텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접: 종합 가이드

흔히 TIG 용접이라고도 하는 텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접은 비소모성 전극과 공작물 사이에 열을 발생시키는 아크 용접의 한 유형입니다.

전극봉, 용접 풀, 아크 및 공작물의 가열 영역 주변은 모두 가스 차폐막으로 대기 오염으로부터 격리됩니다. 이 실드는 가스 또는 가스 혼합물(일반적으로 불활성 가스)의 일정한 흐름으로 공급되며, 소량의 공기 오염으로도 용접 비드가 손상될 수 있으므로 완벽한 보호 기능을 제공해야 합니다.

TIG 용접의 원리

내화성 금속 순수 텅스텐 또는 활성 텅스텐(토륨 텅스텐, 세라믹 텅스텐)을 전극으로 사용하고 아르곤 가스를 사용하여 전극, 아크 영역 및 용융 금속을 보호하는 아크 용접 방법(일반적으로 텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접으로 알려져 있음)은 그림 5-53에 설명되어 있습니다.

아르곤은 불활성 기체이며 액체 금속에 녹지 않습니다. 용접하는 동안 전극과 공작물 사이에서 아크가 연소되고 아르곤 가스가 금속 풀, 용융 방울, 텅스텐 전극 팁을 공기로부터 격리합니다.

TIG 용접의 특성

(1) 장점

1-텅스텐 전극 2-필러 금속 3-작업물 4-용접 금속 5-아크 6-노즐 7-차폐 가스

1) 내화성 금속 텅스텐 또는 활성 텅스텐으로 만든 전극은 용접 중에 녹지 않습니다. 아르곤 가스를 사용하여 대기를 분리하면 산소, 질소 및 수소와 같은 가스가 아크 및 용융 풀에 미치는 영향을 방지하고 용접 금속 및 용접 와이어의 요소가 쉽게 타지 않습니다 (극소수만 타지 않음).

따라서 일정한 아크 길이를 유지하기 쉽고 용접 공정이 안정적이며 용접 품질이 좋습니다.

2) 용접 시 플럭스가 필요하지 않고 용접 표면에 슬래그가 없어 용융 풀과 용접 형성을 쉽게 관찰할 수 있으며 결함을 즉시 감지할 수 있습니다. 용접 공정 중에 적절한 조치를 취하여 결함을 제거할 수 있습니다.

3) 텅스텐 불활성 가스 용접은 안정성이 우수하며 용접 전류가 10A 미만인 경우에도 아크가 안정적으로 연소 될 수 있습니다. 따라서 특히 얇은 판재 용접에 적합합니다.

열원과 필러 와이어가 개별적으로 제어되기 때문에 열 조절이 편리하여 용접에 투입되는 열을 쉽게 제어할 수 있습니다. 따라서 다양한 위치에서의 용접에 적합하며 양면 형성으로 단면 용접도 용이합니다.

4) 아르곤 가스의 흐름이 아크를 압축하여 열이 더 집중되고 용융 풀이 더 작아지며 이음새 영역 근처의 아르곤 가스의 냉각 효과로 인해 열 영향 영역이 좁아져 공작물의 변형이 줄어 듭니다.

용접 조인트 구조가 콤팩트하고 전반적인 기계적 특성이 더 좋으며 스테인리스강 용접 시 용접부의 내식성, 특히 입계 부식에 대한 내성이 특히 우수합니다.

5) 필러 와이어는 용접 전류를 전달하지 않기 때문에 용융 액적 전이로 인한 아크 전압 및 전류의 변화로 인한 스패터가 발생하지 않아 매끄러운 용접 표면을 얻기 위한 좋은 조건을 제공합니다.

텅스텐 불활성 가스 용접의 아크는 밝은 아크이며 용접 공정 매개 변수가 안정적이고 모니터링 및 제어가 용이하며 기계화 및 자동화 용접에 도움이됩니다.

(2) 단점

1) 텅스텐 불활성 가스 용접은 보호를 위해 가스를 사용하며 횡풍에 대한 저항력이 약합니다. 침투가 얕고 증착 속도가 느리며 생산성이 낮습니다.

소량의 텅스텐 증발이 있으며 용접 풀에 들어가는 텅스텐 입자는 텅스텐 포함을 유발하여 특히 전류가 너무 높고 텅스텐 전극 번 오프가 심하고 텅스텐 포함이 명백한 경우 용접 품질에 영향을 미칠 수 있습니다.

2) 차폐 금속 아크 용접에 비해 작동이 더 어렵고 장비가 더 복잡하며 용접물에 대한 청소 요구 사항이 특히 높습니다. 생산 비용이 차폐 금속 아크 용접보다 높습니다, 서브머지드 아크 용접및 CO2 용접.

