학습 목표: 용접절차설명서에 따라 용접기의 종류를 선정하고 용접 조건을 설정할 수 있다. 위빙 비드 다층 쌓기를 수행할 수 있다. 용접 자흐 처리를 할 수 있다. 예열과 층간 온도를 준수할 수 있다.
3-1. 위 빙 비드 용접.
[1] 피복 아크 용접기의 종류.
피복 아크 용접기는 전류를 직류와 교류 중 어느 것을 사용하는지에 따라 구분할 수 있다. 일반적으로 피복 아크 금속 용접기는 다음과 같이 분류한다.
<표 3-1> 직류 아크 용접기와 교류 아크 용접기의 항목별 특성
| 구분 | 지규 아크 용접기 | 교류 아크 용접기 |
| 아크의 안전성 | 우수 | 약간 떨어짐. |
| 비 피복 봉 사용 | 가능 | 불가능 |
| 극성 변화 | 가능 | 불가능. |
| 자기 쏠림 방지 | 불가능 | 가능 |
| 무 부하 전압 | 약간 낮음(40~60A) | 높음(70~80A). |
| 전격의 위험 | 적음 | 많음. |
| 구조 | 복잡 | 간다 |
| 유지 | 약간 어려움 | 쉬움 |
| 고장 | 회전기에 많다. | 적다 |
| 역률 | 매우 양호 함 | 불량 |
| 소음 | 회전기는 크고, 정류형은 조용 함 | 조용함 |
| 가격 | 비싸다 | 싸다 |
<표 3-2> 직류 아크 용접기의 종류별 특징.
| 종류 | 특징 |
| 1. 완전한 직류를 얻는다(모터형, 엔진 형) | |
| 2. 옥외나 교규 전원이 없는 장소에서 사용한다. (엔진형) | |
| 발진형(엔진형, 모터형) | 3. 회전하므로 고장 나기 쉽고, 소음이 있다(엔진형, 모터형) |
| 4. 구동 부, 발전기부 되어 가격이 비 싸다. (엔진형, 모터형) | |
| 5. 보수와 점검이 어렵다. (엔진형, 모터형) | |
| 정류기형 | 1. 취급이 간단하고 가격이 싸다. |
| 2. 소음이 없다. | |
| 3. 보수 점검이 간단하다. | |
| 4. 정류기 파손 주의하여야 한다. (셀렌 80도, 실리콘 150도 이상 파손) | |
| 5. 교류를 정류하므로 완전한 직류를 얻지 못 한다 |
[2] 피복 아크 용접기의 용접 조건.
용접 시공을 할 때는 재료의 홈 가공이나 용접전류, 아크 길이, 용접자세, 사용할 용접봉 등이 적절한 상태에서 용접해야 결과를 얻을 수 있기 때문에 본 용접을 시작하기 전에 용접 조건을 적절하게 준비해야 한다.
1. 용접 전류.
용전전류는 판 두께와 이음 형상, 용접자세나 보의 종류 지금, 층 수 등에 따라 다르며, 전류가 높으면 언더 컷과 스패터가 많이 발생하고, 전류가 낮으면 용입 불량과 오버랩이 생길 수 있으므로 항시 적정치를 유지하며 시공하는 습관이 필요하다.
<표 3-3> 용접전류.
| 용접 | 자세 | 두께(T) | 이면 용접 전류 | 표면 용접 전류 |
| 피복 아크 | F(아래보기) | 6T | 75~90 | 100~200 |
| 피복 아크 | F(아래보기) | 9T | 75~90 | 100~120 |
| 피복 아크 | 6T | 75~90 | 100~120 | |
| 피복 아크 | 9T | 75~90 | 100~120 | |
| 피복 아크 | 6T | 80~90 | 100~120 | |
| CO2 | F, H, V. | 120~150A/15~20V | ||
| 피복 아크 | 9T | 80~90 | 100~120 | |
| TIG | F, H, V. | 3T | 80~90 | 80~90 |
| TIG | F, H, V. | 4T | 80~90 | 80~90 |
| 피복 아크 | 6T | 130~140 | ||
| 피복 아크 | 9T | 130~140 |
2. 차광 유리 및 안전 보호구.
