용접봉

용접봉

용접봉(welding rod, 鎔接棒)은 용접 공정 중에 재료를 서로 결합시키는 데 사용되는 금속 필러이다. 용접 중 용접기는 이로드를 통해 용접되는 재료로 이동하는 전기 아크를 생성한다. 이러한 방식으로 용접봉은 저항 원으로서 작용하여 막대를 용융 금속 풀로 용융시키는 열을 발생시킨다. 금속이 식으면서 두 물체 사이에 영구적인 결합을 형성하기 위해 건조된다. 용접봉은 용접 공정에 의해 녹아 소비되는 방식으로 인해 소모성 전극으로도 알려져 있다.

개요

용접봉은 모재(母材)와 거의 같은 성분을 사용하며 철강용과 비철금속용(구리, 구리합금, 니켈합금)이 있다. 수동 용접으로는 길이 45cm 이하의 가는 봉 모양의 것을 사용하며 자동식이나 반자동식 용접기용은 긴 나선 모양으로 되어 있다. 저탄소 특수선재(연강)를 신선(伸線)해서 이것을 심선(心線)으로 하여 피복제로 도장한 것이 많으나 도장하지 않은 나용접봉(裸鎔接棒)도 있다. 조선, 건축기계 가공 등 용접 작업이 늘어남에 따라 수요가 증대하고 있다.기본 용접봉은 강철 또는 아연과 같은 기본 금속으로 구성되며 기본 금속의 특성을 향상시키도록 설계된 화학 코팅으로 구성된다. 이 코팅은 로드에 강도와 안정성을 추가하고 용접 중에 매끄럽고 고르게 녹도록 도와준다. 금속 코팅을 천천히 고르게 녹임으로써 화학 코팅은 필러 금속을 전체 용접 영역에 분산시키는 데 도움이 되어 더 강력하고 내구성이 강한 용접면을 만든다.

용접봉은 녹아서 모재의 녹은 것과 섞여 모재와 모재의 접합부의 틈을 메워 굳어서 융착 금속이 된다. 서브머지드 아크용접은 긴 줄로 되어 있는 피복하지 않은 용접봉을 일정한 속도로 공급하고 그 끝과 모재 사이에 생기는 아크의 열로 용접부를 녹여서 자동으로 용접하는 방법이다. 용접봉의 최소 직경은 1/16인치(1.6mm)이며 최대 직경은 5/16인치(7.9mm) 넘지 않는다. 용접봉을 식별하기 위해 가장 널리 사용되는 시스템 중 하나는 American Welding Society(AWS)번호 시스템이다. 이 시스템에서 용접봉의 크기는 문자 E로 시작하는 5자리 코드와 함께 표면에 각인된다. 코드의 처음 두 숫자는 용접 중에 막대가 제공할 수 있는 인장 강도를 사용자에게 알려주고 마지막 숫자는 금속에 사용된 코팅 유형을 나타낸다. 세 번째 숫자는 용접되는 재료와 관련하여 로드를 배치할 수 있는 방법을 사용자에게 알려준다.

용접봉을 사용하는 용접 종류

일반적으로 가장 자주 쓰는 용접법에는 아크, 알곤, CO2 용접이 있으며 용접 방법에 따른 용접봉도 다르다.

아크 용접

금속과 금속간 접합 시 사용하는 용접법으로 가장 일반적으로 사용한다. 아크 용접에도 여러 방법이 있는데 보통 피복 아크용접봉으로 용접하는 것을 말한다. 설비비가 싸고 간편하다는 장점이 있다. 직류 또는 교류 전류, 소모품 또는 비 소모성 전극을 사용할 수 있다.

피복 아크 용접 ( SMAW : Shielded Metal Arc Welding )

피복 아크 용접은 피복 아크 용접봉과 피 용접물의 사이에 아크를 발생시켜 그 에너지를 이용하는 용접방법이다. 홀더에 물린 피복 아크 용접봉(이하 용접봉)과 피용접물(모재) 사이에 교류 또는 직류 전원을 가해서 그 사이에 아크를 발생시키면 그 아크열에 의해서 용접봉이 용해되어 용적의 형태로 아크 기둥을 통과하여 모재의 일부가 녹인 용융지로 이행된다. 이때 피복제는 고온에서 분해되어 가스를 방출하여 아크 기둥과 용융지를 보호해 용작금속의 산화 및 질화가 일어나지 않도록 보호해준다. 그리고 피복제의 융융은 슬래그가 형성되고 탈산 작용을 하며 용착 금속의 급랭을 방지하는 역할을 한다. 피복 아크용접봉은 파이프, 박강판, 조선, 교량, 차량 등에 사용할 때 쓴다. 일미나이트계, 라임티타니아계, 고셀룰로스계, 고산화티탄계, 저수소계로 나눌 수 있다.

