용접에 적용되는 열원이 몇 가지가 있습니다.

주변에서 흔히 볼 수 있는 아크(Arc) 열에서 부터

전기저항발열, 레이저(LASER), 전자빔, 화학반응에 의한 발열, 기계적 마찰에 의한 발열 등

공통점은 대부분 전부 전기로부터 얻어진다는 것입니다.

이 중에서 경제적으로 저렴하고 광범위하게 적용되고 있는 아크 열원에 대해서

조금은 깊숙한 곳을 파헤쳐볼까 합니다.

우선, 이렇게 시작해보겠습니다.

용접전원을 개발하는데 필요한 인력은 어떤 것을 전공한 사람이어야 할까요?

상용 교류를 입력으로 해서 용접에 필요한 특성을 가지는 전기로 변환하는 장비이니

변압기가 들어갈 것이고 정류기가 들어갈 것이고 그것을 제어하는 회로가 들어갈 것이니

전기/전자/제어공학과 출신들이 가장 적합할 것입니다.

그렇지만 이 지식만 가지고는 용접에 적합한 전원을 만들어내는 데에는 한계가 있습니다.

연속적인 폐회로(도전체로 루프를 형성하는)의 범주에서는 아마도 전기/전자/제어공학이 충분할 수 있습니다.

그런데,, 여기에 용접이란 것이 좀 더 자세히는 아크라는 것이 엮이게 되면

아크의 물리적인 현상에 대한 이해가 반드시 수반되어야 합니다.

아크가 어떻게 일어나고 유지되느냐에 따라서 용접현상과 결과(품질)가 좌우되기 때문입니다.

아크 용접은 여러가지 방법으로 구분이 되어 있습니다.

SMAW, GTAW, GMAW, FCAW, EGW, PAW 등으로 말이죠.

그렇지만 잘 생각해보면 와이어, 장치 그리고 보호수단을 적용하는 형식에 차이가 있을 뿐

아크를 발생시키고 안정화하는 메커니즘(원리)은 동일합니다.

고주파나 전극(소모성/비소모성)의 접촉에 의해 아크를 일으키고

전극과 모재 사이의 적정한 거리를 유지함으로써 아크를 안정하게 유지합니다.

그리고 이러한 아크 중에서 와이어를 녹여 넣죠.

외부에서 별도 공급하여 녹여 붙이기도 하며 전극의 끝에서 용융, 분리되어 용탕으로 이동하기도 합니다.

이렇게 용융 와이어가 이동하는 현상을 금속이행이라고 합니다.

이 금속이행에 영향을 미치는 역학관계가 존재합니다.

와이어 끝에 맺힐 용적을 매달려 있게 하는 그리고 떨어뜨리려는 힘의 관계가 있겠죠.

와이어가 녹는 속도, 끝단에서 녹아 이동하는 현상 등은 여러가지 변수에 따라 달라질 수 있습니다.

이후에 자세히 논리를 풀어보겠지만,

아크는 전기가 공간(전극-모재)을 지속적으로 흐름으로써 유지가 됩니다.

공간은 저항이 매우 높습니다. 그래서 기본적으로 공기 중에서는 전기가 흐르지 않는다고 합니다.

그러나 특정 조건이 갖춰지면 전기가 흐를 수 있어요.

여기에서 일단 말씀을 드리고 싶은 것은

아크 용접은 전극과 모재 사이를 포함해서 전기적으로 폐회로가 구성되어야 한다는 것입니다.

전기가 흐르면 그 주변은 필연적으로 자기장이 형성되며

아크는 주변 자기장의 변화에 민감하게 반응합니다.

또한, 아크는 매우 높은 온도를 가집니다.

이 온도는 과연 어떠한 원리로 얻어지는 것일까요? 아크 자체가 온도가 그냥 높은 것일까요?

이 아크 온도는 프로세스에 상관없이 동일할까요? 다르다면 왜 다를까요?

상대적으로 온도가 높고 낮은 영역이 있다면

대기가 순환하듯이 아크 주변에는 보이지 않는 기류가 발생할 수도 있을 것입니다.

아크와 주변 대기는 구분이 되어 있습니다.

아크 중심에서 주변으로 갈수록 온도가 낮아지기 때문이죠.

이 말은 특정 온도 이상의 영역에 아크가 구속된다고 할 수 있습니다.

아크라고 불리는 이유는 여기에 있습니다. 주변과의 온도구배에 의해 아치형을 나타내기 때문입니다.

물론 전극과 모재의 사이에서는 아치형보다는 종 모양에 가깝습니다.

아치 형태냐 종 형태냐는 중요하지 않습니다.

그 형상을 이루는 원리는 동일하다는 말씀을 드리고 싶은 것입니다.

실드(보호) 가스의 역할은 단순히 용탕을 산소와의 반응을 차단하기 위한 목적일까요?

상용하는 실드가스의 종류도 많습니다. 단일 적용하기도 하고 혼합해서 적용하기도 합니다.

단순히 차단하기 위한 목적이면 한 종류만 쓰면 되지 않을까요?

실드가스 종류가 바뀜으로 해서 많은 것이 변화합니다.

가스마다 물리적인 특성이 다르기 때문이죠.

아크의 온도가 달라질 수 있습니다. 용탕의 점도(유동성/표면장력)를 변화시킬 수도 있습니다.

위에서 잠깐잠깐 언급했던 내용들을 오늘 다 쓰면 시간도 많이 걸리고 너무 길어질 것 같으므로

몇 차례에 걸쳐서 연재해볼까 합니다.

아크 용접은 아크의 이해로부터 시작되어야 할 것 같습니다.

** 나름의 학습을 통해서 정리한 것으로 100% 맞다고 말씀드리지는 못하겠으니 이견 있으신 분들은 

   아래의 링크에 댓글로 남겨주시면 보완하겠습니다. 

https://cafe.naver.com/welding1st/853