용접 후 수동 헬멧과 핸드 실드에는 자외선과 적외선을 차단하는 타과 유리를 끼워서 사용하며, 차광 유리는 차광 능력에 따라 번호를 붙이며 번호가 높으면 빛이 차단양이 많게 된다. 납 땝 작업에는 2~4, 가스 영접에믐4~6, 피복 아크 용접에는 10~12번 정도를 사용한다. 안전 보호구는 용접작업 시 유해한 광선 및 아크열, 스패터 등으로부터 신체를 보호하기 위해 착용하는 것으로, 부드러운 가죽으로 만들어진 장갑, 팔 덮개, 앞치마, 발 커버 등이 있다.
3. 용접 자세.
용접 시 작업자가 추할 수 있는 자세는 구조물의 형상이나 위치에 따라 정해지는데, 기본적으로 네가지의 기본자세가 있는며 작업 요소에 따라 알맞은 자세를 선택하여야 하며 용접작업 시에 가장 편하고 올바른 자세를 취하여야 한다. 용법 자세는 가능한 아래보기 자세로 하고, 안정된 자세를 위해야 되며 무리하게 위 보기 또는 수기 용접을 하지 않도록 해야 한다. 포지셔너 등을 이용하면 더욱 효과를 높일 수 있다.
(1) 아래보기(flat position: F): 용접하려는 재료를 작업대 위에 수평으로 놓고 용접봉을 아래로 향하여 용접하는 자세이다.
(2) 수평자세(horizontal position: H): 모 재가 수평면과 90도 또는 45도 이상의 경사를 가지며, 용접 선이 수평이 되게 하는 용접자세 이다.
(3) 수직 자세(vertical positiion: V): 모재가 수평면과 90도 또는 45도 이상의 경사를 가지며, 용접은 수직 또는 수직면에 대하여 45도 이하의 경사를 가지고 상진 또는 하진으로 용접하는 자세이다.
(4) 위 보기 자세(overhead position: O): 모재가 눈 위로 들려 있는 수평면의 아래쪽에서 용접봉을 위로 향하여 용접하는 자세이다.
(5) 전자세(all positiov: AP) : 자세 중 두 개 이상을 조합하여 용접하거나 전부를 응용하는 자세를 말한다.
4. 아크 길이. 마트 길이는 원직적으로 짧게 하는 것이 좋다. 길게 하면 아크가 불안정하고 용융 금속의 산화나 질화, 열 집중, 용입 부족과 스패터 발생 과다 등이 발생하게 된다. 일반적으로 아크의 길이는 3mm 정도가 좋으나 지름 2.6 mm 이하의 용접에서는 심선의 지금과 거의 같도록 한다. 위 보기나 수직 용접에서는 그 보다 더욱 짧게 유지하는 것이 좋다. 아크의 길리가 크기가 너무 길 때에는 다음과 같은 현상이 생긴다.
(1) 아크가 불안정하다. (2) 아크열의 손실이 생긴다. (3) 용착이 얇게 된다. (4) 용접 부의 금속 조직이 취약하게 강도가 감소된다.
5. 용융 속도.
(1) 용접보의 용융 속도.
용접봉의 용융 소도((mellting rate)는 단위 시간당 소비되는 용접봉의 길이 또는 무게로 나타내는데 실험 결과에 의하면 아크 전압과는 관계가 없다.
용융 속도 = 아크전류 × 용접봉 쪽 전압 강하로 결정된다. 지름이 달라도 종류가 같은 용접 봉인 경우에는 전류에만 비례하고 용접봉의 지름에는 관계가 없다.
(2) 용적 이행.
용융 금속의 이행 형태에 영향을 주는 요소는 ㅓㄴ압, 용접전류, 보호가스 등이 있으며 용융 금속의 이행 형태를 나타내었다.
(가) 단락형(shot circuit tiye): 주기적으로 발생되는 용접 부와 모재의 단락으로 큰 용적의 용융 금속으로 이행되며 평균 전류 및 입력 에너지가 작아 주로 맨(bare) 용접봉 및 박피복봉을 사용할 때 나타난다.