TG 용접의 적용 범위

텅스텐 불활성 가스 용접은 산화성 비철을 용접할 수 있습니다. 금속 및 그 합금, 스테인리스강, 고온 합금, 티타늄 및 티타늄 합금, 내화성 활성 금속(몰리브덴, 니오브, 지르코늄) 등 주로 두께 3mm 미만의 박판을 용접하는 데 사용됩니다.

압력 용기 및 파이프 라인과 같이 두께가 두꺼운 중요한 구조물의 경우 루트 패스 용접에 사용할 수 있습니다. 텅스텐 불활성 가스 용접

적용 가능성

텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접은 수동 또는 자동으로 수행되는 경우 연속 용접, 간헐적 용접(스킵 용접이라고도 함)에 적합합니다. 스폿 용접. 전극은 소모품이 아니므로 필러 금속을 추가할 필요 없이 모재를 녹이기만 하면 용접을 수행할 수 있습니다. 그러나 특정 접합부의 경우 특정 요구에 따라 필러 메탈이 필요할 수 있습니다.

TIG 용접은 0.005인치 정도의 얇은 판재를 용접하는 데 특히 적합한 다용도 용접 방법입니다.

1. 용접용 금속

TIG 용접의 특성으로 인해 대부분의 금속과 합금 용접에 사용할 수 있습니다. TIG로 용접할 수 있는 금속에는 탄소강, 합금강, 스테인리스강, 내열 합금, 내화성 금속, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 베릴륨 합금, 구리 합금, 니켈 합금, 티타늄 합금, 지르코늄 합금 등이 있습니다.

납과 아연은 TIG로 용접하기 어렵습니다. 이러한 금속은 녹는점이 낮기 때문에 용접 공정을 제어하기가 매우 어렵습니다. 아연은 아크 온도보다 훨씬 낮은 온도인 1663°F에서 기화하며, 아연의 기화는 용접 비드를 열화시킬 수 있습니다. 납, 주석, 아연, 카드뮴, 알루미늄 및 고온에서 녹는 기타 금속으로 코팅된 강철 표면은 아크 용접이 가능하지만 특별한 절차가 필요합니다.

코팅된 금속의 용접 접합부에서는 "금속 간 화합물"의 형성으로 인해 기계적 특성이 저하될 수 있습니다. 코팅 금속의 용접 시 금속 간 형성을 방지하려면 용접할 부위의 표면 코팅을 제거한 다음 용접 후 수리해야 합니다.

2. 기본 금속 두께

TIG 용접은 다양한 금속 두께에 적용할 수 있습니다. 아크가 고농도의 열을 발생시켜 용접 속도가 빠르기 때문에 두께가 3mm 미만인 물체를 용접하는 데 특히 적합합니다. 필러 금속을 사용하여 여러 용접 패스를 만들 수 있습니다.

다른 용접 방법 는 일반적으로 6.25mm보다 두꺼운 모재에 사용되며, 고품질의 두꺼운 용접물은 다중 패스 용접을 위해 TIG 용접이 필요할 수 있습니다. 예를 들어 직경 8m의 로켓 엔진용 15mm 두께의 쉘을 제조하는 경우, 여러 개의 세로 및 둘레 용접에 필러 금속을 사용한 TIG 용접이 사용됩니다. 이 방법은 이러한 두꺼운 금속의 경우 속도가 느리지만 용접 비드의 고품질 요구 사항으로 인해 TIG 용접이 사용됩니다.

TIG 용접은 다양한 "포일 두께" 합금을 성공적으로 용접할 수 있습니다. 얇은 판재 용접에는 정밀한 장비 고정이 필요합니다. 포일 두께 금속의 경우 기계식 또는 자동 용접이 필요합니다. "고온 이온 아크 용접"은 종종 TIG 용접의 변형으로 인식되며 얇은 판재 용접에 더 많은 이점을 제공합니다.

3. 공작물 모양

자동 방법을 사용할 때 복잡한 모양에는 수동 용접이 필요합니다. 수동 작업은 짧은 용접 비드가 필요한 불규칙한 모양의 물체 또는 손이 닿기 어려운 영역의 용접에 적합합니다. 수동 조작은 모든 위치 용접에도 적합합니다.

자동 장비는 곡면과 직선 표면을 용접할 수 있습니다. 예를 들어, 부품에 대한 물결 모양의 티타늄 전극의 양쪽 끝에는 특수 정현파 용접 방법이 사용됩니다. 이러한 유형의 정현파 용접의 경우 기계식 가이드 유닛이 금속 템플릿을 따라 용접 토치를 안내합니다. 이러한 용접의 수동 작업은 극도의 제어 문제를 야기합니다.

TIG의 기본 사항

텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접에서는 전극과 공작물 사이에 열이 발생하여 후자의 가장자리를 녹입니다. 적절한 용융을 위해서는 용접 풀이 응고될 때 깨끗하게 유지하는 것이 중요합니다. TIG로 고품질 용접을 달성하려면 용접할 모든 표면과 인접 부위는 물론 사용되는 모든 용가재를 철저히 세척해야 합니다.