구분	특징
일미나이트계 용접봉	가장 많이 사용하는 보편적인 용접봉. 전 용접 자세에 있어 작업성이 우수하다. 6mm 이상의 굵은 지름의 용접봉은 하향작업 이외 용접에서는 곤란하다.
라임 티타니아계 용접봉	비드 외관이 평활하고 아름다워 마무리 작업 시 사용한다. 용입이 얕고 용접변형이 적어 얇은 박판에 쓰고 있다.
고셀룰로스계 용접봉	용접 변형이 적어 굽거나 엷은 판에도 작업할 수 있다.
고산화티탄계 용접봉	보기 자세 이외에도 수직용접도 가능하다. 용접 외관이 좋은 것이 특징이며, 용입이 얇아 작업 능률이 높다.
저수소계 용접봉	두꺼운 연강을 용접해도 용착강의 성질이 우수해 주강도부재의 제1층 용접에 이용하면 좋다.

알곤 용접

알곤용접은 티그(TIG), 불활성가스아크용접, 텅스텐 불활성 가스 아크용접 등이라고 부른다. 아르곤에서 텅스텐 전극봉과 모재 사이에서 발생한 아크 열로 모재와 용접봉을 녹여 접합하는 방법을 말한다. 알곤 용접봉은 가스 용접에 사용하는 용자재로 알곤 용접 시에도 사용할 수 있다.

CO2 용접

CO2 용접은 탄산가스 아크용접이라고 한다. 가스 메탈 아크용접의 일종으로 CO2 가스를 사용하는 용접 방법이다. 티그 용접에 비해 경제적이지만 스패터와 슬래그 발생량이 많고 비드 외관이 미려하지 못하다는 단점이 있다. CO2 용접에 사용되는 CO2 플럭스 코드와이어는 자동차 산업에 주로 사용하는 용접봉으로 와이어의 직선도 유지 기술과 도금 기술이 핵심이라 할 수 있다. 강종 판두께 및 구속도에 따라 다소 차이가 있다.

주조

용접봉 구조

심선

심선(Core)은 용접금속의 터짐을 방지하기 위하여 극히 저탄소강이고 유황이나 인과 같은 불순물 함량을 극히 최소치로 제한하고 있다. 또한 규소의 양을 적게 한 림드강(Rimmed)으로 만들어서 용융 금속의 이행을 촉진시키고 있다.

피복제

일반적인 아크 용접봉의 피복제의 작용은 다음과 같다.

• 중성 또는 환원성의 분위기를 만들어 대기 중의 산소나 질소의 침입을 방지하고 용융금속을 보호한다.
• 아크를 안정하게 한다.
• 용융점이 낮은 적당한 점성이 가벼운 슬래그를 만들어 낸다.
• 용접금속의 탈산 정련 작용을 한다.
• 용접금속에 적당한 합금원소의 첨가를 한다.
• 용융 방울을 미세화하여 용착효율을 높게 한다.
• 용접금속의 응고와 냉각 속도를 완만하게 한다.
• 위보기 등과 같은 용접 자세의 용접을 용이하게 한다.

종류

고장력강용

내후성강용

저온강용

내열강용

연강용 피복아크용접봉의 종류 KS/JIS 규격

경강(硬鋼)에 대응하는 말이다. 보통 탄소강은 함유된 탄소의 양에 따라 극연강(極軟鋼)에서 최경강(最硬鋼)까지 여러 종류가 있다. 이것은 탄소의 양이 많아질수록 철과 탄소의 화합물인 단단한 시멘타이트가 강철의 지질(地質) 속에 많아지기 때문인데 탄소강의 경도는 탄소의 양에 따라 변한다. 연강은 탄소가 0.2 % 전후의 것이다.

스테인레스 스틸의 경우 모재 재질과 용접봉의 표시방법이 동일하다.

용접자세 : F(아래보기자세), V(수직자세), O(위보기자세), H(수펑자세 또는 수평필릿 용접)

종류	피복제 계통	용접자세	사용전류의 종류
E4301	일미나이트계	F, V, H, OH	AC 또는 DC±
E4303	라임티타니아계	F, V, H, OH	AC 또는 DC±
E4311	고셀룰로오스계	F, V, H, OH	AC 또는 DC+
E4313	고산화티탄계	F, V, H, OH	AC 또는 DC-
E4316	저수소계	F, V, H, OH	AC 또는 DC+
E4324	철분 산화티탄계	F , H-Fill	AC 또는 DC±
E4326	철분 저수소계	F , H-Fill	AC 또는 DC+
E4327	철분 산화철계	F , H-Fill	F용접 AC 또는 DC+ H-Fill AC 또는 DC
E4340	특수계	F, V, H, OH, H-Fill 전부	AC 또는 DC±

보통의 일반적인 구조물 용접은 일미나이트계 용접봉을 사용하면 된다. 라임티탄계 용접봉은 용접이 쉬운 반면 용접이 되는 깊이가 얕기 때문에 용접부가 떨어지는 경우가 많고 강도가 약하다.

참고자료

• 〈용접봉이란?〉, Netinbag

같이 보기

• 용접
• 재료
• 금속

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