2025년 03월 27일 출간 | ISBN : 1198598387 | 479쪽

머리말, 합격전략, 출제기준 제1장 소성분야 제2장 주조분야 제3장 용접분야 제4장 열처리분야 제5장 기타분야 부 록 과년도 기출문제

아크의 안정성과 극성효과

1. 개요

아크 용접은 용접 방법의 하나로 공기(기체)의 방전 현상(아크 방전)를 이용하여 동일한 금속끼리 합치하는 용접 방법이다. 그들은 직류(DC)또는 교류(AC)전류, 소모품 또는 비소모성 전극을 사용할 수 있다. 아크 용접 공정은 수동, 반자동, 또는 완전 자동으로 될 수 있다.

2. 아크의 안정성과 극성효과

1) 아크의 안정성
(1) 수하 특성(Drooping Characteristics)
용접기에서 아크가 발생하면 반대로 부하가 걸리고 이때 부하전류가 증가하면 단자의 전압이 저하한다. 즉, 부하가 많이 걸릴수록 전류는 증가하고 전압 및 저항은 감소하는 현상을 말하며 아크를 안정시키는데 중요한 특성이다.
(2) 정전압 특성(Constant Vdltage)
수하 특성과는 반대로 부하 전류가 변하여도 단자 전압이 거의 일정 전압을 갖는 특성으로 아크길이가 짧아지면 전류 값이 증가하여 아크를 일정한 범위에서 멈추게 하여 아크를 안정시킨다.
2) 극성 효과
직류 용접기의 아크열은 전류가 한쪽 방향으로만 흐르기 때문에 양극과 음극의 열 집중이 다르며, 보통 양극 측에 60~70%의 아크열이 발생된다. 용접봉을 음극(-), 모재를 양극(+)에 연결한 것을 정극성(DCSP), 반대의 경우로서 용접봉을 양극(+)에 연결한 것을 역극성(DCRP)이라고 한다.
2) 극성과 용접 특성
① 정극성
전자의 충돌을 받는 모재(+)의 용융량이 많아 용입이 깊고 용접봉의 용융이 늦다. 따라서 비드는 나비가 좁고 용입 된 깊이가 깊게 된다.
② 역극성
정극성과는 반대로 용접봉의 용융속도가 빨라 소모가 빠르고 모재의 용입이 낮아진다. 주로 특수강, 비철금속의 용접에 이용되며, 용락(Burn Through)을 피할 수 있으므로 두께가 얇은 판을 용접 하는데 용이하다.

아크 용접 시 발생하는 아크 쏠림현상 및 방지대책

1. 개요

아크 쏠림(자기불림)은 전류가 흐르고 있는 도체 주위에는 자장이 생긴다. 용접 전류에 의해 아크 주위에 발생하는 자장이 용접봉에 대해서 자장에 비대칭 되어 아크가 한쪽 방향으로 강하게 쏠리는 불안정하게 되는 현상이다.

2. 아크 용접 시 발생하는 아크 쏠림현상의 방지대책

아크 쏠림을 방지하려면 도체에 전류가 흐르면 그 주위에 자장이 생기게 된다. 아크 쏠림 현상은 모재, 아크, 용접봉과 흐르는 전류에 따라 그 주위에 자계가 생기면, 이 자계가 용접물의 형상과 아크 위치에 따라 아크에 대해 비대칭이 되고 아크가 한 방향으로 강하게 불리어 아크의 방향이 흔들려 불안정하게 된다. 이 현상은 주로 직류에서 발생되며 교류에서는 파장이 있으므로 거의 생기지 않으며 아크 쏠림이 발생하면
1) 아크가 불안정하다.
2) 용착 금속 재질 변화가 발생한다.
3) 슬래그 섞임 및 기공이 발생한다.
아크 쏠림의 방지대책은 다음과 같다.
1) 직류 용접을 하지 말고, 교류 용접을 사용한다.
2) 모재와 같은 재료 조각을 용접선에 연장하도록 가용접한다.
3) 접지 점을 용접부보다 멀리한다.
4) 긴 용접에는 후퇴법으로 용접한다.
5) 짧은 아크를 사용한다.?

아크 용접기의 종류와 특성

1. 개요

아크 용접법에서는 비교적 적은 전류로 높은 열에너지를 일부분에 집중시킬 수 있다. 아크 용접법은 전원의 종류에 따라 교류 아크 용접법과 직류 아크 용접법으로 구분한다. 초기에는 직류 전원을 사용했으나 현재는 피복 용접봉의 출현으로 교류 전원에 의한 용접이 가능하게 되었다. 교류용접기는 ①효율이 좋고 ②가격도 싸며 ③보수와 취급이 쉬우므로 널리 사용되고 있다.