또 다른 기본 요건은 용접할 부품을 정확하고 안정적으로 배치하는 것인데, 특히 높은 정밀도가 요구되고 공작물이 얇고 복잡한 모양인 경우 더욱 그렇습니다. 필러 금속 없이 용접하거나 자동 용접 시에는 특수 고정 장치가 필요할 수 있습니다.

1. 아크 시작

"아크 개시"를 위한 일반적인 방법은 전자 방출 및 가스 이온화를 트리거하는 것입니다. 이는 통전된 전극을 공작물에서 필요한 아크 길이까지 빠르게 후퇴시키거나 파일럿 아크 또는 전극과 공작물 사이에 고주파 스파크를 생성하는 보조 장치를 사용하여 달성할 수 있습니다.

공작물에서 전극을 기계적으로 후퇴시키는 방식은 DC 용접기를 사용한 기계화 용접에만 사용할 수 있습니다. 그러나 파일럿 아크 개시 방법은 수동 및 기계화 용접에 사용할 수 있지만 역시 DC 용접기로 제한됩니다. 고주파 스파크 개시 방법은 AC 또는 DC 용접기를 사용한 수동 용접에 적용할 수 있습니다. 많은 용접기에는 아크 개시 및 안정화를 위해 고주파 스파크를 생성하는 장치가 있습니다.

2. 전극봉 및 필러 금속 위치 지정

수동 텅스텐 아크 용접에서는 아크가 시작되면 용접 토치를 유지하여 전극봉이 공작물 표면에서 약 75º 떨어져 용접 방향을 가리키도록 합니다. 용접이 시작되면 아크는 일반적으로 모재가 충분히 녹아 적절한 크기의 용융 풀이 생성될 때까지 원형으로 이동합니다.

적절한 융착이 이루어지면 용접 토치를 공작물 접합부의 인접한 가장자리를 따라 서서히 움직입니다. 이 점진적인 용융은 일반적으로 필러 금속이 수동으로 추가될 때 공작물 표면에서 약 15º 각도를 유지하면서 용융 풀에 천천히 들어가는 동안 수행됩니다.

필러 금속을 공급할 때는 가스 실드를 방해하거나 전극봉에 닿아 필러 봉 끝이나 전극봉의 산화로 인한 오염을 일으키지 않도록 주의해야 합니다. 필러 금속 막대는 지속적으로 추가하거나 반복적으로 "담그기" 및 "빼내기"를 반복할 수 있습니다.

필러 로드와 용접 경로 사이의 선형 배열을 유지하여 필러 금속을 연속적으로 추가하거나(V형 조인트가 있는 멀티 패스 조인트에 자주 사용됨) 필러 로드와 용접 토치를 좌우로 흔들어 용융 풀에 필러로드를 공급하여(표면 처리 공정에서 일반적으로 사용됨) 필러 금속을 추가할 수 있습니다.

용접을 중지할 때는 용융 풀에서 용가재를 빼내되, 용가재의 산화를 방지하기 위해 일시적으로 가스 보호막을 씌우십시오. 그런 다음 아크를 끄기 전에 용접 토치를 용융 풀의 앞쪽 가장자리로 이동하여 용접 토치를 아크를 끄기에 적당한 높이로 들어 올리되 크레이터 및 전극봉 오염을 일으키지 않을 정도로만 들어 올립니다. 가장 좋은 방법은 용접 토치를 들어 올릴 필요 없이 풋 페달 제어 방법을 사용하여 전류를 서서히 줄이는 것입니다.

3. 아크 길이

많은 전자동 텅스텐 아크 용접 애플리케이션에서 사용되는 아크 길이는 전극봉 직경의 약 1.5배이지만, 특정 애플리케이션이나 용접사의 선호도에 따라 달라질 수 있습니다.

그러나 아크 길이가 길수록 주변 대기로 확산되는 열이 높아지며, 긴 아크는 종종 용접의 안정적인 진행을 방해할 수 있습니다(어느 정도). 예외는 파이프 라인의 "소켓 조인트"입니다. 공식 축을 사용한 수직 용접에서 긴 아크는 짧은 아크보다 더 부드러운 필렛 용접을 생성할 수 있습니다.

4. 수동 및 자동 작동

수동 용접과 완전 자동화된 텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접에는 차이가 있습니다. 수동 용접은 "용접기"가 수행하는 반면, 자동 용접은 "작업자"가 수행합니다. 예를 들어, 용접 전류의 수동 제어와 풋 페달을 통한 전환은 자동화를 지향하는 초기 개발 단계입니다.

