용접이란?

1. 용접이란?

두 개의 똑같거나 서로 다른 금속 재료 사이에 고열을 가해서 붙이는 기술이다. 금속은 금속끼리 접할 때 전자를 교환하며 붙는 금속결합을 하게 되는데, (주로 고열을 이용해 녹여서) 서로 다른 재료의 결합 표면을 일치시키고 불순물을 제거, 혹은 섞여 들어가게 하여 붙이게 된다.

용접은 강한 빛과 열, 허리와 무릎에 좋지 않은 자세, 용접 시 나오는 가스 등으로 인해 건강에 안 좋다. 여름엔 용접으로 발생하는 열과 기온으로 인해 매우 덥다. 겨울엔 따뜻하다고 착각할 수 있지만, 용접시 발생하는 열과 흄 때문에 환풍기를 켜놔야하다보니 춥다.

이렇게 힘들고 위험한 일이므로 보수가 높고 수요도 많은 편에 속한다. 용접 분야는 언제나 수요가 있는 기술이라, 꽤나 많은 분야의 일을 할 수 있다.

 

2. 가스 용접

• 산소-아세틸렌 용접
• 산소-수소 용접
• 공기-아세틸렌 용접
• 이 외에도 프로판 가스등을 이용하기도 함. 압축 산소를 이용하기에 "산소용접"으로 통용됨.

아크나 전기가 발달하지 않았던 20세기는 많이 쓰였으나 21세기 들어와서는 별로 쓰지 않는 방법. 오히려 절단용으로 더 많이 쓴다. 원리는 말 그대로 불타는 가스의 고열로 녹인다는 단순한 것이다. 정중앙에 불이 붙는 가스를 쏘고 외경에는 산소를 쏜다. 보통 공기보다 산소를 쓰는게 일반적. 가스용접과 가스절단의 원리는 조금 다른데, 가스 용접은 전술했듯 고열로 금속을 녹이는 것이고, 가스 절단은 절단할 것을 산화시켜서 자르는 것이기 때문이다. 그래서 산화 반응이 쉽게 일어나지 않는 금속 재료는 가스 절단이 거의 불가능하다. 직업훈련시설의 용접반에서 개념 설명과 연습을 하기는 하지만, 사실상 용접기능사 실기 평가에서 나오는 항목 중 하나인 가스 절단을 위한 훈련 과정으로 볼 수 있다.

가스를 쓰는 만큼 더럽게 위험하다. 가스용접의 주 재료인 아세틸렌의 폭발반경이 딱 100이며, 이는 잘못 만지면 위험하다는 도시가스의 10배에 달한다. 오죽 위험하면 일본에서는 아크 용접은 4시간 의무 교육이지만 가스 용접은 8시간 의무 교육일정도. 어차피 전기를 쓰니 사고가 나도 한두 명 사망으로 이어지는 아크와는 달리 이쪽은 아예 폭발로 이어지기 때문에 한두 명 죽는걸로 절대 끝나지 않는다. 가스 용접의 레벨 1 사고가 손가락 절단이라는 우스갯소리도 있을 만큼 위험하다.

3. 아크 용접

아크(방전시 발생하는 스파크, 열)를 이용한다. 일반적으로 전극봉이 소모성인가 비소모성인가에 따라 나눈다. 전극봉 종류로 나누면, 전극봉 자체가 녹아 용가재(Filler) 역할을 하는 소모성 전극봉과 전극봉은 아크 발생만 담당하고 별도로 용가재를 첨가하는 비소모성 전극봉으로 나뉜다. 가장 만만한 것처럼 보이지만, 실제로 가장 어렵고 가장 돈 되는 게 피복아크용접이라고 말하는 용접사가 많다. 그래서 많은 용접사들은 용접을 처음 배울 때 정말 어렵고 배우기 힘든 피복아크용접부터 tig,co2 용접 순으로 배우면 더 빨리 기술을 마스터 할 수 있다고 한다.