(나) 글로뷸러 형(globular tiye): 원주 상에 흐르는 전류 소자 간에 흡입력이 작용하여 원기둥이 가늘어지면서 용융 방울이 모 재로 이행하는 형식으로 , 비교적 큰 융적이 단락 되지 않고 이행하여 전류의 흡입력에 의해 봉 끝의 금속이 떨어져 나간다 주로 저 수소계를 사용할 때 많이 나타난다.
(다) 스프레이 형(sprsy tiye): 가스 폭발의 힘과 아크 힘에 의해 용접봉 끝의 용융 금속이 아주 미세한 입자로 되어 바른 속도로 용접부에 이행하는 형식을 말한다. 스패터가 거의 없고 비드 외관이 좋고 용입이 깊다. 주로 고 산화티탄 계와 일미나이트에서 일어난다.
[3] 위빙 비드 운봉법.
위 빙 비드 운봉법에는 정답이 있는 것이 아니가. 일반적으로 대파형, 파형, 반달형이라고 부르는 지그재그 위빙법을 가장 많이 사용한다. 하지만 반드시 정해진 것은 아니며, 다양한 방법으로 연습을 하고 학습자에게 알맞은 위빙법을 찾는 것이 좋다.
3-2. 위빙 비드 용접하기.
재료, 자료: 도면 및 요구사항, 용접절차설명서, 연강판(SS400)(50*150*t9.0, 4장), 피복 아크 용접봉(E4316), 필기구.
기기(장비, 공구)
피복 아크 용접기, 용접 장치 소모 부품, 측정용 공구, 마킹용 고구, 공정용 지그, 디스크 그라인더, 치핑 해머, 정, 브러시 등 용접 및 가공용 장비, 전류계(hook meter), 헬멧, 기타 용접 안전 보호구 등.
안전, 유의 사항.
・용접 작업을 위한 안전 보호구를 착용한다.
・용접은 고온에서 이루어지는 작업이므로 스패터 등의 물질이 인접한 위험 물질에 닿지 않도록 한다.
・용접 작업 중에 스패터가 튀거나 작업 후 치핑 해머로 슬래그를 제거하는 경우에 황장을 입을 수 있으므로 주의해서 작업한다.・
・아크 용접은 전기를 사용해서 수행하므로 항상 감전 사고를 주의한다. 특히 전신의 피복이 손상되었거나 용접기 홀더가 손상된 경우 바로 교체할 수 있도록 한다.
・피목 아크 용접기를 비롯한 전기 장치는 반드시 장도 전격 방지 시험을 합격한 것으로 전문가에 의해 설치한다.
・용접으로 발생하는 용접 홈, 유해 가스 등에 대비하여 반드시 환기 시설을 설치하고, 마스크를 착용하고 한다.
・피복 아크 용접 시 발생하는 아크는 반드시 차광 유리가 장착된 용접면을 착용하고 확인해야 하며, 소음 발생으로 인하여 난청이 발생할 수 있으므로 귀마개 등을 착용하여도 록한다.
・소화기 및 소화수의 준비 상태를 확인한다.
수행 순서.
[1] 용접절차설명서 따라 용접기의 종류를 선정하고, 용접 조건을 설정한다.
1. 용접기 종류를 파악한다.
전선 및 케이블을 연결할 때는 반드시 주전원 스위치(main swich)를 먼저 내린 다음에 작업을 실시해야 한다. 그리고 전선의 연결부는 접속 저항이 없도록 완전히 조여 주고, 절연시킨 후 작업에 들어가고, 작업 중 아크 불빛에 황상이나 누의 보호에 특히 주의한다.
2. 직류용접기를 파악한다.
직류는 시간에 관계없이 방향과 크기가 일정한 전기 에너지를 공급하므로 안정된 전기를 얻을 수 있다는 장점이 있으며, 교류에 비해 전격의 위험이 적지만 가격이 고가이며, 관리가 복잡한 단점이 있다.
3. 교류아트용접기를 파악한다.
교류 아트 용접기는 일반적으로 교육기관에서 가장 많이 쓰이고 있으며, 보통 1차 특은 200v의 전원에 접속하과 2차 측은 무 부하 전입이 70~80v가 되도록 만들어져 있다. 교류 아트 용접기의 구조는 일종의 변압기이지만 보통의 변압기와는 약간 다르다.