용접 건을 고정 또는 계획된 속도로 구동하고 아크 전압(아크 길이)을 자동으로 조정하며 자동으로 시작 및 중지하는 장치를 사용하면 완전 자동 용접에 해당합니다.

5. 용접 기술

작업자의 선택과 교육은 주로 사용되는 장비의 '자동화 정도'에 따라 달라집니다. TIG 용접은 종종 다음과 같은 용도로 사용되기 때문입니다. 금속 시트 접합 부품에 적용하면 용접공이 비교적 작은 부품을 쉽게 다룰 수 있습니다.

따라서 용접사는 작업 시간의 일부를 청소, 장치 결합 및 고정, 스폿 용접 작업에 할애하는 경우가 많습니다. 좋은 품질의 용접 비드를 얻기 위해서는 고도의 손재주와 인내심 있는 훈련이 필요할 뿐만 아니라 용접할 부품을 올바르게 조립하고 고정하기 위해서는 기계 기술이 필수적인 경우도 있습니다.

한 용접 방법에서 다른 용접 방법으로 전환할 때 특정 용접 기술에 대한 필요성이 달라집니다. 예를 들어 수동 가스 차폐 용접에 능숙한 용접사가 TIG 용접 자격을 갖추려면 추가 교육이 필요합니다. 또한 일부 애플리케이션에는 소모품인 백킹 링의 배치 및 용접, 수리 용접과 같은 전문 기술이 필요합니다.

6. 검사

TIG 용접 검사에는 판금 용접의 표면 검사부터 두꺼운 용접부의 방사선(X-레이) 및 초음파 검사까지 모든 비파괴 검사 방법이 포함되어 표면(내부) 아래의 잠재적 결함을 확인할 수 있습니다.

용접 전류

모든 용접 작업에서 '전류'는 침투 깊이와 관련이 있기 때문에 가장 중요한 작동 조건입니다, 용접 속도, 응고 속도 및 용접 비드의 품질에 따라 달라집니다.

기본적으로 선택할 수 있는 용접 전류에는 (a) 직류 전극 양극(DCEP), (b) 직류 전극 음극(DCEN), (c) 교류(AC)의 세 가지 유형이 있습니다. 이 세 가지 유형의 전류에 고주파 전류를 중첩하여 원하는 효과를 얻을 수 있습니다.

1. 직류 전극 포지티브(DCEP)

DCEP는 TIG 용접에 가장 널리 사용되는 전류 유형으로, 일반적으로 용접 가능한 거의 모든 금속 및 합금에서 우수한 용접 비드를 생성할 수 있습니다.

DCEP 용접에서 전극봉은 음극이고 공작물 금속은 양극이므로 전자의 흐름은 전극봉에서 공작물 금속으로 흐릅니다. 모든 DC 아크에서 70%의 열이 아크의 양극 또는 음극 끝에서 발생하므로 주어진 크기의 전극봉은 더 많은 양의 전류와 더 적은 음의 전류를 견딜 수 있습니다.

마찬가지로 특정 크기의 전극봉에 가장 뜨거운 아크가 필요한 경우 DCEP가 필요한 전류 유형입니다.

DCEP는 깊고 좁은 용접 비드를 생성할 수 있으며 다른 두 가지 유형의 전류보다 "침투력"이 우수합니다. 그러나 용접 비드가 좁고 침투력이 깊기 때문에 얇은 금속 물체를 용접하는 데는 DCEP가 어렵습니다. DCEN 또는 AC와 달리 DCEP는 알루미늄, 마그네슘 또는 베릴륨 구리에서 표면 산화물을 제거할 수 없습니다.

그러나 알루미늄을 DCEP로 용접하는 경우 용접 전에 기계적 또는 화학적 세척과 함께 특별히 수정된 용접 방법을 사용해야 합니다. DCEP 용접은 고주파 안정화 AC 아크 용접에 비해 더 많은 기술이 필요한데, 이는 주로 아크를 타격할 때 고주파 유도 방전이 없기 때문입니다.

따라서 표준 기계에 특수 장치를 추가하여 DCEP에 고주파 전류를 중첩할 수 있습니다.

2. 직류 역극성

직류 역극성(DCRP) 용접에서는 전극봉이 용접기의 양극 단자에 연결되고 공작물 금속이 음극 단자에 연결됩니다. 그 결과 전자 흐름이 공작물에서 전극봉으로 이동합니다.

이 프로세스는 전극봉에서 더 높은 열을 발생시키고 공작물에서 더 낮은 열을 발생시킵니다. 동일한 암페어와 아크 길이가 주어지면 DCRP 아크의 전압이 DCSP 아크보다 약간 높기 때문에 DCRP 아크의 총 에너지가 더 커집니다.