2. 아크 용접기의 종류와 특성

1) 직류 아크 용접

그림 1 아크 용접회로와 극성
(1) 정전압형 직류 용접기
부하가 변동하여도 전압이 일정하게 되어 있는 형식으로 발전기의 용량이 충분하면 많은 용접을 동시에 할 수 있다.
(2) 정전류형 직류 용접기
전류는 항상 일정한 형식으로 아크 전압이 자주 변하여도 아크 전류는 일정하여 아크가 안정되어 있다.
(3) 정전력형 직류 용접기
정전압형의 결점을 보충하기 위하여 전류가 증가 하였을 때 자동적으로 전압이 강하 하도록 설계된 것으로 일정한 전력을 갖게 된다.
(4) 원리
그림 2에서 처럼 전기회로에 2개의 금속 혹은 탄소단자를 서로 접촉 시키고 이것을 당겨 간격이 생기게 하면 아크를 발생 하면서 고열이 생긴다. 이 열을 이용한 용접이 아크 용접법(arc welding)이다. 이때 고열로 인하여 단자의 일부가 기화(氣化)되고, 전기 통로가 되어 전류는 계속 흐르게 된다. 이때 발생하는 열로써 금속을 용융시킬 수 있다. 이때 열은 3,000℃이상이다.
(5) 아크

그림 2 아크 용접법
용접봉과 모재와 사이에 직류 전압을 걸어서 양쪽을 한 번 접촉하였다가 약간 떼면, 청백색의 강렬한 빛의 아크가 발생한다. 이 아크를 통하여 큰 전류(약 50A～200A)가 흐르는데, 이 전류는 ①금속증기와 그 주위에 ②각종 기체 분자가 해리(解離)하며 정전기(靜電氣)를 가지는 양이온과 부전기(負電氣)를 가지는 전자(electron)로 분리되어, 이들이 정과 부의 전극으로 고속도로 이동하는 결과 아크를 전류가 발생하는 것이다.

그림 3 피복 금속 아크 용접
3) 교류 아크 용접기(AC arc welding)
교류 아크 용접기는 용접할 때 계단적으로 2차 전압이 떨어지는 특성이 갖도록 설계되어 있다. 그러므로 아크를 안정시키기 위하여 회로에 리액턴스 코일을 넣어 리액턴스를 크게 함으로써 아크 부분의 저항 변화로 생기는 2차 전류의 변화를 적게 하고 있다. 직류 용접기에 비하여 안정성이 떨어지나 가격이 수준으로 많이 사용하고 있다.
4) 고주파 아크 용접기


그림 4 교류 아크 용접기 그림 5 고주파 아크 용접기
교류 아크 용접기에 고주파 발생장치를 설비하여 여기서 발생된 고주파 전류로 용접하며 보통 용접기로 용접이 곤란한 비교적 엷은 판재의 용접도 가능하고, 또한 Cu, Al 등도 효과적으로 용접할 수 있다.
5) 자동 아크 용접기
용접봉을 기계 장치로 이송하고 아크의 길이를 일정하게 하는 동시에 안정한 작업을 하기 위하여 사용되며 장점은 다음과 같다.
1) 용접속도가 수동식에 비하여 3~6배 빠르다.
2) 아크가 안정되어 우수한 용접이 된다.
3) 작업자에 관계없이 능률적 작업이 된다.
4) 대량 생산으로 생산비가 싸게 든다.

금속가공기술사 최신판 산업의 비약적인 발전이 금속가공분야에도 새로운 생산공정과 신소재가 지속적으로 개발되어 제조분야에 적용하고 초고속, 초정밀을 추구하는 산업으로 발전됨에 따라 새로운 기술들이 여러 산업분야에 적용되고 있다. 또한, 기업체는 필요한 유능한 인재를 채용하여 기업의 기술력과 경쟁력을 향상시키기 위해 경영방침을 설정하여 대처를 하고 있다. 또한, 이 분야에 종사하는 엔지니어는 자신의 능력과 경쟁력을 갖추어야 미래를 보장받을 수 있으며 행복한 삶을 살아갈 수가 있다. 따라서 금속가공기술사(최신판) 서적은 지금까지 출제된 문제를 분석하고 검토하여 효율적인 준비를 하도록 유도를 하였다. 또한 최근의 출제문제 경향을 보면 새로운 문제가 계속 출제가 되고 있어 합격을 위해 새로운 문제에 대한 답안작성 능력을 배양하도록 하였으며 여러분들의 목표가 성취되도록 다음과 같은 특징으로 구성하였다. 첫째, 24년간 출제된 문제에 대한 각 분야별 풀이 중심 둘째, 과년도 출제문제를 분석하여 출제기준에 따라 분야별로 관련된 이론을 연계하도록 구성 셋째, 문제별로 합격을 위한 핵심내용 요약과 답안지 작성을 위한 동영상 강의 진행 넷째, 새롭게 출제되는 문제에 대한 대응능력과 최적의 답안작성 능력 부여 다섯째, 주관식 답안 작성 훈련을 위해 논술형식으로 구성 여섯째, 풍부한 그림과 도표를 통해 쉽게 이해하며 답안 작성에 적용하도록 유도 일곱째, 엔지니어데이터넷과 연계해 매회 필요한 자료를 추가로 업데이트