4. 용접 회를 파악한다.
용접 회로(welding cycle) 란 처음과 끝이 구분 없이 닫혀 있는 상태로 전원공급이 시작되면서 용접이 이루어지기까지의 과정이 순환되는 것을 말한다. 순환 과정은 용접기(전원) => 잔극케이블 => 용접봉 홀더 및 모재 => 접지 케이블 => 용접기 (전원)의 순이다.
(1) 1차 측의 공급 전원이 용접기의 입력 전원과 일치하는가를 측정하여야 하며, 필요한 경우 공급 전압에 맞추어 용접기의 입력 전압 변환 단자를 바꾸어 고정한다.
(2) 용접기 용량에 적합한 규칙의 캡타이어 케이블로 1차 측 전원을 연결해 준다.
(3) 용접기 정격 출력 용량에 충분한 단면적(㎟)의 2차 측 용접 케이블을 연결 후 용접봉 홀더와 접지 클램프를 연결 후 검사한다.
5. 용접 이별을 파악한다.
용접 입열(weld heart input)이란 외부로부터 모재에 주어지는 열량으로 보편적으로 모 재에 흡수되는 열량은 입열기 충분하지 못하면 용입 불량과 같은 용접결합이 발생될 수 있다. 용접봉의 용융 속도는 단위 시간당 소비량의 용접보의 길이 또는 무게로 나타내며, 용융 속도는 아크 전압 및 심선의 지름과 관계없이 용접 전류에만 비례한다.
H = 60EI/V [Joule / cm]
H: 용접 입렬, E: 아크 전압[V], I: 아크전류[A], V: 용적 속도(cm/min), 용접에서는 1분당 몇 cm를 이동했느냐가 의미 있기 때문에 용접 속도의 단위는 (cm/min)이다.
6. 용접 전원(power source)을 조정한다.
(1) 전원 개폐기를 올려 1차 전원을 공급하고 용접기의 전원 스위치를 작동시킨 후 외로 시험기를 0점으로 조정하여 전압 측정을 기록하며, 용접전류의 값을 바꾸어 가면서 특정한다.
(2) 전격 사용률 표에 따른 각 전륫값의 사용률을 검사 기록 후, 환산식에 의한 허용 사용률을 계산하여 비교, 검토한다.
허용 사용률(%) = (정격 2차 전류) 제곱/(실제 용접 전류) 제곱 × 정격 사용률
[2] 용접절차설명서에 따라 위빙 용접작업을 수행한다. ( F. H.V. O)
1. 아래 보기의 자세 위빙 용접작업 준비를 한다.
<요구 사항>
1. 아래보기 용접은 주어진 자세(F, 아래보기)로 시공한다.
2. 아래 보기 용접 시 용접 모 재를 작업대 위에 수평으로 올려놓고 본 용접을 시공한다. (눕히거나 기울여서는 안 된다.)
3. 표면 비드를 제외하고 이음부 그라인더 가공을 허용한다.
4. 교류 아크 용접기를 사용하여 각종 자세(F, H, V, O)로 비드 폭과 높이가 일정하고 겹침 상태가 양호한 비드를 쌓는다.
5. 각 비드와 비드를 1.3-1/2 정도 겹치면 서 전, 후면에 2층 이상 비드를 쌓는다.
(2) 재료를 준비한다.
(가) 도면을 보고 직선 비드 쌓기: 피복 아크 용접봉(E4316, 3.2 Ø, 0.5Kg) 용접용 연강 판(SS400)(150*150*T6.0) 또는 (150*120*t9.0)를 준비하고, 브러시 등을 사용하여 표면의 불순물을 깨끗이 청소한다.
(나) 석필이나 백색 마킹 펜 또는 금 긋기 바늘을 사용하여 직선 비드 쌓기 용접할 금 긋기 선을 긋는다. 첫 번째 줄은 모서리에서 10mm 간격으로 하고, 두 번째 줄부터는 6mm 간격으로 금 긋기를 한다.
(다) 건조 론에서 용접봉을 꺼내어 편심 여부, 용접봉 상태 등을 검사하고, 적당량을 준비한다.
(3) 용접기 점검 및 작업을 준비한다.
