용접의 12가지 주요 유형: 각각의 용도는 무엇일까요?

용접은 열, 압력 또는 이 둘 모두를 사용하여 두 개 이상의 재료를 강력하고 영구적인 결합으로 접합하는 제조 공정입니다. 일반적으로 용접에 사용되는 재료는 금속과 열가소성 수지이지만, 목재와 같은 다른 재료도 용접할 수 있습니다.

이는 대부분의 산업에서 핵심적인 프로세스입니다. 이 프로세스가 어떻게 작동하는지, 그리고 이를 뒷받침하는 기본 지식을 살펴보겠습니다.

용접은 어떻게 이루어지나요?

용접은 고온에서 모재를 녹이는 공정입니다. 이는 용접봉만 녹이고 모재를 접합하지 않는 브레이징 및 납땜과의 핵심적인 차이점입니다.

용접은 두 개 이상의 공작물을 고온에서 접합하는 기술입니다. 고온으로 인해 용융된 금속 덩어리가 형성되고, 이 덩어리가 식으면서 굳어져 하나의 단단한 고체로 용접됩니다. 용접 부위는 모재보다 훨씬 강할 수 있습니다.

용접에는 여러 종류가 있지만, 모두 열이나 압력을 이용하여 금속을 녹여 용접 접합부를 형성합니다. 열이나 압력의 원천은 용도와 사용되는 재료에 따라 다를 수 있습니다. 용접의 원리가 간단하고 잘 알려져 있기 때문에 금속이 가장 흔하게 용접되는 재료로 여겨집니다. 플라스틱 용접도 상당히 많이 사용되며, 목재 용접은 이제 막 주목받기 시작했습니다.

용접 과정은 특정 공구, 보호 가스, 전극 및 용가재의 필요성 등 다양한 요소의 영향을 받습니다. 가장 일반적으로 사용되는 몇 가지 용접 방법을 자세히 살펴보고 각각의 고유한 특징을 알아보겠습니다.

다양한 용접 유형

용접의 기본 개념은 비교적 간단하지만, 사용되는 에너지원에 따라 여러 범주로 나눌 수 있습니다. 이러한 하위 범주를 더 자세히 살펴보면 각 방법의 작동 원리를 더욱 깊이 이해할 수 있습니다.

아크 용접

아크 용접은 전극과 공작물 사이에서 발생하는 아크 열을 이용하여 금속과 용접봉(또는 용접봉 미사용)을 국부적으로 녹여 재료를 접합하는 용접 공정입니다. 아크 용접 전극 용접에는 소모성 또는 비소모성 부품이 사용됩니다. 교류(AC)와 직류(DC) 모두 용접에 사용할 수 있습니다.

1. MIG/MAG 용접

가스 금속 아크 용접(GMAW), 또는 MIG/MAG 용접(금속 불활성 가스/금속 활성 가스)이라고도 하는 이 용접 방식은 용접 토치를 통해 연속적으로 공급되는 용접 와이어를 사용합니다. 아크가 와이어를 녹이면서 용접 풀에서 모재와 융합됩니다.

동시에 용접 부위에 보호 가스가 공급되어 대기 오염을 방지하는 보호막을 형성합니다.

이 용접 기술은 사용하기 쉽습니다. 그래서 산업 용접, 제조, 건설 및 자동차 산업에서 널리 사용됩니다. 저렴한 불활성 가스를 사용할 수 있기 때문에 가스 금속 아크 용접(GMAW)은 원자 수소 용접(AHW)을 대부분 대체했습니다.

2. TIG 용접

텅스텐 불활성 가스 용접(TIG)은 소모되지 않는 텅스텐 전극과 불활성 보호 가스를 사용합니다. MIG/MAG 용접과 달리 TIG 용접에서는 프로젝트 요구 사항에 따라 별도의 용가재를 사용할 수 있습니다. 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW)은 정밀하고 고품질의 용접을 제공하며, 뛰어난 침투력을 자랑합니다. 이러한 특징 덕분에 항공우주 및 자동차 산업 등 다양한 분야에 적합합니다. 또한 TIG 용접기는 다양한 조절 기능을 제공하여 매우 다재다능한 용접 공정입니다.

3. 스틱 메탈 아크 용접

SMAW(스티키 메탈 아크 용접), 또는 MMAW/MMA(수동 메탈 아크 용접)나 스틱 용접이라고도 하는 이 용접 방식은 소모성 플럭스 코팅 금속 전극을 사용하여 금속을 접합합니다.

용접봉이 모재에 닿으면 아크가 발생하여 용접 풀의 재료가 녹습니다. 플럭스는 보호 가스를 방출하여 용접 금속을 오염으로부터 보호합니다. 냉각 후에는 와이어 브러시와 같은 일반적인 도구를 사용하여 슬래그를 제거할 수 있습니다.

4. 플럭스 코어드 아크 용접

플럭스 코어드 아크 용접(FCAW)은 일반적으로 자동 또는 반자동으로 이루어지는 용접 공정으로, 기존의 수동 용접에 비해 용접 시간을 최대 40%까지 단축할 수 있습니다.

