용접에서 불활성 분위기는 녹은 용접 풀을 둘러싸는 비반응성 가스의 보호막입니다. 이 목적으로 사용되는 가장 일반적인 불활성 가스는 아르곤과 헬륨입니다. 이 보호막은 주변 공기에서 산소, 질소 및 기타 오염 물질을 밀어내어 녹은 금속과 반응하여 용접 품질을 손상시키는 것을 방지하므로 매우 중요합니다.
불활성 분위기의 핵심 목적은 장벽 역할을 하여 구조적으로 취약한 녹은 금속을 대기 오염으로부터 보호하는 것입니다. 이러한 보호는 강하고 깨끗한 용접과 약하고 결함 있는 용접 사이의 결정적인 요소입니다.
핵심 문제: 왜 차폐가 필수적인가
용접의 극심한 온도에서 녹은 금속은 반응성이 매우 높습니다. 약 78%의 질소와 21%의 산소로 구성된 개방된 공기에 노출시키는 것은 실패의 지름길입니다.
공기 중 오염
산소는 깨끗한 용접의 주된 적이며, 빠른 산화(또는 스테인리스강의 "설탕화")를 일으켜 부서지기 쉽고 벗겨지는 산화층을 생성합니다.
질소 또한 특히 강철에서 녹은 용접 풀에 용해되어 질화물을 형성하고 취성을 유발하며 강도를 크게 저하시킬 수 있습니다.
결과: 약하고 다공성 용접
이러한 대기 가스가 용접부에 흡수되면 금속이 냉각되고 응고될 때 종종 갇히게 됩니다.
이것은 용접 비드 내부에 작은 기포와 공극을 생성하는데, 이를 기공이라고 합니다. 다공성 용접은 근본적으로 약하고 응력 지점이 많으며 하중을 받을 때 균열이 발생하기 쉽습니다.
차폐 가스의 구성
이러한 결함을 방지하기 위해 용접공은 연속적인 차폐 가스 흐름을 사용하여 아크와 용접 풀 주변에 국부적인 보호 분위기를 조성합니다. 이러한 가스는 두 가지 주요 범주로 나뉩니다.
진정한 불활성 가스: 아르곤과 헬륨
불활성 가스는 화학적으로 안정하며 용접 아크의 고온에서도 다른 원소와 반응하지 않습니다.
참고 자료에서 언급했듯이, 아르곤(Ar)과 헬륨(He)은 용접에 사용되는 두 가지 주요 불활성 가스입니다. 이들은 오염에 극도로 민감한 알루미늄, 마그네슘, 티타늄과 같은 비철금속 용접에 가장 적합한 선택입니다.
아르곤: 산업 표준
아르곤은 공기보다 밀도가 높아 낮은 유량으로도 용접 영역을 탁월하게 덮습니다. 또한 안정적이고 집중된 아크를 촉진하며 헬륨보다 저렴하여 TIG 및 MIG 용접에 가장 일반적인 불활성 차폐 가스입니다.
헬륨: 고성능 옵션
헬륨은 아르곤보다 열전도율이 높습니다. 이는 더 뜨겁고 넓은 아크를 생성하여 더 깊은 침투와 더 빠른 이송 속도를 가능하게 하며, 이는 특히 두꺼운 재료, 특히 알루미늄 및 구리 용접에 유용합니다. 그러나 헬륨은 더 비싸고 더 높은 유량이 필요합니다.
절충점 이해: 불활성 대 활성 가스
순수한 불활성 가스는 일부 재료에 필수적이지만 유일한 옵션은 아닙니다. 많은 일반적인 응용 분야, 특히 강철의 경우 활성 가스를 포함하는 혼합물이 선호됩니다.
"유사 불활성" 가스의 역할
참고 자료에서는 이산화탄소(CO2)를 "유사 불활성" 가스로 언급합니다. 용접 산업에서 CO2는 일반적으로 활성 가스로 분류됩니다.
이산화탄소는 산소와 같은 방식으로 녹은 용접 풀과 반응하지 않지만, 용접 아크의 고열 내에서 반응하여 용접 화학에 약간 분해되고 영향을 미칩니다. 알루미늄과 같은 반응성이 높은 금속에는 적합하지 않습니다.
왜 가스를 혼합하는가?
탄소강 용접의 경우 순수 아르곤은 높고 좁은 용접 비드 프로파일을 초래할 수 있습니다. 소량의 CO2를 추가하면(예: 75% 아르곤 / 25% CO2 혼합) 비드 프로파일이 평평해지고 침투가 개선되며 아크가 더 안정되어 스패터가 적고 전반적으로 더 나은 용접이 가능합니다.
비용 대 순도 방정식
순수 CO2는 가장 저렴한 차폐 가스이지만 아르곤 혼합물보다 불안정한 아크와 더 많은 스패터를 생성합니다. 순수 아르곤은 비철금속에 필요하지만 더 비쌉니다. 아르곤/CO2 혼합물은 대부분의 강철 제작에 이상적인 성능과 비용의 균형을 제공합니다.
목표에 맞는 올바른 분위기 선택
올바른 차폐 가스를 선택하는 것은 단순한 기술적 세부 사항이 아닙니다. 이는 용접 품질, 외관 및 비용을 결정하는 근본적인 결정입니다.
- 알루미늄, 마그네슘 또는 티타늄 용접이 주요 초점인 경우: 순수 불활성 가스를 사용해야 하며, 100% 아르곤이 가장 일반적이고 효과적인 선택입니다.
- 범용 강철 제작(MIG)이 주요 초점인 경우: 75% 아르곤과 25% CO2 혼합은 깨끗한 용접, 안정적인 아크 및 최소한의 스패터를 위한 산업 표준입니다.
- 두꺼운 알루미늄 또는 구리에 대한 최대 침투가 주요 초점인 경우: 헬륨/아르곤 혼합물 또는 순수 헬륨은 견고한 용접에 필요한 열 입력을 제공합니다.
- 강철 용접에 대한 가능한 가장 낮은 비용이 주요 초점인 경우: 100% CO2를 사용할 수 있지만, 더 거친 아크와 더 많은 용접 후 청소를 관리할 준비가 되어 있어야 합니다.
궁극적으로 올바른 분위기는 용접을 위협하는 특정 오염 물질로부터 용접을 안정적으로 보호하는 분위기입니다.
요약 표:
| 가스 유형 | 주요 용도 | 주요 특징 |
|---|---|---|
| 아르곤 (Ar) | 알루미늄, 티타늄 TIG/MIG | 산업 표준, 안정적인 아크, 우수한 커버리지, 비용 효율적 |
| 헬륨 (He) | 두꺼운 알루미늄, 구리 | 더 뜨거운 아크, 더 깊은 침투, 더 빠른 속도, 더 높은 비용 |
| Ar/CO2 혼합 (예: 75/25) | 탄소강 MIG | 균형 잡힌 성능, 안정적인 아크, 최소한의 스패터, 다용도 |
| 이산화탄소 (CO2) | 저비용 강철 용접 | 가장 저렴, 더 거친 아크, 더 많은 스패터 |
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