DCRP는 평평하고 넓으며 얕은 용접 경로를 생성하는 경향으로 인해 세 가지 유형의 전류 중 가장 일반적으로 사용되지 않습니다. DCRP를 사용한 용접은 동일한 낮은 용접 전류 값에 더 큰 전극봉을 사용해야 하기 때문에 고도의 기술이 필요합니다. 따라서 일반적으로 사용되지 않습니다. DCRP는 "가장 차가운" 유효 아크를 제공하지만 공작물 표면에서 산화물을 제거하는 데 탁월한 특성을 가지고 있습니다.

용융 풀이 전극봉 끝으로 쉽게 끌려가기 때문에 DCRP로 알루미늄을 용접하는 것은 특히 까다로운 작업입니다. 전극이 알루미늄과 접촉하면 전극이 오염됩니다.

그러나 DCRP는 얇은 알루미늄 시트(0.6mm)를 접합하는 데 효과적으로 사용할 수 있습니다. 반면, DCRP 고유의 아크 작용에 영향을 받지 않아 오염 문제가 발생하지 않는 마그네슘은 최대 3mm 두께까지 DCRP를 사용하여 용접할 수 있습니다.

3. 산화물 제거를 위한 DCRP

DCRP가 특정 비금속 표면에서 산화물을 제거할 수 있는 이유를 설명하는 이론은 여러 가지가 있습니다. 일반적으로 받아들여지는 설명은 다음과 같습니다:

전극이 양이면 아르곤 또는 헬륨 이온이 모재 금속 표면으로 이동합니다. 주변의 불활성 가스 구름에서는 아크의 작용에 의해 하전된 가스 이온이 생성됩니다. 이러한 이온은 상당한 질량을 가지고 있기 때문에 금속 표면을 향해 돌진하면서 많은 운동 에너지를 얻습니다. 금속 표면과 충돌하면 샌드블라스팅 방식으로 산화물 입자를 찢어내어 표면을 청소합니다.

이 동작은 아크의 양극 끝에서보다 모재 금속에 더 적은 열을 발생시켜 침투를 최소화합니다. 전극봉이 음극이고 공작물이 양극인 경우 이온이 전극봉 쪽으로 이동하고 공작물 금속에 대한 세정 작용이 없습니다. 전자의 '폭격'은 공작물 금속에 상당한 열과 침투를 일으킵니다.

스테인리스강, 탄소강, 구리와 같은 금속은 텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접에 큰 영향을 미치는 산화물 층을 형성하지 않습니다.

4. 용접기의 극성 결정 4.

자동 TIG 용접에서는 반복적인 작업으로 인해 잘못된 극성으로 용접 작업이 시작될 위험이 있습니다. 수동 용접에서는 때때로 기계의 단자 연결이 반대로 되어 극성이 변경될 수 있습니다. 전극의 잠재적 손상(작은 전극봉에 역극성 전류가 인가될 경우 발생할 수 있음)을 방지하기 위해 용접 프로세스를 시작하기 전에 극성을 테스트하는 것이 가장 좋습니다.

수동 스틱 용접의 경우 전극 홀더를 회로에 연결하고 극성을 테스트합니다. 모든 위치 수동 스틱 용접용 로드(E6010 등급)를 역극성으로 시동합니다. 극성이 양수이면 아크에서 강하고 힘찬 쉿하는 소리가 납니다. 진정한 역극성 E6010 아크는 강력한 크래킹 소리를 내지 않습니다.

5. 교류(AC)

교류는 초당 120회씩 전류의 방향이 바뀌는 DCSP와 DCRP 사이의 연속적인 진동으로 설명할 수 있습니다. 교류에서는 전압이 각 사이클에서 최대 양의 값에서 최대 음의 값으로 번갈아 가며 변화할 때마다 아크가 소멸합니다.

불활성 대기에서 용접할 때 기존의 아크 용접 변압기는 아크가 꺼진 후 아크를 재설정할 수 있을 만큼 높은 전압을 생성할 수 없습니다. 마찬가지로, 충분한 고유 전압을 가진 변압기를 사용하지 않는 한, 각 반주기에서 용접 아크를 다시 설정하려면 아크에 고주파 전류를 추가해야 합니다.

AC는 우수한 침투력을 제공하고 표면 산화물을 감소(또는 환원)합니다. AC 텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접으로 생성되는 용접 비드는 DCSP보다 넓고 얕지만 DCRP보다 좁고 깊습니다. 또한 AC 용접 비드의 보강은 DCSP 또는 DCRP보다 크기 때문에 알루미늄, 마그네슘 및 베릴륨 구리 용접에 AC가 더 적합합니다.

6. AC 정류 방지

전압의 양극과 음극 반주기가 교류 아크 동안 불균등한 전류 저항을 생성하기 때문에 불균형 전류 사인파가 발생하여 정류 효과가 상승합니다. 이 효과는 아크 블로우와 불안정성을 유발할 만큼 충분히 높은 직류 전압의 일부를 AC 아크에서 생성합니다.

텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접에 사용되는 구형 변압기는 최신 균형 파형 구성 요소가 부족하기 때문에 정류에 더 취약합니다.

정류는 전극봉과 용접 금속에서 전자가 불균등하게 방출되기 때문에 발생합니다. 이는 전극 팁과 공작물의 아크 전류 밀도(온도를 제어하므로)는 물론 아크 길이와 사용되는 보호 가스의 영향을 어느 정도 받습니다. 정류는 알루미늄 용접에서 최대 12V 직류 전압 성분을 생성할 수 있습니다.

DC 구성 요소가 높으면 밝은 용융 알루미늄 풀이 어두워지고 산화막을 형성하며, 그 정도는 DC 구성 요소의 크기에 정비례합니다.

균형 잡힌 파형 변압기를 사용하여 정류와 그로 인한 유해한 영향을 제거할 수 있습니다. 이러한 장치에는 용접 회로와 직렬로 연결된 커패시터가 포함됩니다. 이 커패시터의 커패시턴스는 흐름의 일부를 차단하면서 AC 용접 전류의 유효 흐름을 허용합니다. 이러한 구성 요소는 일반적으로 100-150볼트 범위의 개방 회로 전압을 갖도록 설계되어 아크 시작을 위해 고주파 전류가 필요하며 알루미늄 및 마그네슘 합금 용접에 널리 사용됩니다.

7. 펄스 전류 용접

높은 반복 펄스 속도로 높은 전류 상승 및 감쇠 속도로 작동하는 펄스 전류 텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접은 정밀 부품을 접합하는 데 널리 사용됩니다. 더 느린 전류 펄스 속도는 기계화 파이프 용접 및 기타 기계화 용접 애플리케이션에 사용됩니다.

현재 펄스 TIG 용접에서 아크 전압을 자동으로 정밀 제어할 수 있는 회로가 개발되었습니다. 이러한 회로는 나머지 사이클 동안 높은 펄스 전류와 잠금 제어를 사용하여 아크 전압을 생성합니다. 변형된 형태의 펄스 전류 용접기에서는 다음 기능을 독립적으로 시작할 수 있습니다.

펄스 전류 TIG 용접의 장점은 다음과 같습니다:

1. 용접의 "깊이 대 폭" 비율 증가: 짧은 지속 시간의 고전류 용접 펄스와 작은 순수 토륨 텅스텐 전극봉을 사용하여 스테인리스강 용접에서 생성되는 아크 힘으로 용접의 깊이 대 폭 비율이 2:1이 됩니다.

2. "처짐" 고전류 제거: 단시간 펄스는 용융 풀이 처질 정도로 충분히 팽창하기 전에 용접부 또는 얇은 공작물 금속의 뿌리를 "관통"하여 응고시킬 수 있습니다.

3. 열 영향 영역 최소화: 높은 펄스 높이 및 지속 시간과 낮은 펄스 높이 및 지속 시간의 적절한 비율을 통해 열 영향 영역을 최소화할 수 있습니다. 때로는 낮은 펄스 높이를 0으로 설정하여 고전류 펄스 사이의 간격을 제한적으로 유지하기도 합니다.

4. 용융 풀에서 교반하기: 고전류 펄스에 의해 생성되는 아크와 전자기력은 정전류 용접에 의해 생성되는 것보다 훨씬 더 큽니다. 이러한 높은 힘은 용융 풀을 교반하여 접합부 바닥에 핀홀이 생기고 불완전한 융합이 발생할 가능성을 줄입니다. 저전류 용접에서 펄싱을 통해 생성되는 강성 아크는 낮은 정전류에서 발생할 수 있는 아크 산란 불안정성을 제거합니다.

용접 기계

텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접용 용접기에는 다음이 포함됩니다:

(a) 직류(DC) 출력이 있는 변압기-정류기 유형.
(b) 교류(AC) 출력이 있는 변압기 유형.
(c) 동력 구동 발전기 - 전기 모터 구동(AC 출력 전용) 또는 엔진 구동(AC 또는 DC 출력용).

변압기 및 정류기 타입 용접기는 동력 구동식 발전기에 비해 초기 비용 절감, 예열 시 전류 강하 없음, 조용한 작동, 낮은 유지보수 및 운영 비용, 움직이는 부품 없음, 정지 시 낮은 전력 입력 등 여러 가지 장점이 있습니다. 엔진 구동식 발전기의 장점은 전원이 공급되지 않는 곳에서도 사용할 수 있다는 것입니다.

1. 고주파 안정화

큰 에어 갭 또는 튜브 오실레이터가 용접 변압기 회로에 연결되어 아크를 시작하고 경우에 따라 연속적으로 사용할 수 있습니다. 고주파 안정화 AC를 사용하는 대부분의 초기 TIG 용접에서는 '무선 간섭'으로 인해 많은 문제가 발생했습니다.

