용접공학하계대학 CO2/MAG 용접의기본원리와솔리드와이어의특성 2005. 4. 19. 모니텍 황동수
차례 1. GMAW 의분류 2. GMAW 의기본원리 3. 용적이행모드의종류및특성 4. GMAW 용차폐 GAS 의종류및특성 5. GMAW 용솔리드와이어의종류및특성 6. 용접재료의최근개발동향 2
1. GMAW 의분류 [ Gas Metal Arc Welding ] MAG 용접 [Metal Active Gas] CO2 용접 차폐가스 : CO 2 100% 주용도 : 연강, 고장력강 ( 中厚판의용접 ) 용접용와이어 : 탈산제 (Si,Mn,Ti, 등 ) 이많이함유된와이어 혼합가스용접 차폐가스 : Ar + 15 20%CO 2 주용도 : 연강, 고장력강, 저합금강, 아연도강판 ( 중, 박판의용접 ) 용접용와이어 : CO 2 용접용와이어보다탈산제가적은와이어 MIG 용접 [Metal Inert Gas] 차폐가스 : Ar + (1~6% O 2 또는 H 2 /He 소량첨가 ) 주용도 : 알루미늄, 스테인리스강, 내열강 용접용와이어 : 알루미늄, 스테인리스, 내열강와이어 3
2. GMAW의기본원리 Power Source : 정전압특성, DCEP Shielding Gas : CO 2 100% Ar 80% + CO 2 Ar 98% + 2%CO 2 (or O 2 ) Filler Metal : Carbon Steel Stainless Steel Low Alloy Steel Copper Aluminium 4
GMAW 에서의탈산반응식 CO 2 ( 차폐GAS 中 ) CO + [O] Fe( 모재 )+[O] FeO 이단계에서FeO중의 [O] 를탈산제로써제거하여야기공결함을방지할수있다. FeO + C( 모재 ) Fe + CO( 기공결함의원인 ) 용접와이어에함유된탈산제에의한기공발생의방지 2FeO + Si( 와이어중탈산제 ) 2Fe + SiO 2 ( 슬래그 ) FeO + Mn( 와이어중탈산제 ) Fe + MnO( 슬래그 ) 2FeO + Ti( 와이어중탈산제 ) 2Fe + TiO 2 ( 슬래그 ) * 탈산력 : Ti > Si > Mn 5
전원특성 : Constant Voltage Long ARC 전전원특성 L Arc특성압(V) S Short ARC LONG ARC SHORT ARC L 전류 (A) S 6
CO 2 /MAG 용접에서돌출길이의영향? 돌출길이증가 : 와이어자체저항증가 [ V= IR ] 전류감소 ( 정전압전원특성 ) Arc 불안정 기공결함 돌출길이감소 : 와이어자체저항감소 [ V= IR ] 전류증가 Arc 길이 ( 약간 ) 증가 by 전류증가 노즐및 Tip 부착스패터증가 7
용접속도의영향 용접능율을향상시키기위해선용접전류및속도를올려야하나, 그림에서와같이적정사용범위가아주좁아진다! 용접속도의영향 : 용입깊이, 비드형태, Arc안정성 용입깊이와의관계 : 속도증가초기에는증가, 어느속도이상부터감소 용접속도과대 Humping Bead발생 용접속도과소 용융지위에서 Arc발생 용접속도 험핑비드 적정범위 용접전류 8
3. 용적이행모드의종류및특성 1) 단락이행모드 (Short Circuit Transfer) 입열량이낮은조건에서나타남. 용입이얕고, 박판용접에최적 전자세용접에효과적 ( 용융지응고속도빠르다 ) Low Voltage & Small Diameter & Low Deposition Rate 초당약 20 200 200 회용적이행 9
2) 입상이행모드 (Globular Transfer) 입열량이높은범위 & CO 2 Gas 차폐시나타남. 용입이깊고, 중후판용접에적용. 하향, 수평자세에만적용가능. Medium,High Voltage & Higher Deposition Rate Wire 경보다더욱크게성장된Droplet이중력에의해 이행됨. 용입불량또는기공결함가능성이낮다.( 교반효과크다 ) 초당약 20 70 회용적이행 Spatter발생이많으며, Buried Arc에의해감소시킬수있다. 10
3) 스프레이이행모드 (Spray Transfer) 입열량이높은범위및 Ar 또는 Ar Rich Mixed Gas 차폐시나타남. 입상이행보다용입이얕은편이며, 중후판용접에적용. 하향, 수평자세에만적용가능. Medium,High Voltage & Higher Deposition Rate Wire 경보다작은Droplet이수백회 /sec 이행 용입불량및기공결함발생가능성大 ( 교반효과적다 ) Stable Arc & Less Spatter 11
4) Pulsed Gas Metal Arc Welding 정밀제어된 Arc 의특성이용 (1 drop per 1 pulse) Ar 또는 Ar Rich 차폐 Gas 사용 Low Heat Input에서도가능 전자세용접에서활용가능 High Travel Speed용접에활용 Zn 도장강판등내pit 성이필요한경우적용 장점 : Arc 특성양호, Less Spatter, Less Fume, 용입불량해소 12
