[스크랩] GMAW 요약

GMAW   1.원리 : 기본적으로 용가재로써 작용하는 소모성Wire을 일정한 속도로 용융지에 송급하면서 전류을 통하여 Wire와 모재모재사이에 Arc을 일으켜 용접하는 방법이며 용융부위는 가스노즐을 통하여 곱급되는 보호가스에 의하여 대기로 보호된다. Ar과 같은 불활성 가스로 부터 보호되는것을 MIG용접이라하고 순수한 탄산가스만으로 사용하는 탄산가스 아크용접(Co2용접)과 탄산가스와 Ar을 혼합하여 용접하는 MAG용접으로 분류된다.   2.장,단점 : GMAW용접은 SMAW보다 능률적이고 Wire가 나늘므로 대전류밀도가 형성되어 SMAW의 6배가량 높다(용착속도가 증가된다), 또한 용접로봇이나 자동화 용접이 가능함으로 용접생산성을 높일수 있으며 결점으로 장비가 SMAW보다 복잡하고 고가이면서 Co2용접의 경우 spatter가 다량으로 발생하여 Nosse을 막음으로 보호가스의 기능을 방해하여 bead가 좋지못하게 되거나 용접품질의 저하을 가져올수 있다. 장점으로 용접봉의 연속공급으로 wire의 교체작업이 불필요함으로 시간적 소실이 절감되고 생산능률이 증대하고 Slag가 없음으로 Slag제거에 따른 시간적 손실을 절감할수 있고 용접재료 손실감소와(95%이상의 용착효율, SMAW는 60%) 전류밀도가 높음으로 깊은 용입을 가져 올수 있다. 단점으로 용접장비가 무거워 이동이 곤란하고 구조가 복잡함으로 고장율이 많다, 더우기 용접토오치가 접근하기 힘든 구조물에 용접이 불가능하고 바람이 부는 옥외의 작업시 보호가스가 충분한 역활을 할수 없음으로 별도의 방풍막을 형성해야 한다.   3.용융금속의 이행형태에 있어 변수로 작용하는것은 용접재료, 보호가스,용접조건등을 들수 있으며 용적에 작용하는 힘으로 중력과 표면장력,전자기력,항력이 있다. 중력과 전자기력, 항력은 전류의 크기에 따라 영향을 받지만 표면장력은 전류의 영향을 거의 받지 않으며 전류가 낮으면(225A이하) 표면장력의 영향은 크게 된다, 전자기력은 250A이상에서 큰힘으로 작용한다. 금속이행의 분류(IIW-국제용접학회) Mode에 따라 2가지로 나뉘는데 Wire선단에서 생성된 wire의 용적이 아크기둥을 거쳐 용융지로 이행하는 자유비행이행(Free flight)이 있고 이걱은 용적의 입자에 따라 입상용적(Globular)와 스프레이(Spray)이행으로 나뉜다. 다른 하나는 Wire선단이 순간적으로 모재와 접촉하여 가교을 형성한 상태로 용융금속의 용융지로 흘러들어가는 형태로 단락이행(Drop,Short)이행이라 한다.   단락이행 : 단락이행은 보호가스의 조성에 상관없이 저전류,저전압에서 나타나는 이행의 형태로 단락과 동시에 용접전압은 급격히 감소하고 용접전류는 급상승함으로 용접봉의 용융금속이 모재로 이행하게되며 이때 작용하는 힘으로 표면장력과 전자기력에 의한 핀치효과로 용융금속의 이행을 촉진한다.(초당 100회이하) 단락이행에 작용하는 힘중 표면장력의 크기는 보호가스의 조성에 따라 변화하고 따라서 보호가스의 조성은 단락기간과 횟수에 큰영향을 준다.     입상이행 : GMAW에서 저전류 사용시 나타나는 이행형태이며 보호가스가 Co2 또는 He인 경우는 사용가능한 모든 전류범위에서 나타나는 이행형태이다. 특징으로 Wire의 직경보다 용융지의 직경이 2~3배정도 크며 용적이 용융지와 직접맞닺지 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 성정된 용적이 용융지와 접촉하여 순간적으로 전류상승으로 단락되어 가열됨으로 폭팔하여 심한 spatter을 발생시킨다. 입상이행이 안정적으로 이루어지기 위하여는 용적이 완전히 이탈할수 있는 정도의 아크길이을 유지하는것이 필요하다. 입상이행에서 보호가스의 조성은 아크의 안정성과 용접이행에 커다란 영향을 미치는데 Ar 사용시 용적의 형태는 구형으로 Drop이행의 형태을 가져오고 Co2사용시는 보호가스가 하단부웨 깔림으로 아크을 완전히 감싸주지 못함으로 전자기력 반발력으로 용적이 안정치 목하게 되며 Repelled(반발)이행을 한다.   스프레이 이행 : Ar gas을 주성분으로 전류가 일정범위을 넘어가면(천이전류영역) Spray이행의 형태을 갖는다. (천이전류영역이하이면 입상이행) Wire의 직경보다 작은 용적을 초당 수뱅회이상으로 이행하는 형상으로 전가기력 힘이 주로 작용하여 이행하는 형태이며 전자기력은 Wire의 축에 수직한 방향으로 작용하여 핀치효과가 있어 용적이 일정량 이상으로 증가하면 wire의 선단으로부터 이탈시켜 용융지로 투사하는 원리이다. Spray형태에서 전류가 증가하면 프로젝티드(projected),스트리밍(streaming),회전(rotation)이행으로 전환된다. 