가스텅스텐/CO2가스 아크용접기능사
필기시험 6회핵심 요약노트
1. 용접 결함 및 품질 관리
1.1. 주요 용접 결함의 원인과 대책
기공 (Porosity):기공은 용착 금속 내부에 가스가 갇혀 생기는 구멍 형태의 결함입니다. 주요 발생 원인으로는용접봉의 습기(가장 흔한 원인), 용착부의 급랭, 부적절한 아크 길이 및 용접 전류 등이 있습니다.
비드 밑 균열 (Underbead Crack):모재의 용융선 근처 열영향부(HAZ)에서 발생하며, 고탄소강이나 저합금강 용접 시 열경화, 변태 응력, 그리고확산성 수소의 영향으로 발생합니다. 예방을 위해 예열 및 후열 처리가 중요합니다.
언더컷 (Undercut) 보수:언더컷은 모재가 깊이 파인 결함으로, 보수 시에는 **가는 용접봉(직경이 작은 용접봉)**을 사용하여 재용접하고 그라인더로 표면을 정리합니다.
구조상의 결함이 아닌 것:용접 후 발생하는변형은 용접물의 치수상 결함으로 분류되며, 기공, 용입 불량, 슬래그 섞임 등은 구조상의 결함에 속합니다.
2. 용접 프로세스별 특징
2.1. 서브머지드 아크 용접 (SAW)
와이어 돌출 길이:SAW에서 와이어 돌출 길이는 보통 와이어 지름의약 8배가 가장 적당합니다.
횡직렬식 (Transverse Method):두 전극을 나란히 배열하고, 이들 전극 사이의복사열을 활용하여 용접하는 방식입니다.
2.2. 플라스마 아크 용접 (PAW)
특징:용접 속도가 빠르고 비드 폭이 좁으며, 용접 변형이 작아 능률적입니다.
핀치 효과:핀치 효과(전자기력에 의한 아크 수축)에 의해전류 밀도가 크고아크가 안정되어용입이 깊습니다. (용입이 얕다는 설명은 틀립니다.)
2.3. 저항 용접 (Resistance Welding)
특징:용접봉이나 용제가 불필요하고, 작업 속도가 빠르며 대량 생산에 적합합니다.
열 관리:열 손실이 적고, 용접부에 집중적으로 열을 가할 수 있습니다.
종류:프로젝션 용접은 겹치기 저항 용접법에 속하며, 아크 용접이 아닙니다.
2.4. TIG/MIG 용접 (GMAW/GTAW)
사용 가스:TIG 용접 및 MIG 용접 시 주로 사용되는 불활성 보호 가스는아르곤 (Ar)가스입니다. 헬륨(He)도 사용되나, 아르곤이 가장 흔합니다.
3. 용접 장치 및 안전
3.1. 아크 용접기 사용 시 안전
무부하 전압 (OCV):전격 방지를 위해무부하 전압이 낮은용접기를 사용해야 합니다. 높은 무부하 전압은 감전 위험을 증가시킵니다.
안전 조치:전격방지기가 부착된 용접기를 사용하고, 용접기 케이스는 반드시 **접지(Earth)**를 확실히 해야 합니다.사용률을 초과하여 사용하지 않습니다.
온도 상승:아크 용접기는 사용 중 내부온도 상승이 작아야부품이 보호되고 장시간 안전하게 사용할 수 있습니다.
3.2. 용접봉 및 케이블
2차측 케이블 (캡 타이어 전선):유연성을 확보하기 위해가는 구리선을 여러 개 꼬아튼튼한 종이로 싸고 그 위에고무 피복을 한 전선을 사용합니다.
피복제의 역할:피복제는 용착 금속의탈산 정련작용을 하며, 중성 또는 환원성 분위기로 용착 금속을 보호하고, 급랭을 방지합니다.
3.3. 직류 아크 용접의 극성
역극성 (DC-EP / DCEP):용접봉에 (+) 전극, 모재에 (-) 전극이 연결됩니다.
특징: 열 발생이 용접봉 쪽에서 70%로 많아 용접봉의 용융이 빠르고,용입이 얕으며 비드 폭을 넓게할 수 있습니다.
주로박판, 주철, 비철금속용접에 사용됩니다.
4. 가스 및 용제(Flux)의 특성과 취급
4.1. 가스 성질 및 안전
산소 용기 취급:운반 중충격을 주지 말아야하며,40ºC 이하의 온도에서 직사광선을 피하여반드시 세워서보관해야 합니다.
불활성 가스:다른 물질과 화학 반응을 일으키기 어려운 가스로,헬륨 (He), 아르곤 (Ar), 네온 (Ne) 등이 있습니다.
아세틸렌 (C2H2) 가스:
비중:약 0.906으로공기보다 가볍습니다. (1.906은 틀린 설명)
위험성:구리(Cu), 은(Ag), 수은(Hg) 등과 접촉하면 폭발성 화합물(아세틸라이드)을 만듭니다.
프로판 가스:쉽게기화하며발열량이 높습니다. 액화하기 쉬워 수송이 편리합니다.