(가) 작업에 피요한 브러시, 치핑 해머, 플라이어 등 공구와 재료를 준비한다.
(나) 앞치마, 팔 커버, 발 커버, 방진 마스크 등 안전 보호구를 착용한다.
(라) 피복 금속 아크 용접봉 Ø 3.2를 용접봉 홀더의 90ํ 홈에 물린다.
(4) 모재를 고정한다.
(가) 수평 작업대 위에 모재의 금 긋기 한 용접선이 조우가 되도록 아래보기 자세로 놓는다.
(나) 또는 작업대에 고정하여 작업하기 편한 높이로 조절한다.
(4) 모재를 고정한다.
(가) 수평 작업대 우에 모재의 금긋기한 용접선이 조우가 되게 아래보기 자세로 놓는다.
(나) 또는 작업대에 고정하여 작업하기 편한 높이로 조절한다.
(5) 전류를 조절한다.
(가) 피복 금속 아크 용접봉 Ø 3.2를 용접봉 홀더의 90도 홈에 물리고, 전류를 90~130A 용접 전류는 모재의 재질, 두께, 이음 형상에 따라 달라지며, 용접사의 기량과 연습량에 따라서도 다르므로 작업 조건에 맞는 정확한 전륫값은 없다. 초보자가 용접 기법을 숙련하는 경우는 적당한 전류를 찾아서 직선 비드 쌓기 용접을 해야 한다.
(나) 용접기의 전류 조절 손잡이를 좌우 방향으로 조작하여 사용할 피복 금속 아크 용접봉 지름에 맞는 전류를 조절한다
(다) 전류 측정은 전류계의 선택 스위치를 전류 측정 부분에 맞춘 후 용접기의 2차 측 케이블을 전류계의 훅 부분에 끼우고 용접봉을 모재에 잠깐 대거나 아크를 발생하면서 나타난 수치를 읽으면서 전류를 조절한다.
(6) 아래보기 자세 위빙 용접작업을 한다.
(가) 발은 어깨 널리 저도로 벌리고 펴하게 안정된 자세를 위한다. 모재의 요 접선과 평행하게 앉은 후 모재 위에서 아트를 발생하지 않고, 용접 진행 방향으로 시뮬레이ㅕㄴ 해 본다.
(나) 상반신을 약간 앞으로 구부린다. 용접봉을 좌측 용접 시점에 가까이한 우 헤멧을 쓰고 아트를 발생하여 아트 불빛으로 용접 시점을 환인 한 후 아크를 시점으로 옮긴다.
(다) 시점에서 아크 길이를 3mm 이하로 유지하며, 예열과 아크 안정을 시킨 후, 작업 각 90도 진행 방향 각 75~85도를 유지하며, 발달형 또는 지그재그형 위빙을 아며, 우측으로 진행한다. 외손잡이는 반대 방향으로 진행한다. 시접에서 20 mm 구간 정도는 모재와 용접봉이 충분히 가열된 상태가 아니기 때문에 3~5초 정도 조금은 긴 아트 길이를 사용하여 예열하면서 진행한다.
(라) 위빙 시 운봉 폭 양끝을 0.5~1초 정도 머물러주며 비드를 확인하고 중앙은 조금 빨리 움직인다.
(마) 손목만으로 위빙 하지 말고, 팔 전체로 운봉 한다.
(바) 비드 파형과 비드 폭을 일정하게 하기 위해서는 위빙 피치는 2~3mm, 운봉 폭은 심선 지름의 2~3배, 비드 높이는 t/4~t/5t(t: 모재 두께) 정도, 두꺼운 모재라 해도 3mm 이내로 쌓는다.
(7) 크레이터 터리 작업을 한다.
(가) 용접이 끝나는 끝부분의 2~3mm 앞에서 아트 길이를 짧게 한 후, 잠시 들어 아크를 끊었다가 다시 아크를 발생시켜 피복 아크 용접을 2~3회 회전하 후, 진행 반대방향으로 아크를 빨리 끝 는다. (나) 아므르 끊었다가 슬래그가 붉은 상태로 굳기 시작할 때, 아크를 재 발생시켜, (가)의 방법을 2~3회 반복하여 크레이터를 채운다.
