SMAW 용접 (Shielded Metal Arc Welding)

 

Shielded Metal Arc Welding (아크 용접)에 대하여 알아보겠습니다.

 

 

SMAW 용접은 Stick welding으로도 불리며 주로 수동(manual)로 사용됩니다.

 

 

Electrode coating(피복)

Electrode coating이 Dry시 전기의 부전도체이며 아크 발생 시 다음의 현상이 발생됩니다.

  1. Shielding (차폐)

  2. Deoxidation (산소제거)

  3. Alloying (합금)

  4. Ionizing (이온화)

  5. Insulating (보온)

 

Electrode Designation (용접봉 지정 번호)

SMAW 용접봉 designation에 대하여 알아보겠습니다.

 

• E : Electrode

 

• Strength : Deposited weld metal의 minimum tensile strength    

                PSI x 1000                 

                EX) E7018: 70 000 PSI

 

• Position  

   1 : any position  

   2 : Flat position for all welding types  / horizontal position for fillet welds (이유는 molten metal이 so fluid)  

   4 : downhill progress  

   3 : no longer used

 

• Coating/Operating Characteristics
  : Electrode에 존재하는 Coating 성분에 의해 결정되는 특성을 표현하는 designation 숫자

    5, 6, 8 : "low hydrogen" types입니다.     

      EX) E9015-B9 

 

    Storage oven temperature : 150 - 350℉ [66 - 262℃]

      → low moisture content를 유지시켜줌 (less than 0.2%) / 대부분의 코드에서는 250℉ [120℃]를 요구함

 

 

• Alpha-numeric suffix

  EX) B2 : 0.5% Mo - 1.25% Cr

         B3 : 1.0% Mo - 2.2.5% Cr

         G : 0.2% Molybdenum; 0.3% Chromium: 0.5%

 

 

SMAW의 Power source : 

 Constant current (정전류) → "drooping"(수하)

 

     "drooping"(수하) 

        ⓐ 아크 용접 특성 중의 하나이며 아크 전압이 변화해도 전류가 변동되지 않음으로 수동 용접에 적합

        ⓑ 부하 전류가 증가하면 단자 전압이 저하 하는 특성으로서 피복 아크 용접에 필요한 특성이다.

             아크를 안정시키기 위해 요청되며 아크 용접 전원의 현저한 특징임

 

 

Heat : Long arc length > short arc length

  - long arc length는 arc 집중의 손실이 일어나 weld pool에서의 열 손실이 일어난다.

    과다한 long arc length는 weld pool의 shielding gas의 안정성의 손실을 준다.

 

SMAW의 장점

  1. 상대적으로 단순하고 저렴 → Portable도 가능해짐 → remote location 가능

  2. 근래에 개선된 equipment와 electorde가 이용가능해짐에 따라 weld quality가 상당히 증가됨

 

SMAW의 단점

  1. 속도가 느림 → 주기적으로 용접봉 교체 ( 9 in to 18 in in length)

      (근래에는 다른 반자동, 자동으로 적용 processes가 적용되고 있음)

 

  2. Solified slag의 layer를 계속 제거해야 함

 

  3. low hydrogen type electorde 사용 시 oven에 저장하여 사용하여야 함 (low moisture levels 유지하기 위하여)

 

SMAW의 잠재적인 문제(결함)

  1. Porocity의 원인

    1. weld region의 moisture나 contamination 

       (electrode coating, material의 surface, 대기에 존재할 수 있음)

 

    2. long arc length (특히 low hydrogen electrodes 사용 시)

    3. "arc blow" 

       : steel과 같은 자성의 재료 용접 시 plate의 가장자리,

         즉 용접의 끝부분으로 arc가 접근 시 자기장이  distortion될 수 있음

       : arc blow는 기공의 원인이 될 뿐만 아니라 spatter, undercut, improper weld contour, 감소된 용입의 원인이 됨

 

 

2. Arc blow 방지

    ⓐ DC에서 AC로 변경

    ⓑ 가능한 Short arc를 사용

    ⓒ 용접 전류를 감소시킬 것

    ⓓ arc blow의 반대 방향으로 용접봉을 굽힐 것

    ⓔ joint의 길이를 따라 중간 tack weld를 가지는 joint 끝 한쪽에서 heavy tack welds를 사용할 것

    ⓕ heavy tack 쪽이나 완성된 용접부 쪽으로 용접할 것

    ⓖ back blow를 감소시키기 위해 work connection에서 떨어져서 용접

    ⓗ work cable을 용접되는 joint의 양쪽 끝에 부착할 것

    ⓘ workpiece 주위에 work cable을 돌돌감고 work current를 그 방향으로 통과시킬 것 

      (이 magenetic field set up은 arc blow에 영향을 주는 자기장을 중성화 시키는 경향이 있음)

    ⓙ runoff plates를 joint의 끝에 붙여서 확장시킬 것

 

  3. Slag inclustion의 원인

    1. flux를 사용하는 용접법의 문제로서 용접사는 molten slag를 metal의 표면으로 자유롭게 흐르게 해야함

 

    2. mutipass weld시 추가적인 pass를 올리기 전 slag 제거할 것

       - SMAW는 주로 수동으로 수행되기 때문에 대부분의 결함은 부적절한 electrode의 조작