그러나 오늘날에는 진동 전기 스테이션, "전자 튜브" 제동 장치 및 고유 위상을 가진 고주파 변압기가 더 약한 스파크 방전을 공급하여 "무선 간섭" 현상을 줄입니다.

일부 구형 변압기를 개조하기 위해 접촉 아크 시작을 위한 고주파 안정화 회로가 설치됩니다. 작동을 위해 풋 스위치가 있는 마그네틱 접촉기를 AC 용접기에 추가할 수 있습니다.

이 설정을 사용하면 용접기가 전극봉을 공작물 커버 아래의 시작점을 향해 배치한 다음 풋 스위치를 누를 수 있습니다. 전극봉을 공작물에서 들어 올리면 아크가 시작됩니다. 이 과정은 간단하며 용접 전류를 멈추려면 용접기가 풋 스위치에서 손을 떼기만 하면 됩니다.

필요한 고주파 유도 방전의 강도는 조인트 설계, 전극봉의 돌출 길이, 최소 고주파 유도 전류로 아크를 시작하는 용접기의 능력에 따라 달라집니다. 깊은 홈 조인트에서 용접을 수행하는 경우 고주파 전류 강도가 낮아야 하며, 그렇지 않으면 아크가 홈 폭을 가로질러 조인트의 루트에 들어가지 않습니다.

과도한 고주파 안정화는 다음과 같은 부작용을 초래할 수 있습니다:

1. 작업자에게 감전될 가능성이 높아집니다.

2. 불안정한 용접 아크.

3. "금속 노즐을 사용하는 경우 노즐의 '전기화'.

4. 고주파가 절연체를 관통할 수 있으므로 용접 케이블의 수명이 단축됩니다.

5. 무선 수신 간섭 증가.

용접 전류에 고주파 회로를 추가할 때는 전극봉을 설치하거나 조정하기 전 또는 용접 헤드의 금속 부분이나 그 근처에 손을 대기 전에 반드시 전원을 꺼야 합니다. 그렇지 않으면 특히 작업자가 작업물 근처의 따뜻한 공기와 접촉할 때 심각한 감전이 발생할 수 있습니다.

고주파 안정화 AC로 용접할 때 아크가 꺼진 후 전극봉이 여전히 뜨거울 때 전극봉 끝에 보라색 후광이 나타납니다. 전극 막대가 식으면서 보라색 후광은 극적으로 희미해지다가 막대가 특정 온도에 도달하면 갑자기 사라집니다. 보라색 후광이 보이는 동안에도 전극봉은 공작물로부터 상당한 거리에서 아크를 시작할 수 있으므로 원치 않는 위치에서 갑작스러운 아크 시작 및 아크 연소를 방지하도록 주의해야 합니다.

2. "핫 스타트" 장치

특정 용접 작업의 경우, 가능한 한 짧은 시간 지연으로 용접 프로세스(아크 시작)를 시작하려면 정상 수준보다 훨씬 높은 전류가 공급되어야 합니다. 이는 자동 또는 반자동 용접에 특히 유용합니다. 핫 스타트 장치는 이러한 초기 전류의 서지를 제공하기 위해 회로에 연결됩니다. 이 장치는 일반적으로 필요한 추가 전류와 원하는 지속 시간을 제공하도록 사전 조정할 수 있습니다.

3. 전력 서지 완화

짧은 시간 동안 고전류가 흐르고 자주 시작해야 하는 용접 작업에서는 유도 모터를 용접기 단자에 병렬로 연결하여 라인의 전력 서지를 완화할 수 있습니다. 외부 부하가 없는 이 모터는 정격 마력이 용접기의 KVA 정격을 초과해야 합니다.

아크 시작 중 전류 서지를 유발하는 단락으로 인해 라인 전압이 떨어지면 회전하는 전기자는 충분한 운동 에너지를 갖게 되어 라인에 공급되는 실질적인 전력으로 변환됩니다. 라인의 급격한 전압 강하로 인해 모터가 느려지고 모터의 회전 에너지가 전기 에너지로 변환되어 아크 시작 중에 라인 전압 강하를 긴급하게 줄이는 데 사용되지 않는 한 라인 전압 상승을 유지하는 데 도움이 됩니다. 그러나 이러한 설정을 구현하기 전에 신중한 비용 분석을 수행해야 합니다.

4. 분화구 충전을 위한 전류 감소

특정 응용 분야에서는 용접 경로의 끝을 대칭으로 마감해야 용접 크레이터 내의 소화 지점에서 갑작스러운 함몰을 피할 수 있습니다. 알루미늄 및 마그네슘 합금의 용접에서는 마무리 직전에 용접 전류를 줄여야 합니다.

