용접봉 종류 및 용도(SMAW,GTAW)

용접봉의 종류는 용접방법에 따라 여러가지로 나눌 수 있으나 현장에서 흔히 쓰이는 GTAW 용 용접봉과 SMAW 용접봉에 한하여 기술하기로 한다

 

1.SMAW (Shield Metal Arc Welding)용 용접봉

 

가. SMAW 용접법
SMAW 용접법이란 STICK 혹은 PLAIN ARC WELDING 이라고도 불리우며 이 방법은 피복된 금속전극과 피용접체 사이에 전기 ARC 를 발생시킴으로서 유착을 얻는 방법이다
전기적 Arc 에 의해 발생된 열은 모재를 녹이고 이것은 녹아 들어간 피복 전극 성분들과 섞이게 된다.
전원에서 공급되는 Arc 에너지는 직류 혹은 교류로 공급되며, 금속전극은 이 전류를 전달하여 Arc 를 형성하고, 대기로 부터 Arc 를 차단시켜 주는 Gas를 발생시켜 주며 또한 용접 Bead 를 형성하는 Metal 을 공급해주는 작용을 한다.
Arc 가 전극을 통해 형성되면 강렬한 열을 발생시켜 전극의 끝부분을 녹이고, 이 녹아 떨어지는 조그만 Metal Drop 들이 Arc 기류속으로 떨어져 모재위에 쌓이게 되면 이 쌓인 금속들은 냉각시 대기오염 방지역할을 하는 Slag 로서
Bead 위에 형성한다. 이 Shield Metal Arc Welding 법은 철 및 비철금속의 모든 분야에 걸쳐 광범위하게 사용되며 특히 커다란 크기의 금속제품 제작시 많이 사용된다.

 

나. SMAW 용접봉
SMAW 용접에 쓰이는 피복용접봉은 금속심선의 주위에 피복제를 발라서 건조한 것이며. 그 끝은 Holder 로 잡아서 전류를 흐르게 하기 위하여 core 를 약 2.5mm 만큼 노출시키고 있으며, 반대쪽 끝은 아아크 발생을 용이하게 하기 위
하여 일부분 (약 3 mm 이하)의 Core 를 노출하고 있다.

1) Core (심선)
심선은 용접금속의 터짐을 방지하기 위하여 극히 저탄소강이고 유황이나 인과 같은 불순물 함량을 극히 최소치로 제한하고 있다. 또한 규소의 양을 적게 한 Rimmed 강으로 만들어서 용융금속의 이행을 촉진시키고 있다.

 

2) 피복제
일반적인 아아크 용접봉의 피복제의 작용은 다음과 같다
– 중성 또는 환원성의 분위기를 만들어, 대기중의 산소나 질소의 침입을 방지하고 용융금속을 보호한다.
– 아아크를 안정하게 한다
– 용융점이 낮은, 적당한 점성이 가벼운 slag 를 만들어 낸다
– 용접금속의 탈산정련 작용을 한다
– 용접금속에 적당한 합금원소의 첨가를 한다.
– 용융방울을 미세화하여 용착효율을 높게한다
– 용접금속의 응고와 냉각속도를 완만하게 한다.
– 위보기 등과 같은 용접자세의 용접을 용이하게 한다.

 

3) 용접봉의 분류
용접봉의 분류는 AWS (AMERICAN WELDING SOCIETY) 에 규정된 것이 대부분의 산업현장에서 사용되고 있으며 ASME CODE 또한 이를 채택하고 있다.
Ex) ASME SEC Ⅱ PART C 에 따른 재질별 SMAW 용접봉의 분류

목 차	용 도
SFA 5.1	Carbon Steel 용 아아크 용접봉
SFA 5.4	Stainless Steel 용 아아크 용접봉
SFA 5.5	Low Alloy Steel 용 아아크 용접봉
SFA 5.11	니켈 및 니켈합금 용 아아크 용접봉
SFA 5.01	Filler Metal Procurement Guidelines

 

4) 용접봉의 선택
용접봉의 선택은 ASME CODE SEC Ⅱ PART C 에 있는 각 재질별 용접봉 분류에 따른 용접봉 특성 및 Guide 에 따라 행할 수도 있으나 이는 번거롭고 시간이 소요될 뿐만 아니라, Code 가 용접작업을 Guarantee 하는 것
은 아니므로 가장 확실한 방법은 WPS/PQR 이 확보된 작업인 경우 반드시 이에 따르는 것이 원칙이며, 만일 이것이 확보되지 않는 경우, 용접봉의 선택은 SK Standard Spec 및 각종 Detail Engineering 사의 Spec 에 있
는 모재의 재질에 따른 용접봉 선정 Table 을 통해 선택하는 것이 차선이다.
용접봉의 선정을 위하여는 AWS/ASME Code 상의 용접봉 표기 방법에 대한 이해가 필요하다.