• SMAW
  일반적으로 전기 공급방식에 따라 나눈다. 전기 공급방식에는 교류식과 직류식이 있으며, 파워나 가격, 효율은 교류식이 훨씬 좋지만 아크가 굉장히 불안정하고, 직류식이 교류식보다 전압 공급이 일정해 용접 특성이 더 뛰어나지만 값이 비싸고 효율이 별로다. 일반적으로는 저렴한 교류식이 널리 쓰이고 있으나, 목적에 따라 직류식 사용이 불가피한 경우도 많다. 직류로는 정극성 용접과 역극성 용접으로 응용 가능. 아크용접의 하위 분류로 용접봉(선재)에 용제(Flux)가 코팅되어 있는 것이 특징이며, 용접 시 이 코팅이 녹아 불활성 분위기를 생성해 용접부 산화를 방지한다. 흔히 쓰이는 CR봉과는 달리 저수소계 용접봉은 고강도 용접의 기본. 일반적으로 작업을 위해 공급되는 전기는 30~300A의 전류, 15~45V의 전압 범위이다.
• MIG
  GMAW 용접이라고도 불리며, 용접봉에 코팅된 피복이 녹아 불활성 가스를 생성하는 SMAW와 달리 아르곤이나 헬륨 이산화 탄소, 혹은 혼합가스 등의 불활성 기체 가스를 용접이 진행되는 부위에 직접 분사하여 용접 부분의 화학 변화를 방지하는 불활성 분위기를 생성하고, SMAW와 달리 피복제에 의한 슬래그 발생이 없으며, 피복재에 의한 전극 형태의 제한이 없기 때문에 직선형 전극봉만을 쓸 수 있는 SMAW와 달리 전극봉을 연속해서 공급할 수 있는 것이 특징.
• CO2 용접
  다른 말로 MAG라고도 한다. MIG의 한 갈래로 불활성 가스 대신 저렴한 CO2(이산화탄소) 가스나 탄소가스를 실드가스로 이용한다.

• FCAW[
  SMAW와 MIG가 혼합된 방식이며, 튜브형의 용접봉 안으로 Si나 Mn등의 탈산제(flux)가 공급되고, 노즐을 통해 공급되는 CO2 가스와 탈산제가 결합해 슬래그가 되어 표면으로 떠 오른다. 용접 속도가 빠르고 치밀한 결과물을 얻을 수 있다. 하지만 재질이 철이어야만 가능하다는 단점이 존재한다. 조선소에서 가장 많이 쓰이는 용접.
  • EGW
  FCAW의 특수한 형태. 매우 두꺼운 소재를 용접 시 사용되며, 특이점은 용접면의 수직 방향으로 용가재를 채우듯이 진행되는 것이 특징이다.

• TIG 용접
  아크용접의 하위 분류로, GTAW 또는 WIG라고 하기도 한다. 위에 언급된 다른 방식들과 달리 전극봉이 용융점이 매우 높은 텅스텐으로 되어있어 아크만 발생시키고, 그 아크에 따로 선재를 공급해 용접하는 방식. 따라서 비소모성 전극봉 방식에 해당한다. 용접 영역은 불활성 가스로 보호하고, 일반적으로 충전재 금속이 사용된다. 정전류 용접 전원은 플라즈마로 알려진 이온화 가스와 금속 증기의 컬럼을 통해 아크에 걸쳐 이루어지는 전기 에너지를 생성한다. GTAW는 가장 일반적으로 스테인리스 스틸 및 알루미늄, 마그네슘, 구리 합금 등의 비철 금속의 얇은 부분을 용접하는 데 사용된다. 아크나 CO2는 시간과 노력을 투자하면 바로 성과가 나오지만 TIG는 RT시험 때문에 경력이 많이 필요하다. 사설 학원에서 가르치는 것도 TIG 위주. 다른 용접법은 위빙이 간단하지만 TIG용접은 8자 위빙이라는 용접 토치의 세라믹 페롤이 고열에 잘 녹지 않는다는 것을 이용한 테크닉이 있다. 자격증 실기에서는 할 필요는 없지만, 배관을 용접할 때에는 필수적이고 예쁜 비드로 외관 점수를 받을 수 있으므로 꾸준한 위빙 연습이 필요하다.