그러나 '맥동'에 매우 민감한 니켈 기반 및 코발트 기반 합금과 같은 금속은 아크를 끄기 위해 전류를 서서히 줄여 용융된 필러 금속의 온도를 낮춰야 합니다(이렇게 하면 퍼들 양이 줄어들 수도 있습니다).

그렇지 않으면 크레이터 균열이 불가피합니다. 소화 후 크레이터의 "갈증"이나 함몰을 방지하려면 용접 경로가 종점을지나 계속되어야하며 전류는 금속이 더 이상 녹지 않는 수준까지 점차적으로 감소해야합니다. 그렇지 않으면 아크가 멈출 때 공작물에 함몰 또는 아크 흉터가 형성되고 이러한 흉터와 잠재적인 미세 균열로 인해 부식에 대한 취약성이 높아질 수 있습니다.

5. 용접 토치

수동 텅스텐 아크 용접용 용접 토치는 견고하고 가벼우며 완전히 절연되어 있어야 합니다. 압력을 가하고 아크 영역에 보호 가스를 공급할 수 있는 핸드 그립이 있어야 합니다.

또한 튜브 클램프 또는 클램프 헤드 또는 용접 전류를 텅스텐 전극봉에 단단히 누르고 안내하는 다른 방법이 있어야 합니다. 용접 토치 어셈블리에는 일반적으로 토치를 전원에 연결하기 위한 다양한 케이블, 호스 및 커플링 부품과 가스 및 물이 포함됩니다.

그림 3은 일반적인 수냉식 수동 용접 토치를 보여줍니다. 보호 가스가 통과하는 전체 시스템은 밀폐되어야 합니다. 호스 조인트에서 누출이 발생하면 상당한 가스 손실과 용융 풀의 불충분한 보호가 발생할 수 있습니다. 가스 시스템에 공기가 유입되는 것은 종종 주요 문제이므로 기밀 가스 시스템을 보장하기 위해 세심한 유지 관리가 필요합니다.

텅스텐 아크 용접 토치는 무게가 몇 온스에서 거의 1파운드에 이르는 다양한 크기와 유형으로 제공됩니다. 용접 토치의 크기는 사용할 수 있는 최대 용접 전류에 따라 다르며, 다양한 크기의 전극봉과 다양한 유형과 크기의 노즐을 장착할 수 있습니다.

전극봉과 손잡이 사이의 각도도 용접 토치에 따라 다릅니다. 가장 일반적인 각도는 약 120°이지만 헤드 각도가 90°인 용접 토치, 직선형 용접 토치, 각도 조절이 가능한 용접 토치도 있습니다. 일부 용접 토치는 손잡이에 보조 스위치와 가스 밸브가 설치되어 있습니다.

텅스텐 아크 용접 토치의 주요 차이점은 공냉식인지 수냉식인지 여부입니다. 공냉식 토치의 냉각은 대부분 가스 차폐를 통해 이루어집니다. 따라서 더 정확한 용어는 "가스 냉각"입니다. 진정한 공기 냉각은 주변 공기로의 방사를 통해서만 이루어집니다. 반면 수냉식 용접 토치의 일부 냉각은 차폐 가스에 의해 제공되지만 나머지는 추가 냉각을 위해 토치를 순환하는 물에서 비롯됩니다.

공냉식 용접 토치는 일반적으로 가볍고 컴팩트하며 내구성이 뛰어나며 수냉식 용접 토치보다 가격이 저렴합니다. 그러나 일반적으로 약 125암페어 이하의 용접 전류로 제한되며 일반적으로 사용률이 낮은 얇은 판재 용접에 사용됩니다. 텅스텐 전극봉의 작동 온도가 수냉식 용접 토치보다 높기 때문에 순수 텅스텐 전극봉을 사용하거나 정격 전류 용량 근처에서 용접할 경우 텅스텐 입자가 용융 풀로 떨어질 수 있습니다.

수냉식 용접 토치는 최대 200암페어의 용접 전류로 지속적으로 작동할 수 있는 연속 고전류 용접용으로 설계되었습니다. 일부는 최대 500암페어의 용접 전류용으로 설계되어 공냉식 용접 토치보다 더 무겁고 비쌉니다.

용접 토치는 수도관 및 관련 커넥터에 연결됩니다. 일반적으로 용접기에서 전극봉으로 전류를 전달하는 케이블은 수냉 시스템의 배출 파이프 라인 안에 들어갑니다. 이를 통해 케이블을 냉각하고 직경이 작고 가볍고 유연한 배선을 사용할 수 있습니다. 때로는 피팅, 흐름 스위치, 퓨즈도 여기에 포함됩니다. 용접 토치에서 물이나 가스가 누출되거나 습기가 포함된 시스템은 용접 경로를 오염시키고 원활한 작동을 방해할 수 있습니다.