천이전류의 영역은 강종에 따라 Wire의 직경에 따라 또 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. 스테레이스강의 경우 연강과 같은 Wire의 직경을 사용할 경우 170A,225A,285A로 각각 분류되고 알류미늄의 경우 강의 특성을 고려하여 순수Ar gas을 사용하였을 경우 95A,135A,180A로 분류할수 있다.   4.보호가스 탄소강의 경우 Ar+O²(2~5%) : Arc의 안정성이 좋다                     Ar+CO²         : 순수Ar일때보다 용접속도가 증가하고 Under-cut이 많이 감소한다.                     CO²              : 가격이 저렴하나 Arc가 불안정하다. 스텐레이스강  Ar+O²(1%)     : Arc의 안정성이 증가하고 용융금속의 유동성이 좋아 용융지 조성이                                           좋고 융합이 좋고 bead형상이 좋다.                     Ar+O²(2%)     : 후판에서 U/cut이 최소화 되고 박판의 용접에서 1%보다 용적속도가                                           우수하고 Arc의 안정성이 우수하다. 알루미늄강     Ar                : 25mm이하의 강판에서 Arc의 안정성이 우수하고 Spatter가 적다.                     Ar(35%)+He   : 25~75mm의 강판에 주로 사용하고 순Ar보다 용입이 좋다.                     Ar(25%)+He   : 75mm이상의 강판에 주로 사용하고 용접입열이 최대치이고 porosity                                           가 감소한다. 5.용접Wire Solid wire을 사용하고 Wire의 표면에는 전기전도성 및 방청성을 높이기 위하여 Cu도금되어 있으며 도금의 방법은 화학도금이나 전기도금의 2가지 방법이 있는데 도금층의 박리 및 접착력 문제로 인하여 (송급속도가 빠름으로 박리가 쉽게 일어남)전기도금을 선호한다. Wire종류 : YGW11로 11은 보호가스, 주요적용강종 및 wire의 화학성분                  GW는 MAG의 약자이다 11~14 : CO2보호가스에 연강&인장강도 490N/mm2 고장력강에 주로 사용된다. 15~17 : Ar(80%)-CO2(20%) 21~22 : CO2보호가스에 인장강도 590N/mm2급 고장력강에 주로 사용된다. 24~28 : Ar(80%)+CO2(20%)   용접Wire의 주성분 Si - GMAW용 Wire의 탈산재 역활을 하는 성분으로 가장 많이 사용하고 있으며 0.40~1%정도 함유하고 있다. Si의 량이 증가하면 용접부의 강도는 증가하지만 인성과 연성은 감소하고 Cracking을 유발한다. Mn - 일반적으로 강도증가용으로 사용하고 일부 탈산재 역활을 한다,Mn이 증가하면 강도가 증가하고 고온균열에 민감해 진다.함유량은 1~2%정도 함유된다. Al - Al과 Ti,Zr은 강력한 탈산재역활로 고전류Co2용접봉 Wire에 첨가되는데 첨가량은 2%이하이다 C - 구조적,기계적 성질에 지대한 역활을 미치는 원소이며 일반적으로 함유량은 0.05~0.12%정도 함유되며 그이상이 되면 기계적 성질이 변하고 용접성이 나빠지게 되고 기공 및 under-cut이 심하게 발생한다. Ni,Cr,Mo - 스테인레스강의 주요원소로 저합금강에서는 내부식성과 기계적성질을 향상시키기 위하여 첨가된다.   용접전원의 외부특성과 Wire의 송급방식 인버터식 : 용접전원의 출력파형을 보다 정밀하게 제어가능하고 용적의 이행과정을 보다 효과적으로 제어할수 있다, 특히 용적이 모재와 단락되는 과정에서의 단락전류의 증가,감소,피크치제어가 가능하여 Co2용접시 Spatter량을 대폭적으로 감소시킬수 있다. 초기전류을 적정값으로 제어할수 있는 순간의 Arc율이 100% 가까이 올릴수 있고 인공지능제어로 용접속도를 고속화할수 있다.   싸이리스식 : 통상 3상 교류를 입력하고 변압기와 싸이리스터를 6상반파 정류회로로 구성하여 위상제어에 의하여 출력을 제어하는 방식으로 리액터에 의해 출력파형의 평활 및 용적제어를 행한다. 