AWS Spec. 의 용접봉 표기법은 다음과 같다.

Carbon Steel 의 경우,

 

 

Stainless Steel 의 경우 모재 재질과 용접봉의 표시방법이 동일하다.

 

Ex) 304 S.S 간의 용접일 경우 E304
316 S.S 간의 용접일 경우 E316

 

2. Gas Tungsten-Arc Welding (TIG)

 

가. GTAW 용접법
이 방법은 비교적 두께가 얇은 Sheet , Strip 또는 Tubing 등의 용접에 매우적합하며 현장에서는 Root Pass Welding 및 우수한 용접품질이 요구되는 곳에서도 사용된다.
녹아 들어가는 금속은 Slag 제거등의 마무리 처리가 거의 필요없는 양호한 상태의 견고한 용접을 위해

조절될 수 있다. 직류로 Tig 용접시에 역극을 걸어주면 Tungsten 전극에서 과다한 열이 발생, 전류의 흐름을 감소시키기 때문에 바람직하지 못하다.

역극을 사용하면 용접부의 Cleaning 작용을 해 준다고 알려져 있으나 직류를 이용 역극을 걸어주면 TIG 용접이 효과적으로 진행될 수 없으며 이 Cleaning 효과는 Steel 이 – 극을 갖게되는 Half Cycle 에 걸쳐서만 일어날 수 있다.

교류 사용시의 전류 흐름량은 직류 정극 사용시 만큼 크지는 않지만 교류를 사용하면 전극이 보다 차가운 상태로

유지되므로 Cleaning 효과가 나타난다.
이 용접법에는 일반적으로 3 가지 type 의 전극이 사용된다
- 순수한 Tungsten
- Thoriated Tungsten
- Zirconiated Tungsten
소량의 토륨과 지르코늄이 순수한 Tungsten 에 첨가되면 Tip 을 안정시키고 녹지않게 된다.
이러한 개량전극들은 우수한 초기특성을 가지며 Tip 에서의 작업온도가 직류에서 매우 낮기 때문에 보통 Tip 위에 Molten Droplet 을 형성하지 않는다.

 

나. GTAW 용접봉
GTAW 용접봉은 될 수 있는 대로 용접모재와 동일한 재질의 것을 선택하는 것이 좋으며 용접중의 끝단은 운봉중에 불활성 가스 분위기내에 존재하여야하나 그 끝이 전극과 닿지 않도록 주의하여야 한다

1) 용접봉의 분류
용접봉의 분류는 AWS (AMERICAN WELDING SOCIETY) 에 규정된 것이 대부분의 산업현장에서 사용되고 있으며 ASME CODE 또한 이를 채택하고 있다.
Ex) ASME SEC Ⅱ PART C 에 따른 재질별 GTAW 용접봉의 분류

목 차	용 도
SFA 5.1	Carbon Steel 용 아아크 용접봉
SFA 5.4	Stainless Steel 용 아아크 용접봉
SFA 5.5	Low Alloy Steel 용 아아크 용접봉
SFA 5.11	니켈 및 니켈합금 용 아아크 용접봉
SFA 5.01	Filler Metal Procurement Guidelines

 

재질별 용접봉 선택
용접봉의 종류는 모재의 재질에 따라 여러가지로 나눌 수 있으나 현장에서 흔히
쓰이는 용접봉과 모재에 한하여 기술하기로 한다. 

ASTM(PIPING)	Material	SMAW	GTAW	비 고
A106	Carbon Steel	E7016	ER70S
A335-P1	Carbon-Molybdenum	E7016	ER70S
A335-P2	1/2Cr – 1/2Mo	E8016-B2	ER80S-B2
A335-P12	1Cr – 1/2Mo	E8016-B2	ER80S-B2
A335-P11	1-1/4Cr – 1/2Mo	E8016-B2	ER80S-B2
A335-P22	2-1/4Cr – 1Mo	E9016-B3	ER90S-B3
A335-P5	5Cr- 1/2Mo	E502-15 or 16	ER502
A335-P9	9Cr – 1Mo	E505	ER505
A312-TP304	Sus304	E308L-16	ER308L
A312 -P316	Sus316	E316L-16	ER316L
A312-TP321	Sus321	E347-16	ER347
A312 TP347	Sus347	E347-16	ER347
B407	Incoloy800	ENiCrMo-3	ERNiCr-3
A106+A335P11	Carbon Steel + 1-1/4Cr – 1/2Mo	E8016-B2	ER80S-B2
A106+A335P22	Carbon Steel + 2-1/4Cr – 1Mo	E8016-B2	ER80S-B2
A106+A335P5	Carbon Steel + 5Cr- 1/2Mo	E8016-B2	ER80S-B2
A106+TP304L	Carbon Steel + Sus304	E309L	ER309L