FCAW는 플럭스 코어드 전극을 사용하여 용접부를 보호합니다. 또한, 이중 차폐 FCAW는 플럭스 코어드 전극 위에 보호 가스를 사용하여 오염 물질로부터 추가적인 보호 기능을 제공합니다. 다른 용접 방식과 비교했을 때, FCAW는 추가적인 가스 차폐 장비(특히 이중 차폐 용접)가 필요하지 않으므로 장기적으로 장비 및 재료 비용을 크게 절감할 수 있습니다.

5. 가스 용접

산소연료 용접이라고도 하는 가스 용접은 산소와 아세틸렌 또는 프로판과 같은 연료 가스를 함께 사용하여 금속을 접합하는 가장 전통적인 방법 중 하나입니다. 이 공정은 접합 부위에 강한 열을 발생시켜 금속을 녹여 융합시킵니다. 철금속과 비철금속 모두에 일반적으로 사용되며, 특히 얇은 재료에 효과적입니다.

가스 용접의 주요 장점 중 하나는 전기가 필요 없다는 점으로, 전력 공급이 제한적인 지역에서 휴대성이 매우 뛰어난 솔루션입니다. 장비 작동이 비교적 간단하고 다른 용접 방식보다 비용이 저렴하여 소규모 프로젝트나 DIY 프로젝트에 널리 사용됩니다. 또한 가스 용접은 산소 연료 절단에도 사용할 수 있어 동일한 장비로 다양한 작업에 활용할 수 있습니다.

가스 용접은 오래된 방식임에도 불구하고 여전히 많은 분야에서 효과적인 용접 기술입니다. 가스 유량을 조절하여 화염 형태를 정밀하게 제어할 수 있기 때문에 얇은 금속판을 접합하거나 용접하는 등 섬세한 작업에 적합합니다. 다양한 금속 가공 요구에 적용 가능한 신뢰할 수 있고 접근성이 뛰어난 기술입니다.

6. 플라즈마 용접

플라즈마 아크 용접은 TIG 용접과 유사한 원리로 작동하지만, 독특한 토치 설계 덕분에 불활성 가스가 노즐에서 더 빠른 속도로 분출되어 좁은 경로를 따라 흐릅니다. 가스가 아크와 ​​접촉하면 플라즈마가 생성되고 용접 영역으로 들어가면서 이온화되어 매우 높은 온도를 발생시킵니다. 이로 인해 용접 온도가 약 28,000°C에 달할 수 있으며, 이는 거의 모든 금속을 녹일 수 있을 만큼 높은 온도입니다.

플라즈마 아크 토치는 매우 높은 작동 온도를 발생시킬 수 있기 때문에 정밀 용접뿐만 아니라 금속 절단에도 적합합니다. 용접 과정에서 플라즈마 아크는 고도로 집중된 열을 제공하여 더욱 정밀한 용접과 빠른 용접 속도를 가능하게 하므로, 높은 정밀도와 복잡한 구조를 요구하는 금속 가공에 특히 적합합니다.

7. 잠수 아크 용접

잠수 아크 용접(SAW)은 플럭스를 사용하여 용접 금속을 보호한다는 점에서 점착 금속 아크 용접(SMAW)과 유사한 원리로 작동합니다. 이 자동 또는 반자동 용접 공정은 별도의 플럭스 호퍼를 사용하여 입자 형태의 용가재를 용접부에 도포합니다.

이 용접 기술은 기존의 수동 용접 공정보다 뛰어난 일관되고 깨끗한 용접부를 만들어냅니다. 니켈, 강철, 스테인리스강과 같은 금속에 매우 적합하며 파이프, 압력 용기, 보일러 제작에 널리 사용됩니다.

저항 용접

저항 용접 또는 압력 용접은 두 금속 표면 사이에 압력과 전류를 가하여 접합부를 만드는 용접 방식입니다. 고압 하에서 두 금속 조각을 서로 맞대고 접촉점에 전류를 흘려보냅니다. 금속 내부의 저항으로 인해 열이 발생하고, 이 열로 금속 표면이 융합됩니다.

1. 점용접

저항 점 용접(RSW)은 두 개의 전극을 사용하여 겹쳐진 금속을 압착하는 동시에 금속의 저항을 통해 용접 전류를 흘려보내는 방식입니다. 용접 과정에서 열이 발생하여 금속 표면이 융합되어 단추 모양 또는 너깃 모양의 용접부를 형성합니다.

금속들은 짧은 시간(약 10~100밀리초) 내에 높은 에너지로 융합되어 거의 즉시 접합됩니다. 용접 부위 주변은 과도한 열로 인해 손상되지 않으므로 점 용접에서는 열영향부(HAZ)가 최소화됩니다.

점용접은 용접 로봇을 사용하여 자동화되는 경우가 많습니다. 이로 인해 조립 라인에서 가장 효율적인 용접 방법 중 하나로 여겨지며, 자동차, 전자 및 제조 산업에서 매력적인 선택지가 되었습니다.