싸이리스터-->변압기-->전류기-->DC                 l                            l                  -------------------위상제어 Wire 송급방식 Push방식:Wire의 스풀압에 송급장치가 붙어있어 용접토오치가 가벼움으로 반자동용접에 적당하다 Pull방식 :송급장치가 토오치앞에 붙어 있어 송급시 마찰저항을 작게 하고 Wire의 송급을 원활히 해              준다, 직경이 작고 연한Wire의 경우 사용한다. Push-Pull방식 : 송급튜브가 긴경우 채택하는 방식으로 송급성이 양호하지만 토오치에 송급 로울                        러가 붙어 있음으로 조작이 불편하다. double Push방식 : 송급튜브가 매우긴 경우 사용하는 방식으로 토오치가 가벼워 조작이 간편하다.   용접변수 GMAW에서 Wire의 송급속도가 증가하면 용접의 전류도 증가한다, Wire의 돌출길이가 감소하면 용접의 전류도 감소하게 되는데 Wire의 저항열이 감소하기 때문이다. GMAW에서의 사용되어지는 전류는 정전압특성으로 토치의 선단에 송출되는 Wire에 Arc을 유자할수 있는 전류를 자동적으로 조정하여 공급하는 특성을 가지고 있다.(정전압특성 참조) 일반적으로 Wire의 송급속도는 용착속도와 일치하고 전류가 증가하며 용착속도도 증가하고 용입도 증가한다, 그러나 지나치게 높은 전류는 용접 bead을 볼록하게 만들고 외관상 좋지 못한 결과을 가져 올수 있음으로 일반적으로 전류값을 증가시키면 아크전압도 높여주어야 양호한 용접비드을 얻을수 있다. 용접의 전압이 증가할수록 bead의 여성고는 낮아지고 bead의 폭이 넓어져 납작한 bead을 만들고 또 용입이 어느정도까지는 증가하다가 감소하게 된다.양호한 용입과 bead형상을 유지하기 위해서는 전류와 전압의 적절한 조합이 필요하다. Wire의 돌출길이가 길어지면 전기적 저항열이 증가하여 전류를 증가시키고 Wire의 용융속도와 용입이 증가하게 된다. 그러나 지나친 돌출길이는 보호가스의 기능을 저하시키고 Arc의 불안정과 더불어 기공 및 Spatter발생을 증가시키고 Wire의 돌출길이가 너무 짧으면 보호가스의 기능은 좋아지나 노즐에 spatter가 붙기쉬워 노즐이 막힐수 있고 보호가스의 흐름을 방해할수 있다,또한 용접부의 용입이 감소하고 용접의 전류가 감소하여 bead외관이 나빠지거나 작업성이 나빠진다. 적정의 돌출길이는 단락조건에서 10~15mm이며 그밖의 조건에서는(200A이상) 15~25mm정도이다 용접의 속도는 반자동시 30~50cm/min이다. 용착기법으로 전진법과 후진법이 있는데 전진법은 용접되는 bead의 형상을 육안으로 확인할수 있어 Bead의 상태을 확인하면서 용접할수 있고 bead가 낮고 평판하며 spatter가 많이 발생하는 단점이 있고 용입이 낮아진다. 후진법은 용접선이 노즐에 가려 육안 확인이 어렵고 Bead가 역간 높고 Bead폭이 좁다, Arc가 안정적이며 Spatter발생이 전진법에 비하여 적고 용융금속이 앞으로 나가지 않으로 깊은 용입을 얻을수 있으며 Bead의 폭과 높이의 조정이 쉽다.   맥동이행(Pulsed transfer) 맥동전류의 이행은 spray이행의 형태로 가스금속아크용접의 형태이며, 초당 60사이클 비율로 상하준위에 전류맥동을 가진 규칙적인 공간사이에 일어나며 각 맥동전류이행은 용융금속 한 개의 용적을 가진다, 맥동파는 두개의 정전위 전원사이의 전류전환으로 생성된다., 높은 Amp의 맥동전류을 얻기위해서는 spray이행의 천아점상에서 조정하고 이면Amp는 구상이행에서 조정한다(spray형과 gloublar전류범위의 사이), 소용적은 분리되어 이행하고 용융지에 Arc을 가로질러 이행한다. 맥동전류는 비철금속의 용접에 적용할수 있고 이는 낮은 열압력 때문에 비철금속에 효과적이기 때문이다. 단 갑자기 용융지가 응고되기 때문에 급랭에 따른 용융지의 기계적성질이 저하할수 있다. 맥동이행에는 특별한 장치가 요구되며 이행의 다른종류에는 사용할수 없다, wire의 직경에 따라 혼합가스을 사용하는데 wire의 직경이 1.2~2.4mm인경우 Ar(98%)+O2(2%)가 가장 이상적이다. Pulse Arc용접은 임계전류 이항의 범위에서 Pulse전류을 가진 용접전류을 이용하여 Spray형의 용적이행상태을 얻는다. 박판의 용접기는 맥동의 주기을 적게하여 용락을 방지해야 하고 판이 두께워지면 맥동의 주기을 증가하여 평균값을 증가시켜 용접해야 한다.

출처 : 엔지니어링네트워크팀(EngineeringNetworkTeam)

글쓴이 : narai 원글보기

메모 :