21세기에서 가장 많이 쓰이는 용접 되시겠다. 일단 지려주는 범용성과 사진만 봐도 알 수 있듯 스페터(불똥)가 튀지 않아 화재 위험이 적은 용접방식이고, 사진에서 목장갑을 낀 것에서도 알 수 있듯 방열장갑이 필수인 다른 용접 방법과 달리 열이 용접부에만 집중되기도 하여, 숙련된 기술자들은 "넥타이 매고도 할 수 있다!"라는 드립을 하는 경우가 있다. 실제로 스펙터에 의한 화상 방지를 위해 중무장을 해야하는 다른 용접공들과 달리 용접면, TIG에 적합한 용접 장갑 정도를 구비하면 되기에, 방진복 입고 용접 작업해도 될 정도로 복장이 상당히 가볍게 입고 해도 된다(단, 비드연결을 위해 그라인더를 사용하게되니, 적절한 작업복을 입고 용접을 하는 게 좋다.). 그 대신, 아르곤 가스 등이 불활성 가스라고는 해도 고열로 가열된 채로 분사되기 때문에, 마스크 없이 작업을 하면 건강에 해로우니 주의를 해야 한다.

• SAW
  용접이 진행되는 방법 자체는 SMAW와 비슷하며, 피복으로 된 용제(Flux) 대신 입자화 된 용제를 공급하여 용접하는 부위를 아예 덮어버리는 방식이다. 용접부가 용제 더미에 의해 밀폐 된 채로 작업이 진행되기 때문에 스파크나 비산 등등 용접시 발생하는 위험 요인이 내부에서 빠져나오지 않아 보안경이나 보호장갑 외에 별다른 보호 장비가 필요 없는 용접 방식이다. 그 밖에 와이어의 직경이 크기 때문에 용접 속도가 빠르고 효율이 좋다는 장점이 있다. 용제를 쌓는 특성 때문에 아래보기 용접(1G)밖에 못한다는 단점이 있다.

• PAW 용접
  플라즈마 아크 용접(PAW)은 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW)과 유사한 아크 용접 공정이다. 다만 열원이 섭씨 15,000도를 상회하며 이는 GTAW 열원의 약 3배를 상회한다. 또한 아크의 형상이 TIG와는 달리 날카롭게 집중된다. 이 압도적인 열원과 특유의 날카로운 아크 형상으로 모재를 맞붙힌 상태인 I개선 상황하에서 그 좁은 틈을 플라즈마 아크로 뚫어내는 키홀 기법으로 용접이 가능하여 완전용입을 달성할 수 있으며, 이로 인해 용접속도를 매우 빠르게 할 수 있어(분당 400~600mm) 열 변형이 적고 갖가지 비철금속들을 용접하기가 용이하여 타 용접법으로 다루기 힘들었던 고부가가치 강재들인 슈퍼 듀플랙스, 티타늄 강종의 작업이 가능하다. 열원이 높은 만큼 수동으로 하기는 굉장히 어렵고 사실상 불가능하다 그래서 지금까지는 거의 사용되고 있지 않았다. 하지만 최근 PAW를 이용한 자동화 용접이 가능해지고, 또 orbital 설비를 이용한 용접이 가능해지면서 슈퍼 듀플랙스를 이용한 해양플랜트 설비 부품, 고압용기, 심리스 파이프 등의 생산이 아주 용이해질 것으로 예상된다. 여담으로 지금껏 PAW는 전 세계 어디를 둘러봐도 전부 박판(5T) 미만의 모재를 용접하는 형태였으나(열원이 높아 통제가 불가능하다), 최근 한국의 한 업체에서 그 이상의 두께를 가지는 강재들을 이 플라즈마 아크 용접법을 이용하여 그 이상의 두께에 대해서도 용접작업을 수행하고 있다.