4.2. 가스 용접 관련
용제(Flux) 사용 이유:용접 중에 생기는 금속의 산화물 또는 비금속 개재물을 용해하여,용착 금속의 성질을 양호하게하기 위함입니다.
경납땜 용제:은납땜이나 황동납땜에 사용되는 용제는붕사입니다.
용접봉 선택 조건:용접봉의용융 온도는 모재와 같거나 비슷해야합니다. (모재보다 낮으면 용접봉만 먼저 녹아 결합이 불량해집니다.)
산소-프로판 절단 비율:연소에 필요한 산소 : 프로판 가스의 비율은약 4.5 : 1입니다.
절단 속도 영향 요인:모재의 온도, 산소의 압력, 산소의 순도는 절단 속도에 영향을 주지만,아세틸렌 압력(또는 프로판 압력)은 관련이 적습니다.
5. 용접 설계 및 계산
5.1. 용접 순서 원칙
수축 관리:수축이 큰 이음을 먼저 용접하고,수축이 작은 이음은 나중에 용접해야 변형이나 잔류 응력의 누적을 피할 수 있습니다.
대칭 및 자유단:중심선에 대해 대칭으로 용접하며, 수축은 가능한자유단으로 보내도록 합니다.
5.2. 용접 계산 공식
맞대기 용접부 하중 계산 (인장 응력 sigma):
하중 (N) = 인장응력 (N/mm2) * 판 두께 (mm) * 용접선 길이 (mm)예시 문제 풀이: 9.5 N/mm2 x 6 mm x 120 mm = 6,840 N
가스 용접봉 지름 D 계산:(판 두께가 얇은 연강판 V형 맞대기 기준)
D (mm) = (판 두께 (mm) / 2) + 1예시 문제 풀이: (3.2 / 2) + 1 = 1.6 + 1 = 2.6 mm
인장 강도 sigma_TS 계산:
인장 강도 (kgf/mm²) = 최대 하중 (kgf) / 단면적 (mm²)예시 문제 풀이: 500 kgf / 50 mm2 = 10 kgf/mm²
6. 재료 과학 및 금속 재료
6.1. 금속의 특성 및 합금
열 및 전기 전도율:금속 중 **구리 (Cu)**가 연강, 알루미늄, 스테인리스강보다 전도율이 가장 높아 냉각 속도가 가장 빠릅니다. (Ag > Cu > Au > Al 순)
금속의 공통 특성:열과 전기의 양도체, 고유의 광택, 소성 변형성. 이온화하면양(+) 이온이 됩니다.
Y합금:4% Cu, 2% Ni, 1.5% Mg 등을 첨가한 Al 합금으로, 고온에서 기계적 성질이 우수하여 주로자동차 피스톤에 사용됩니다.
초소성 합금:미세한 결정립을 가지며, 특정 조건 하에서 수백 % 이상의 높은연신율을 나타내는 재료입니다.
6.2. 격자 구조 및 열처리
체심입방격자 (BCC):격자의모서리와 중심에 원자가 배치되어 있는 구조입니다. (모든 시각 자료는 텍스트로 대체되었습니다.)
Fe-C 평형 상태도:가장 낮은 온도(723ºC)에서 일어나는 반응은공석 반응입니다.
뜨임 (Tempering) 목적:담금질한 강을 A1 변태점(723ºC) 이하로 가열 후 서랭하는 열처리로, 담금질로 증가한취성을 감소시키고**연성 (인성)**을 증가시키기 위함입니다.
게이지용 강 조건:경도는 HRC 55 이상을 가져야 하며, 팽창 계수가 작고, 담금질 변형 및 치수 변화가 없어야 합니다.
7. 기계 제도 (KS A 0005, KS B 0001)
7.1. 치수 기입법 및 척도
누진 치수 기입법:하나의 연속된 치수선으로 간편하게 치수를 기입하는 방법입니다. 기준이 되는 한 점에서부터 각 위치까지의 치수를 누적하여 표시합니다.
척도:도면의 크기는 대상물과 도면의 크기로 정해집니다. 한 장의 도면에 여러 척도를 사용할 경우,주된 척도는 표제란에기입하고,개별적으로 적용하는 척도는 해당 부품 근처에 따로 표시합니다. (모든 척도를 표제란에 기입하는 것은 틀림)
7.2. 선의 종류와 용도
아주 굵은 실선:주로얇은 부분의 단면 도시를 명시하는 데 사용됩니다.
나사의 표시:
수나사의골지름은가는 실선으로 표시합니다.
수나사의 바깥지름과 암나사의 골지름은 굵은 실선으로 그립니다.
완전 나사부와 불완전 나사부의 경계선은 굵은 실선으로 그립니다.
7.3. 도면 및 기호
전개도:판을 접어서 만든 물체를펼친 모양으로 표시할 필요가 있는 경우 그리는 도면입니다.
재료 기호 (SPHC):열간 압연 연강판 및 강대를 의미합니다.
배관 도시 기호:
F(Flow Rate):유량계
P (Pressure): 압력계
T (Temperature): 온도계
LG (Level Gage): 수위 계측 계기
용접 보조 기호:[사각형] 모양 기호는 **"제거 가능한 이면 판재 사용"**을 나타냅니다.