CO2, MIG, MAG, 펄스 MIG, 펄스 MAG의 이해

가스 금속 아크 용접(GMAW)의 개념과 분류

용접 와이어의 종류에 따라 용접은 실드 와이어 용접과 플럭스 코어 와이어 용접으로 구분할 수 있다. 불활성 가스(Ar 또는 He)를 보호 가스로 사용하여 실드 와이어로 수행하는 아크 용접을 메탈 인ерт 가스 아크 용접(Metal Inert Gas Arc Welding) 또는 MIG 용접이라 한다. 아르곤이 풍부한 혼합 가스를 보호 가스로 사용하여 실드 와이어로 수행하는 아크 용접을 메탈 액티브 가스 아크 용접(Metal Active Gas Arc Welding) 또는 MAG 용접이라 한다. CO2 가스를 보호 가스로 사용하여 실드 와이어로 수행하는 아크 용접은 CO2 용접이라 한다. 플럭스 코어 와이어를 사용할 경우, CO2 또는 CO2+Ar 혼합 가스를 보호 가스로 하는 아크 용접을 플럭스 코어 아크 용접이라 한다. 보호 가스 없이도 용접이 가능한데, 이 방법을 셀프 쉴딩 아크 용접이라 한다.

표준 MIG/MAG 용접과 CO2 용접의 차이점

CO2 용접의 특징은 낮은 비용과 높은 생산 효율성에 있다. 그러나 과도한 스패터(splatter) 발생 및 용접 형성 품질이 낮다는 단점이 있다. 따라서 일부 용접 공정에서는 일반적인 MIG/MAG 용접을 사용한다. 일반적인 MIG/MAG 용접은 불활성 가스 또는 아르곤 계열 가스를 보호 가스로 사용하는 아크 용접 방식인 반면, CO2 용접은 강한 산화성을 가지므로 두 방식 간 차이와 특성이 결정된다. CO2 용접에 비해 MIG/MAG 용접의 주요 장점은 다음과 같다.

1) 스패터가 50% 이상 감소한다. 아르곤 또는 아르곤 함량이 높은 가스로 보호되는 환경에서 용접 아크가 안정적이다. 액적 이행 및 스프레이 이행 시 아크가 안정될 뿐 아니라, 저전류 MAG 용접의 단락 이행에서도 용융 액적에 작용하는 아크의 반발력이 작아서 MIG/MAG 용접의 단락 이행 시 스패터가 50% 이상 감소하는 것을 보장한다.

2) 용접 봉이 균일하고 미적으로 우수하다. MIG/MAG 용접은 균일하고 미세하며 안정적인 액적 이행 특성 덕분에 용접 봉이 균일하고 외관상 우수하다.

3) 많은 반응성 금속 및 그 합금을 용접할 수 있다. 아크 분위기는 매우 약한 산화 성질을 가지거나 거의 산화 성질이 없다. MIG/MAG 용접은 탄소강과 고합금강뿐만 아니라 알루미늄 및 알루미늄 합금, 스테인리스강 및 그 합금, 마그네슘 및 마그네슘 합금 등 많은 반응성 금속과 그 합금도 용접할 수 있다.

4) 용접 공정성, 용접 품질 및 생산 효율을 크게 향상시킨다.

펄스 MIG/MAG 용접과 일반 MIG/MAG 용접의 차이점

기존의 MIG/MAG 용접에서 주요 액적 이행 방식은 고전류에서는 스프레이 이행이고, 저전류에서는 단락 이행이다. 따라서 저전류 용접은 여전히 스패터가 많고 용접 형상이 불량한 등의 단점이 있으며, 특히 알루미늄 및 알루미늄 합금, 스테인리스강과 같이 저전류에서 용접이 어려운 일부 반응성 금속의 경우 더욱 그렇다. 이러한 이유로 펄스 MIG/MAG 용접이 개발되었으며, 이 방식은 전류 펄스 하나당 하나의 액적이 이행되는 특성을 가지며, 본질적으로 스프레이 액적 이행에 해당한다.

기존의 MIG/MAG 용접과 비교했을 때, 그 주요 특성은 다음과 같다.

1) 펄스 MIG/MAG 용접에서 최적의 액적 이행 모드는 펄스 당 하나의 액적 이행이다. 펄스 주파수를 조정함으로써 단위 시간당 이행되는 액적의 수와 용접 와이어의 용융 속도를 조절할 수 있다.

