아르곤은 대부분의 용접 응용 분야에서 표준 보호 가스입니다. 그 주된 이유는 헬륨보다 훨씬 저렴하고 더 안정적이며 용인 범위가 넓은 용접 아크를 생성하기 때문입니다. 이러한 비용 효율성과 사용 편의성의 조합으로 인해 광범위한 TIG(GTAW) 용접 작업에서 헬륨보다 기본 선택이 됩니다.
아르곤과 헬륨 사이의 결정은 어떤 가스가 보편적으로 "더 낫다"는 것이 아니라 특정 작업에 적합한 물리적 특성을 가진 가스를 선택하는 것입니다. 아르곤은 제어와 비용 효율성을 제공하는 반면, 헬륨은 더 까다로운 응용 분야를 위해 순수한 열과 침투력을 제공합니다.
보호 가스의 근본적인 역할
선택을 이해하려면 먼저 TIG 용접 공정에서 보호 가스가 수행하는 두 가지 중요한 기능을 인식해야 합니다.
용접 풀 보호
보호 가스의 주요 임무는 주변 대기를 밀어내는 것입니다. 이는 용융된 용접 풀 주위에 불활성 기포를 만들어 기공 및 취성과 같은 심각한 결함을 유발할 수 있는 산소, 질소 및 수증기로부터 용접 풀을 보호합니다.
아크 안정화
가스는 또한 전기 아크의 매개체 역할을 합니다. 용접기에서 나오는 고전압은 가스를 이온화하여 플라즈마로 만들어 텅스텐 전극과 공작물 사이에 전류를 전도합니다. 이 플라즈마의 특성은 아크의 안정성, 열 및 전반적인 특성에 직접적인 영향을 미칩니다.
아르곤 대 헬륨 비교
아르곤과 헬륨의 뚜렷한 물리적 특성이 보호 가스로서의 성능을 정의합니다.
아크 안정성 및 제어 (아르곤의 장점)
아르곤은 헬륨보다 이온화하기가 더 쉽습니다. 이 낮은 이온화 전위는 용접 아크를 시작하고 유지하는 데 더 적은 전압이 필요하다는 것을 의미합니다.
그 결과 놀랍도록 부드럽고 안정적이며 집중된 아크가 생성되며, 이는 전극과 공작물 사이의 거리(아크 길이) 변화에 덜 민감합니다. 이러한 용인성은 완벽하게 안정된 손을 유지하기 어려운 수동 용접에서 매우 중요합니다.
또한 아르곤은 헬륨보다 약 10배 더 무겁습니다. 이 밀도는 더 낮은 유량에서도 효과적인 보호 범위(쉴딩)를 제공하여 운영 비용을 더욱 절감할 수 있게 합니다.
열 및 침투 (헬륨의 장점)
헬륨은 아르곤보다 열전도율이 훨씬 높습니다. 플라즈마로 이온화될 때 열을 훨씬 더 효율적으로 전달합니다.
이는 훨씬 더 뜨거운 아크를 생성하며, 이는 두꺼운 재료나 열을 용접부에서 빠르게 빼앗아가는 금속(예: 알루미늄 및 구리)을 용접할 때 큰 이점입니다. 더 뜨거운 아크는 더 깊은 용접 침투와 더 빠른 이동 속도를 가능하게 합니다.
비용 및 가용성 (아르곤의 결정적인 승리)
아르곤은 지구 대기에서 세 번째로 풍부한 가스이므로 공기 분리를 통해 생산하기가 비교적 간단하고 저렴합니다.
반면에 헬륨은 천연가스 매장지에서 추출되는 유한한 자원입니다. 훨씬 더 희귀하며, 결과적으로 훨씬 더 비쌉니다. 이 비용 차이는 생산 환경에서 가스 선택 시 단일로 가장 중요한 요소인 경우가 많습니다.
상충 관계 이해
어떤 가스도 모든 상황에 완벽하지는 않습니다. 올바른 가스를 선택하는 것은 장점과 단점의 균형을 맞추는 것을 포함합니다.
순수 아르곤의 단점
안정적이고 제어가 가능하지만, 순수 아르곤 아크는 매우 두꺼운 알루미늄 섹션(>1/4인치)을 용접하기에는 충분히 뜨겁지 않을 수 있습니다. 이는 느리고 비효율적인 작업이나 필요한 융합 및 침투가 부족한 용접으로 이어질 수 있습니다.
순수 헬륨의 어려움
헬륨의 주요 단점은 다루기 어려운 아크 특성입니다. 아크가 덜 집중되고 길이에 대한 변화에 매우 민감하여 수동으로 제어하기 어렵습니다. 또한 시작하는 데 더 높은 전압이 필요하며, 이는 일부 전원 공급 장치에서 문제가 될 수 있습니다. 낮은 밀도는 적절한 보호를 위해 더 높은 가스 유량이 필요함을 의미하며, 이는 이미 높은 비용을 가중시킵니다.
해결책: 아르곤/헬륨 혼합물
많은 까다로운 응용 분야의 경우 최선의 해결책은 혼합물입니다. 아르곤에 헬륨을 추가하면(예: 75% 아르곤 / 25% 헬륨 혼합) "두 세계의 장점"을 모두 얻을 수 있는 절충안을 제공합니다.
순수 아르곤보다 더 뜨거운 아크와 더 나은 침투력을 얻으면서도 순수 헬륨이 부족한 아크 안정성과 제어 기능을 많이 유지할 수 있습니다. 이로 인해 혼합 가스는 두꺼운 게이지 알루미늄의 생산 용접에 인기 있는 선택이 됩니다.
프로젝트에 적합한 선택하기
귀하의 재료, 두께 및 용접 목표가 보호 가스 선택을 결정해야 합니다.
- 강철, 스테인리스강 또는 얇은 알루미늄에 대한 범용 용접에 중점을 둔 경우: 우수한 제어, 아크 안정성 및 저렴한 비용으로 인해 100% 아르곤이 최선의 선택입니다.
- 두꺼운 알루미늄, 구리 또는 마그네슘 용접에 중점을 둔 경우: 우수한 아크 제어를 유지하면서 필요한 열 입력을 달성하기 위해 아르곤/헬륨 혼합물(일반적으로 헬륨 25-75%)이 이상적입니다.
- 열전도성 금속의 고속 기계화 용접에 중점을 둔 경우: 최대의 열과 이동 속도를 위해 순수 헬륨이 정당화될 수 있지만, 이는 공정 제어가 가장 중요한 전문적인 응용 분야입니다.
이러한 특성을 이해함으로써 차트를 단순히 따르는 것에서 고품질 용접을 위해 올바른 보호 가스를 전략적으로 선택하는 것으로 나아갈 수 있습니다.
요약표:
| 속성 | 아르곤 | 헬륨 |
|---|---|---|
| 아크 안정성 | 우수 (이온화 용이) | 약함 (아크 길이에 민감) |
| 열 및 침투 | 보통 | 높음 (두꺼운 금속에 이상적) |
| 비용 | 낮음 (풍부함) | 높음 (유한한 자원) |
| 최적 용도 | 범용 용접 (강철, 얇은 알루미늄) | 두꺼운 알루미늄, 구리, 고속 용접 |
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