4. GMAW용차폐가스의종류및특성 종류 : CO 2 GAS : 반응성이크다.( 분자상기체로온도에따라분해 ;CO 2 CO + O) 단락이행및입상이행만나타나므로, 상대적으로 Arc 불안, Spatter 다발, Arc 소음이크다. 가격이저렴. 용입이깊다.( 열적핀치현상大 ) Ar GAS : 불활성이다.( 원자상기체로온도에따라분해되지않는다.) 공기의 1.4배비중.( 용접금속보호기능大 ) Arc가넓게형성된다.( 열적핀치현상少 ) 용접에미치는영향 아크특성, 용입깊이, 비드형상, 언더컷, 청정작용, 기계적성질, 용접비용 13
차폐가스의종류에따른용접특성비교 항목 CO 2 Gas Ar-CO 2 Gas 이행모드 (Transfer Mode) S.C.T & Globular S.C.T & Spray Spatter Bead 외관 용입깊다깊으나 Finger 상 (Penetration) 이되기쉽다. Slag 량 소량 극히소량 기타 - Arc광이강하다 14
차폐가스의조성비에따른 Spatter 발생량변화 1.0 노즐부착 0.8 0.6 350Amp 350A : 글로블러이행에서 Spray이행이되기위해서 70% 이상의 Ar첨가가필요 180A : 단락이행이主이므로스패터량의차이少. 스패터 0.4 0.2 180Amp 0 20 40 60 80 100 CO 2 100% Ar 100% 15
5. GMAW 용솔리드와이어의종류및특성 용접용솔리드와이어의구비조건 CONSISTENT FEEDABILITY ARC STABILITY Wire Consistency = Key of (Robotic) Welding Cu Adhesion Surface Treatment Proper Raw Material 16
종류및특성 (JIS/KS 분류 ) 종류차폐가스적용강종용도주요성분 YGW11(ZO-26) YGW12(KC-28) YGW13 YGW14(KC-25) YGW15(ZO-27) YGW16(KC-25M) YGW17 100%CO 2 연강, 490N/mm2 고장력강 Ar+20%CO 2 大전류용小, 中전류용 大전류용 小, 中전류용 Si,Mn,Ti Si,Mn Si,Mn,Al,Ti 규정없슴 Si,Mn,Ti Si,Mn 규정없슴 YGW18(ZO-55) 100%CO 2 540N/mm2 大전류용 Si,Mn,Mo,Ti YGW19 Ar+20%CO 2 고장력강 용접특성및용접금속의기계적성능은와이어의화학성분에의해대부분결정된다. 즉, 용도에따라와이어의종류를정확히선택하는것이중요하다. 17
종류및특성 (AWS 분류 ) C Si Mn 기타비고 ER70S-2 0.07 0.40-0.70 0.90-1.40 Ti,Zr,Al ER70S-3 0.06-0.15 0.45-0.75 0.90-1.40 - ER70S-4 0.07-0.15 0.65-0.85 1.00-1.50 - ER70S-5 0.07-0.15 0.30-0.60 0.90-1.40 Al ER70S-6 0.06-0.15 0.80-1.15 1.40-1.85 - KC-28 가장 ER70S-7 0.07-0.15 0.50-0.80 1.50-2.00 - ER70S-G - - - - 널리사용 18
각규격별특성및용도 Spec. 주요성분주용도 ER70S-2 Ti,Al,Zr Triple Deoxidants 포함강력한탈산력보유 Single Pass Welding Rusty & Dirty Surface ER70S-3 Low Si, Mn 박판용접용 ER70S-6 High Si, Mn 가장일반적으로사용 ER70S-G 규격외품 타규격과의호환성해결즉, JIS전용규격품 (ZO-26,27등 ) 19
( 참조 ) 고전류용및저전류용와이어의차이? *100% CO2, 하향자세와이어 :1.2mm, 용접속도 :30cpm YGW11 YGW12 고전류용접시 : YGW11 Type (Ti 함유 ) 사용 Spatter및 Fume적다. 단락적고 Arc안정 Ti( 고전류역에서 Arc 안정화 ) 저전류용접시 : YGW12 Type (Ti 無 ) 사용 단락이행횟수多, 저전류역에서 Arc안정 박판의경우 YGW14 단分락당회수 分당 흄량分당 스패터량 100 60 20 1000 (mg 600 200 (g 4 3 2 1 전류 (A) 300 150 전압 (V) 32 21 용적이행 글로블러 단락 20
6. 용접재료의최근개발동향 후판고전류, 고속용접증가 : 건설기계, 철골산업중심 YGW11 또는 YGW15 1.2mm Wire로 450 Amp 고전류용접 고속송급에따른 Cu 도금밀착력이뛰어난 premium급와이어사용 고입열, 고 pass간온도용고장력강용접와이어채택 : 철골산업 합금성분계조정, 고입열에도강도유지가능한소재사용 JIS YGW18, YGW19 Grade Wire(2000년신규제정 ) 박판, 고속용접용와이어개발 용접금속의표면장력, 점성조정 ( 화학성분계 ) Max. 300cm/min 21
Copper Free Wire 적용 Cu Flake에의한장시간용접시 Tip막힘등에유리 아연도강판용솔리드와이어 내 PIT성강화 (Si, Mn등성분계조정 ) Low Spatter Wire 국산화개발 22