2) 일 펄스당 한 방울의 스프레이 전이 방식으로 인해 용적 방울의 지름이 용접 와이어 지름과 거의 동일하여, 방울 아크 열이 낮아지며 즉, 방울 온도가 낮아진다(스프레이 전이 및 대형 방울 전이와 비교했을 때). 이는 용접 와이어의 융해 계수를 향상시켜 용접 와이어의 융해 효율을 개선한다.

3) 낮은 방울 온도로 인해 발생하는 용접 연기가 적다. 이는 합금 원소의 소실을 줄여주고 작업 환경을 개선한다.

기존의 MIG/MAG 용접과 비교했을 때, 주요 장점은 다음과 같다:

1) 낮은 스패터 발생 또는 거의 무스패터.

2) 우수한 아크 직진성으로 모든 위치에서의 용접에 적합함.

3) 우수한 용접 형성 특성, 넓은 용접 폭, 손가락 모양 침투 특성 감소 및 작은 용접 돌출량.

4) 알루미늄 및 그 합금과 같은 반응성 금속을 저전류에서 완벽하게 용접할 수 있습니다. 이는 MIG/MAG 용접 스프레이 전이 방식의 사용 가능한 전류 범위를 확장시켜 줍니다. 펄스 용접에서는 스프레이 전이 임계 전류 근처부터 수십 암페어의 비교적 높은 전류에 이르기까지 넓은 전류 범위에서 안정적인 스프레이 액적 전이가 가능합니다.

위에서 살펴본 바와 같이 펄스 MIG/MAG 용접의 특성과 장점은 명확하지만, 무엇이든 완벽할 수는 없습니다.

기존의 일반적인 MIG/MAG 용접과 비교했을 때 다음과 같은 단점이 있습니다.

1) 용접 생산 효율이 다소 낮다고 일반적으로 인식되고 있습니다.

2) 용접 작업자에게 더 높은 기술 수준이 요구됩니다.

3) 현재로서는 용접 장비의 가격이 더 비쌉니다. 펄스 MIG/MAG 용접의 선택은 주로 용접 공정 요구사항에 의해 결정됩니다.

위의 비교를 바탕으로 펄스 MIG/MAG 용접은 다른 용접 방법들이 달성하거나 따라잡을 수 없는 많은 장점을 가지고 있지만, 장비 비용이 높고 생산 효율이 다소 낮으며 용접 기술자가 익히기 어렵다는 단점도 있다. 따라서 펄스 MIG/MAG 용접의 선택은 주로 용접 공정 요구사항에 의해 결정된다.

현재 국내의 용접 공정 기준에 따르면, 다음의 용접 적용 분야는 기본적으로 펄스 MIG/MAG 용접을 사용해야 한다.

1) 탄소강. 용접 품질과 외관이 높은 수준이 요구되는 분야로, 주로 압력용기 산업에서 사용되며 보일러, 화학 열교환기, 중앙 냉난방 시스템의 열교환기, 수력터빈의 터빈 케이싱 등이 포함된다.

2) 스테인리스강. 저전류(200A 이하, 아래에서는 '저전류'라 칭함)를 사용하면서도 용접 품질과 외관이 높은 수준이 요구되는 분야로, 철도 차량 및 화학 산업의 압력용기 등이 있다.

3) 알루미늄 및 그 합금. 고속 열차, 고전압 스위치, 공기분리장비 등과 같이 낮은 전류(200A 이하, 이하 '저전류'라 칭함)를 사용하면서도 높은 용접 품질과 외관을 요구하는 응용 분야. 특히 CSR 사방 차량, 탕산 차량 공장, 창춘 철도 차량 등 고속 열차 제조업체와 이들 업체에 아웃소싱 가공을 제공하는 소규모 제조업체들을 포함한다. 업계 정보에 따르면, 2015년까지 중국 내 모든 성도와 인구 50만 명 이상의 도시는 고속철도로 연결될 예정으로, 고속 열차에 대한 막대한 수요와 더불어 관련 용접 작업 및 용접 장비에 대한 수요 또한 매우 클 것으로 보인다.

4) 구리 및 그 합금. 현재의 이해에 따르면, 구리 및 그 합금은 기본적으로 펄스 MIG/MAG 용접법(가스 금속 아크 용접 범주 내)을 사용한다.