(8) 용접부를 청소하고, 검사한다. (가) 보안경을 착용하고, 집계로 모 재를 잡고, 슬래그 해머로 슬래그와 스패터를 제거한다. (나) 와이어 브러시 비드 부분을 깨끗이 청소한다.
(9) 정리 정돈한다. (가) 용접이 끝나면 용접기 전원을 차단한다. (나) 사용했던 장비를 깨끗이 한 후, 접지 케이블과 홀더 케이블을 가지런히 정돈하여 케이블 걸이에 정리한다. (다) 사용한 장비와 공구, 보호구 등을 깨끗이 손질하여 정리한다. (라) 작업 후 주위를 깨끗이 청소하고, 환풍기 스위치를 차단한다. (바) 작업이 모두 끝나면 배전반에서 부스 스위치, 장비 전체 메인 스위치 순으로 차단한다.
2. 수직 자세 위빙 용접작업 준비를 파악한다.
(1) 도면을 확인하고 요구사항을 파악한다.
<요구 사항>
1. 아래보기 용접은 주어진 자세(F, 아래보기)로 시공한다.
2. 아래 보기 용접 시 용접 모 재를 작업대 위에 수평으로 올려놓고 본 용접을 시공한다. (눕히거나 기울여서는 안 된다.)
3. 표면 비드를 제외하고 이음부 그라인더 가공을 허용한다.
4. 교류 아크 용접기를 사용하여 각종 자세(F, H, V, O)로 비드 폭과 높이가 일정하고 겹침 상태가 양호한 비드를 쌓는다.
5. 각 비드와 비드를 1.3-1/2 정도 겹치면 서 전, 후면에 2층 이상 비드를 쌓는다.
(2) 재료를 준비한다.
(가) 도면을 보고 직선 비드 쌓기: 피복 아크 용접봉(E4316, 3.2 Ø, 0.5Kg) 용접용 연강 판(SS400)(150*150*T6.0) 또는 (150*120*t9.0)를 준비하고, 브러시 등을 사용하여 표면의 불순물을 깨끗이 청소한다.
(3) 모재를 고정한다.
(4) 전류를 조절한다. 용접전류를 좁은 비드 쌓기보다 10A~20A 정도 낮게 조절한다.
(5) 수직 자세 위빙 용접 작업을 한다.
(가) 12mm 폭으로 금 긋기 한 모재의 하단 외쪽 선에 용접봉 끝을 옮긴 후, 헬멧을 쓰고, 아크를 발생한 후 작업 각은 90도 진행 방향 반대쪽은 75~85로 유지하며, 아크 길이는 2~3mm를 유지함녀서 반달형 또는 지그재그나 백 스탭형으로 운봉을 하며, 일정한 속도로 싱진한다.
(나) 운봉 폭은 사용하는 피복 금속 아크 용접 심선 지름의 2~3배가 적당하다. (다) 언더 컷 또는 오버랩을 방지하기 위한 운봉법은 비드 폭의 양 끝에서 약 0.5-1초 정도 머물며 중앙은 조금 빨리 움직인다. (라) 손목만으로 운보 하지 말고 팔 전체로 분봉한다. (마) 피복 금속 아크 용접봉이 짧아졌거나 비드의 필요하며 아크를 끊어야 될 경우는 아크 길이를 짧게 하여 운봉 하면서 끊는다.
(바) 비드를 잇는다.
(1) 아크를 끊은 부분의 슬래그를 제거하고 와이어 브러시를 사용하여 깨끗이 청소한다. 2) 홀더를 잡고, 비드가 끝날 부분의 위쪽 10~20mm 지접에서 아크를 발생한다. 3) 발생된 아크를 길게 하여 예열하며, 비드가 끝난 지점으로 올라와서 아크를 짧게 하여 이음부에는 조금 느리게 운봉하고, 그 이후는 정상으로 운봉 한다. 4) 이음부에서 피복 금속 아크 용접봉 위치가 너무 높으면 오목부가 생기며, 낮으면 겹침이 생긴다.
(6) 크레이터 처리를 한다. (7) 용접부 청소를 한다. (8) 정리 정돈을 한다. 감사합니다.
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