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1. 용접의 원리와 종류
1.1. 용접의 원리
아이작 뉴턴의 만유인력 법칙에 따르면 금속과 금속을 충분히 접근시키면 금속 원자 간에 인력이 작용하여 서로 결합하게 된다. 그러나 이러한 결합을 이루려면 원자들을 10nm정도 가까이 접근시켜야 하는데, 이와 같은 일은 일상적으로 일어나지 않는다. 보통의 조건에서는 금속 표면에 산화막이 존재하여 원자 간에 결합되지 않으면, 원자 간의 인력이 작용할 만큼 가까이 할 수가 없기 때문이다. 즉 금속 표면이 평활하게 보여도 확대해 보면 올록볼록한 모양으로 되어있으며 공기와 접촉하는 면은 산화막으로 덮여 있기 때문이다. 이런 방해 작용을 줄이고 두 금속을 접근시켜서 접합시키는 조작을 용접이라고 한다.
아크 용접은 전극과 모재의 표면사이에 발생하는 전기적 아크와 열에 의해 두 금속이 접합하는 과정이다. 아크 용접에서는 모재와 용접봉이 각기 전극의 역할을 하게 되는데 모재와 용접봉 중 어느 것이 각각 양극 또는 음극이 되는가와 모재와 용접봉의 성질에 따라 용접의 성능이 달라지게 된다. 아크 용접에 있어서 직류전원을 사용한 경우를 직류용접이라 하고 교류전원을 사용한 경우를 교류용접이라 한다. 용접의 방법에는 피복아크용접, 가스 텅스텐 아크용접, 불활성가스 금속아크용접, 서브머지드 아크용접, 플라즈마 아크용접 등이 있다. 이 외에도 가스용접, 테르밋 용접, 일렉트로슬래그 용접, 전자빔 용접, 스터드 용접 등 다양한 용접방법이 있다.
1.2. 아크용접
1.2.1. 피복아크용접
피복아크용접은 압력을 가하지 않는 용접의 가장 흔한 형태이다. 피복제를 바른 용접봉과 모재사이에 전기아크에 의해 발생되는 열을 이용하여 용접하는 방식으로, 용접회로는 전원, 전극 케이블, 용접봉 홀더, 피복아크 용접봉, 모재, 접지케이블로 구성되어 있다. 용접봉은 용접 모재사이의 틈을 채우기 위한 용가재이자 모재와 용접봉사이의 아크를 발생시키는 전극의 역할을 한다.
용접봉은 모재의 재질에 따라 연강용, 저합금강용, 스테인리스강용, 구리합금용, 주철용, 특수용도로 구분된다. 주요 세 종류는 셀룰로이계, 금홍석계, 베이직계가 있으며, 용접부 보호방식에 따라 가스발생식, 슬랙생성식, 반가스밸생식으로 구분된다. 피복제는 아크열에 의해 분해되어 아크를 안정화하고, 가스를 발생시켜 용융금속을 대기로부터 보호하며, 화학반응에 의해 용접금속을 정련한다. 또한 필요한 합금 원소를 첨가하여 좋은 용착 금속을 얻을 수 있다.
직류전원을 사용한 경우를 직류용접, 교류전원을 사용한 경우를 교류용접이라고 한다. 직류인 경우 전압은 10~50V이며 전류는 2000A까지 사용할 수 있다. 피복아크용접은 이동이 용이하고 전자세 용접이 가능하며 옥외 용접도 가능하여 가장 광범위하게 사용되지만, 기계화가 어렵고 생산성이 취약한 단점이 있다.
1.2.2. 가스 텅스텐 아크용접(TIG)
가스 텅스텐 아크용접(TIG)은 비소모성인 텅스텐 전극과 모재 사이에 아크가 형성되며 텅스텐 전극주위로 불활성 가스인 알곤이나 헬륨이 주입되는 용접 방식이다. 용가재는 용접봉의 형태로 불활성 가스 시일드 보호막 속으로 별도로 공급된다. 이 용접장비에는 전기, 냉각수와 가스가 공급되고 적절히 제어하는 장치가 있어야 한다. 가스 텅스텐 아크용접은 연기 또는 용접 매연이 없어 시야를 가리지 않고 용융지가 깨끗하다. 또한 텅스텐이 전극의 역할을 하며 용접봉은...
