이번에는 길게 아니고 간단히 설명합니다. 질문 내용과 책자에 나온 내용과는 상이합니다. 그러면 이해하는 데 어려움이 있을 수 있습니다. 헬륨과 아르곤 가스의 특성에 대한 내용은 숙지하셨다는 전제하에그 부분의 설명은 생략(이 앞에 사라졌음) 합니다. 책에는 "헬륨을 사용하면 아르곤 가스보다 높은 전류에서 높은 전압으로 용접을 시행할 수 있기 때문에 더 많은 열을 얻을 수 있고, 이러한 특성으로 인해 후판의 용접이나 열전도도가 큰 재료의 용접에 안정적으로 적용할 수 있다. 아르곤을 사용하면 보다 낮은 낮은 전류에서 높은 전압으로 용접할 수 있다" 이렇게 기술되어 있습니다. 여기에서 뒷부분 "아르곤 ... 용접할 수 있다."를 "아르곤을 사용하면 헬륨보다 더 낮은 전류에서 높은 전압으로 용접할 수 있다." 이렇게 읽고 이해해 보시지요.

답변 너무 감사드립니다. ^^ 그런데 구체적으로 아르곤과 헬륨의 복합가스의 특징을 어떻게 정리해야 하나요??

내용을 잘 이해하시기 위해서는 아크 물리에 대해서 우선적으로 아실 필요가 있습니다. 아크열은 전극봉과 모재 사이의 공간이 플라즈마화 됨으로써 발생한다고 보시면 되겠습니다. 플라즈마는 원자에서 전자의 일부가 이탈하여(전리) 양이온과 음이온으로 나눠진 상태이고 각각은 +, -를 띠게 됩니다. 그래서 전극과 모재 사이에서 전기가 흐를 수 있는 것입니다. 그런데 전원을 연결하기만 해서는 아크가 발생하지를 않습니다. 분위기(실드가스)가 조성이 되어 있어야하고 전리시킬 수 있는 큰 에너지가 있어야 해요.가장 간단히 할 수 있는게 접촉시켰다가 떼는 것입니다. 양단에 전압이 인가되어 있는 상태에서 전극을 붙였다 떼면 순간적으로 엄청나게 높은 에너지의 전기 스파크가 발생하고 그것이 실드가스를 국부적으로 전리시키게 되며 그때 튕겨져 나간 전자들이 주변의 실드가스 원자까지 전리시키는 연쇄반응을 일으킵니다. 일단 플라즈마가 발생을 하면 연쇄반응에 의해 주변 대부분이 플라즈마화 되고 농도 또한 높아집니다. 그 플라즈마의 농도가 아크 안정도가 좌우합니다. 플라즈마 농도가 높을수록 전류가 안정적으로 흐를 수 있을테니까요. 결국, 실드가스는 단순히 주변을 산소와 차단시키는 기능 외에 플라즈마 원으로써도 기능을 하게 되는 것입니다. 참고로 실드가스의 요건은 아래의 세 가지로 정리할 수 있습니다. 1. 원자량/분자량이 높아서 주위의 공기를 충분히 밀어내어 주변과 차폐시킬 수 있어야 하고 2. 이온화에너지가 낮아서 플라즈마화가 용이해야 합니다. * 이온화 에너지가 높다는 것은 전리시키는데 큰 에너지가 필요하다는 얘기이고 이는 아크를 일으키고 안정화시키기가 쉽지 않다는 의미와 같고 그만큼 아크의 발열량은 높아지게 됩니다. 에너지는 보존되니까요~ 아크 온도가 높아지는 것이죠. 3. 또한, 그 자체로 융액과 반응을 하지 않거나(불활성) 하더라도 물성의 심각한 저하를 초래하지 않아야 합니다. 본론으로 들어가서, He과 Ar은 물리적 특성이 매우 다른 가스입니다. He은 매우 가볍고 이온화 에너지는 높습니다. 반대로 Ar은 He에 비해 10배 가량 부겁고 이온화 에너지는 He의 65% 정도로 낮습니다. 그렇기 때문에 차폐효과도, 아크 안정도도 Ar이 낫습니다. 그런데 비교적 낮은 에너지로도 이온화가 되기 때문에 아크 자체의 온도는 He을 썼을 경우에 비해 낮습니다. 같은 전류조건이라면 용착량이 적겠죠? He을 이온화시키기 위해서는 높은 에너지가 요구되기 때문에 전압을 높여야 합니다. Ar은 상대적으로 낮은 전압에서도 아크가 일어날 수 있겠죠. 다시 말하면 동일한 전류나 아크 안정도를 유지하기 위해서는 He은 Ar에 비해 전압을 높여야 하는 것입니다. He은 안정된 아크를 얻기 위해 전압을 높여야 하기 때문에 어쩔 수없이 아크열이 커질 수 밖에 없으며 이러한 특성으로 인하여 열전도가 높아서 용접이 어려운 Al 소재나 심용입 용접에 적합합니다. 그런데 가격이 너무 비쌀 뿐만 아니라 원자량이 낮아 차폐효과도 떨어지고 또한 아크열을 주변으로 발산하기 때문에 100%를 쓴다고 할 지라도 큰 효과를 얻을 수 없어 일부 섞어서 사용하는 것이 일반적입니다. 말을 이렇게 바꾸면 이해가 더 쉽지 않을까 하네요. 'Ar이 He에 비해 이온화 에너지가 낮아 낮은 전압에서도 전류를 안정되게 유지할 수 있다.' 주제넘게 너무 많은 말씀을 드린 것 같습니다. 참고가 되었으면 좋겠네요.

답변을 다 드리지 못했네요.^^; 헬륨과 아르곤을 섞어 사용하게 되면 그 둘의 특성을 모두 얻게 됩니다. 즉, 고온의 안정되고 차폐성 높은 실딩 분위기를 조성할 수 있게 될 것입니다. 일반적인 소재는 Ar 만으로도 충분할테고 바로 앞 댓글에서 말씀드렸던 알루미늄 외 열전도성이 높은 소재에는 이렇게 혼합해서 사용하면 건전한 용접부를 얻을 수 있을 것입니다.

제가 학회 참석으로 인해 질문을 확인하지 못했는데, 이제 보티 두분 전문가께서 아주 잘 설명해 주셨네요. 나중에 제가 저 책을 개편할 때에 이런 부분을 감안하여 좀더 명확하게 다시 수정하겠습니다. 좋은 의견 주신 두분께 진심으로 감사드립니다.

강운주님이 상세한 자문을 주셨네요. 대단하십니다. 모든 가스는 전기를 통전하기 위해서는 이온화가 되어야 하며 즉 He gas의 Breakdown 전압이 Ar 가스 breakdown전압에 비해 수 volt 높습니다

같은 전류치에서 이온화전압이 높다것은 열량을 많이 품어 모재에 전달하게되어 열전달이 빠른 Al 재료의 용접에 적합합니다. MIG용접에서 열전도도가 좋지않은 스텐레스에도He을 수%를 사용하는 경우도 있으나 이는 안전한 용적이행을 돕기위함입니다.

이제야 이해가 됩니다. 답변 주신 분들 감사드립니다!!

강 기술사님 스토리가 있는 자세한 설명 잘 보았습니다. ^^ 바쁘실 텐데요, 그럼 수고하세요.