다.

- 아크의 힘에 의해 뒤로 밀리거나 진행방향쪽이 낮아서 슬래그가 앞서는 경우 모재의 각도를 조절한다.

 

 

8. 그 외의 용접결함들

 

1) Cluster Porosity : 용접부위에 기름이나 구리스 등의 이물질이 묻어있는 상태에서 용접을 진행할 경우에 발생한다.

 

2) Internal concavity or suck back : 초층이 이후 층의 용접과정에서 발생하는 응고 수축에 의해 빨려 들어간 현상이다.

 

3) Offset Mimatch : 용접 전, 취부상태가 불량할 경우에 Root Joint 부위의 Mis-alignment에 의해 발생된다.

 

 

 

4) Excess Weld Reinforcement : 용접이 과다할 때 발생한다.

 

5) Crack : 용접부에 갈라짐 현상이 발생하는 용접결함이다.

 

 

6) Burn Through : 입열이 높거나 국부적인 과열에 의해 녹아서 흘러내린 현상이다.

 

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Flux의 용도 및 역할

For 플랜트자료/ 용 접 2017. 5. 13. 00:24



Flux는 용접 시에 용접금속의 표면을 대기로부터 보호하고, 표면을 깨끗하게 만들기 위한 프로세스로 사용된다. 강이 고온으로 가열이 될때, 용해한 금속면이 직접 대기에 닿으면 산화되거나 대기 속의 수분과 반응하여 수소를 흡수하게 된다. 즉 용접금속이 대기와 반응하여 산화되거나 수소와 결합하게 된다면 용접결함이 발생되기도 한다. 플럭스의 용도를 정리하면...

 

1. 청정작용

- 금속표면의 산화물 등을 용해 제거한다.

 

2. 산화방지

- 고온의 금속표면 및 용융상태의 솔더느 상온에 비해서 훨씬 산화되기 쉽기 때문에, 플럭스는 청정한 금속표면을 재빨리 덮어 산화를 방지한다.

 

3. 솔더의 표면장력을 저하시키는 작용

- 융융된 솔더는 큰 표면장력을 갖고 있으나, 플럭스는 이 표면장력을 저하시켜 금속표면에 솔더가 퍼지게 한다.

 
=> 플럭스 성분을 줄이게 되면 점성(점착성)이 낮아져서 용접 효율이 낮아지게 된다. 


 

 

 

 

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Seal Welding & Strength Welding

For 플랜트자료/ 용 접 2017. 5. 13. 00:21



1. Seal welding (누설방지 용접) 

 

: 문자 그대로, 누설을 방지하기 위한 용접으로 조금이라도 압력이 걸린다면 seal welding을 하면 안 된다. seal welding은 용가재를 사용하여 용접을 하게 되는 데....일부 용가재를 쓰지 않는 곳도 있지만, 가급적 용가재를 사용하는 것을 권장한다.

 

 

 

2. Fillet welding (Strength welding / 강도용 용접)

 

: 직교하는 두 부재를 사용할 때 쓰이며, 누설방지용과 강도용으로 나누어 용접할 수 있다. Fillet은 전두께 용접과 병행하여 수행하며, 두께 부분은 용접하지 않고 Fillet 부분만 용접한다.

 

 

 

3. Partial or Full penetration

 

: 강도용 (Strength) 목적으로 seal welding에서 압력이 작용한다면 Partial or Full penetration으로 용접해야 한다.

 

 

 

 

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용접재료

For 플랜트자료/ 용 접 2017. 5. 13. 00:17



1. 정의

- 용접재료 (welding materials) 란? 압력용기와 같은 각종 시설물에 대해 용적잡업을 하게 되는 데... 이 때 용접작업에 소모되는 소모재의 일체를 지칭하며, 용접봉, Flux, Gas, Backing, Cut Wire 및 Powder 등이 있다.

 

2. 용접봉(용가재)

- 용접재료의 가장 대표적인 것으로 아크열에 의해 용착금속을 형성하고, 용융응고 후에는 부재 및 구조물을 연결하여 하중을 지지해주는 역할을 한다. 용접프로세스에 따라 SMAW, GMAW, FCAW는 Electrode로 GTAW는 Welding rod로 불린다.

 

3. Flux (플럭스)

- SAW 용접 시 사용하며, 용착금속을 대기로부터 보호 및 용착금속의 급냉을 방지한다.

 

4. Gas (가스)

- GTAW, GMAW, 산소용접 등에 이용되며, 아르곤, CO2, 헬륨, 산소 등이 이용된다.

 

5. Backing (백킹)

- Root Bead의 형성을 위해 사용되며 석면, Ceramic 또는 용가재, 모재 등과 같은 동일 금속자재를 이용한다. Ceramic은 제거하며, Backing Plate와 같은 용착자재는 SPEC에 따라 제거하거나, 그대로 둔다.

 

6. Cut Wire

- 용착금속의 용착속도 증대용 또는 Start Arc 또는 Wool 상태의 재료로 SAW에서 활용된다.

 

7. Powder

- 주로 용착금속의 용착속도 증대용이나, 가끔 Alloy 성분 증대 목적으로 이용된다.


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