용접 아크(ARC)의 기본 지식 / 직류 정극성(DCEN)과 직류 역극성(DCEP)의 차이

 

용접 아크(ARC)의 기본 지식 / 직류 정극성(DCEN)과 직류 역극성(DCEP)의 차이에 대하여 알아보겠습니다.

 

 

용접 아크(ARC) 기본지식

  1) 아크(ARC) 현상

▪ 양극(+) 과 음극(-)을 접촉하면 전류가 흘러 아크가 발생하며 아크열에 의한 용접봉과 모재가 용융됨
▪ 양이온은 음극(-), 음전자는 양극(+)으로 이동.
▪ 음전자를 받은 양극(+)측이 음극(-)보다 발열량이 높음(양극측의 발열량 약70%)
▪ 아크길이는 전압에 비례.

 

2) 전류 극성 (Polarirty)

극성	직류 정극성 (DCSP/DCEN)	직류 역극성 (DCRP/DCEP)	교류 (AC)
CURRENT - TYPE	DC	DC	AC
ELECTRODE POLARITY	Negative	Positive	-
전자와 이온 흐름
열영향 (HEAT BALANCE IN ARC)	모재 쪽 70% 용접봉 쪽 30%	모재 쪽 30% 용접봉 쪽 70%	모재 쪽 50% 용접봉 쪽 50%
청정 작용 (OXIDE CLEANING ACTION)	약함	강함	중간
용입 현상(Penetration)	깊고 좁다	넓고 얇다	중간
아크 FORCE	안정적, 세다	안정적, 약하다	불안정, 중간
쏠림 현상	있다	있다	거의 없다
적용 Process	SMAW, GTAW	SMAW, GMAW, FCAW, SAW	SMAW
ELETORDE CAPACITY	매우 좋음 (e.g 1/8 in - 400 A)	나쁨 (e.g 1/4 in - 120 A)	좋음 (e.g 1/8 in - 225 A)
용도	대부분의 용접	박판	Al, Mg

 

DCEN, DCEP, AC의 모재의 입열량 차이

 

DCEN과 DCEP의 용접(PENETRATION) 차이

아크 용접은 맞대어 있는 모재의 표면과 용가재를 녹이기 위해 필요한 열을 공급하기 위해 전기적인 아크를 사용하는 용융 용접법 중의 하나의 종류입니다. 모든 아크 용접법에서 전도성의 모재는 전원(power source)의 단자(terminal)와 연결되고 용접봉은 다른 단자(terminal)과 연결됩니다. 

 

용접봉과 모재 사이에서의 1 - 3mm의 작은 간격이 항상 유지됩니다. 충분한 전위 차(potential difference)가 이 둘 사이에서 적용되었을때 전자들은 외부 회로(external circuit)에서 음극 단자(negative terminal)로부터의 양극 단자(positive terminal)로 흘러 갑니다. 이 전자는 양극 쪽의 물질과 충돌하여 대부분의 에너지가 열과 빛으로 나타나게 됩니다.

 

 

전자 사태(avalanche)의 흐름은 궁극적으로 전기적인 아크를 구성합니다. 그리고 그것은 열의 주요 원천입니다. 아크 용접법에서의 극성(polarity)은 모재와 전극봉 사이에서의 전자 흐름을 결정합니다. 전자는 외부회로에서 항상 음극에서 양극으로 흘러 갑니다. 아크 용접에서 만약 용접하는 전극봉이 음극 단자와 연결된다면 그 때 전자는 전극봉에서 모재로 흘러갑니다. 반대로 하면 반대의 현상이 발생합니다. 아크 용접의 전원은 AC나 DC power로 제공합니다.  만들어지는 연결에 따라 DC power는 2가지의 극성(polarity)을 제공합니다. 아래 그림과 같이 정극성(straight polarity)와 역극성(reverse polarity) 입니다.

 

 

직류 정극성	직류 역극성
DCSP (Direct Current Straight Polarity)          DCEN (Direct Current Electrode Negative)	DCRP (Direct Current Reverse Polarity) DCEP (Direct Current Electrode positive)
직류 정극성에서 용접봉은 전원의 음극 단자와 열결되고 모재는 양극 단자와 연결됩니다.	직류 역극성에서 모재는 전원의 음극 단자와 연결되고 용접봉은 양극 단자와 연결됩니다.
충분한 전위 차 아래에서 전자는 용접봉(-)의 끝 부분에서 나와 모재(+)의 표면을 때리게 됩니다.	전자는 모재(+)에서 나와 용접봉(-)의 끝 부분을 때리게 됩니다.
전체 아크 열의 거의 2/3은 모재 근처에서 만들어지고 나머지는 용접봉 끝 부분에서 만들어집니다.	전체 아크 열의 2/3은 용접봉 끝 부분에서 만들어지고 나머지는 모재 근처에서 만들어집니다.
직류 정극성은 모재 근방에서의 더 많은 열이 발생하여 모재의 적절한 용합이 더 쉽게 발생됩니다.  그래서 융합 불량(lack of fusion)과 용입 불량(lack of penetration) 결함 발생을 제거합니다.	모재 근처에서 열 발생이 적기 때문에 모재에서의 불완전한 융합이 발생할 수 있습니다. 이러한 부분은 융합 불량과 용입 불량 결함을 만들 수 있습니다.
용접봉이 전극봉이 되는 경우에 용가재의 용착 속도는 매우 느립니다.	용접봉이 전극봉이 되는 경우에 용가재의 용착 속도는 아크 열이 이 전극봉 끝에서 집중되기 때문에 빠릅니다.
아크에 의한 산화물 청정 효과는 약합니다.	아크에 의한 산화물 청정 효과는 좋습니다. 전자가 모재의 표면에서 해방되기 때문입니다.
개재물 결함(Inclusion defect)는 용접 전에 모재의 표면에 적절하게 깨끗히 되지 않았을 시 발생할 수 있습니다.	좋은 아크 청정 효과로 인한 개재물 결함의 가능성이 낮아집니다.
DCSP는 모재에 심한 비틀림과 용접부에서의 열영향부의 폭이 더 넓어지는 효과를 줄 수 있습니다.	DCRP와의 비틀림 현상은 적고 열영향부(HAZ) 또한 매우 얇습니다.
DCSP는 모재에 열이 집중되어 용접이 안닌 절단 현상을 이끌 수 있어 박판 용접에 적합하지 않습니다.	DCRP는 박판 용접에 적합합니다.
Stainless steel, titanium과 같은 높은 융융 온도를 가지는 금속은 DCSP로 용접하게에 매우 유리할 수 있습니다.	구리와 알루미늄과 같은 낮은 용융 온도를 가지는 금속은 DCRP로 용접하기에 매우 적합합니다.

 

이상으로 용접 아크(ARC)의 기본 지식 / 직류 정극성(DCEN)과 직류 역극성(DCEP)의 차이에 대하여 알아봤습니다.