2. 용접 이음매

심 용접은 점 용접의 한 종류입니다. 두 개의 전극 휠을 사용하여 공작물을 압착하는 동시에 전류를 흘려보냅니다. 용접기는 전력을 두 가지 방식으로 사용할 수 있습니다. 공작물에 개별 용접을 할 때는 전력을 간헐적으로 공급하고, 작업 요구 사항에 따라 연속적으로 공급할 수 있습니다.

저항 용접은 매우 견고한 접합부를 만들어내며, 용접 과정이 매우 빠르고 깨끗하여 자동 용접에 이상적입니다. 판금 산업에서는 저항 용접을 이용하여 통조림 캔, 라디에이터, 강철 드럼 등을 제조합니다.

레이저 용접

레이저 용접(LBW)은 이름에서 알 수 있듯이 레이저 빔을 집중된 열원으로 사용하여 금속을 녹이고 용접부를 형성하는 방식입니다. LBW는 높은 출력 밀도로 인해 열영향부가 작아집니다. 레이저 스폿 크기는 0.2mm에서 13mm까지 다양하여 두께가 다양한 재료를 용접할 수 있으며 기존 용접 방식보다 우수한 결과를 얻을 수 있습니다.

레이저 용접은 엄격한 공차 내에서 고품질 용접을 신속하게 구현할 수 있습니다. 이 공정은 자동화되는 경우가 많으며 자동차, 의료 및 보석 산업에서 널리 사용됩니다.

일부 사람들은 레이저 토치가 산소 연료 토치나 플라즈마 토치처럼 절단과 용접이 가능하다고 생각합니다. 하지만 이는 대개 사실이 아닙니다. 표준 레이저 절단 헤드는 용접에 사용할 수 없으며, 레이저 용접 헤드는 대부분의 산업 분야에서 요구되는 절단 속도와 품질 기준을 충족하지 못합니다.

전자빔 용접

전자빔 용접(EBW)은 고에너지 전자빔을 집중시켜 금속 표면을 녹이고 접합하는 고정밀 용접 기술입니다. 전자는 진공 상태에서 가속되어 용접 부위에 집중적으로 조사되며, 용접 부위에 강한 열을 발생시킵니다. 이 공정은 진공 환경에서 진행되므로 산화 및 오염을 방지할 수 있습니다.

전자빔 용접(EBW)의 주요 장점 중 하나는 열 변형을 최소화하면서 깊고 좁은 용접부를 생성할 수 있다는 점입니다. 이러한 특성 덕분에 항공우주 및 의료기기 제조와 같은 고정밀 응용 분야에 이상적입니다. 또한 이 공정은 이종 금속 용접을 가능하게 하며, 우수한 용접 품질과 최소한의 후가공으로 고강도 접합부를 생성합니다.

마찰 용접

마찰 용접은 이름에서 알 수 있듯이 마찰을 이용하여 금속을 접합하는 고체 상태 용접 공정입니다. 대부분의 용접 공정과 달리 용접건, 용접봉 또는 보호 가스를 사용하지 않습니다. 이 공정은 두 개의 깨끗한 금속 조각 사이의 고속 회전, 진동 또는 측면 접촉에서 발생하는 열만을 이용하여 접합부를 만듭니다. 공정 중에 생성되는 금속 잔류물은 냉각 후 제거됩니다.

마찰 용접에 사용되는 용접 장비는 유해한 용접 연기나 독성 물질을 배출하지 않기 때문에 다른 용접 방식보다 환경 친화적입니다. 또한 작동이 간편하여 드릴 비트, 커넥팅 로드, 샤프트 튜브 및 밸브 용접에 이상적입니다.

용접 안전

LVMA 판금 작업장에서 엔지니어들과 용접을 배우면서 용접 안전이 용접 과정에서 매우 중요한 요소라는 것을 깨달았습니다.

LVMA 판금 작업장의 엔지니어들은 용접 마스크, 방염 장갑, 보호복, 안전화를 착용하여 고온, 자외선, 불꽃, 유해 가스로부터 효과적으로 보호받고 있습니다. 특히 용접 마스크는 아크등의 눈부심을 막아주고 유해한 연기를 흡입하지 않도록 해주었습니다. 또한 LVMA 작업장 관리자들이 소음으로 인한 청력 손상을 줄이기 위해 귀마개를 제공하는 것도 확인할 수 있었습니다.

하지만 안전 장비는 용접 안전의 일부분일 뿐이며, 용접공의 안전 의식 또한 매우 중요합니다. 용접 공정의 복잡성 때문에 용접공은 높은 책임감과 위험에 대한 예리한 인식을 갖춰야 합니다. 작업 환경, 장비 상태, 비상 절차에 대한 명확한 이해가 필수적입니다. 용접공은 유해 가스 축적을 방지하기 위해 작업 공간에 항상 적절한 환기 시설을 확보하고, 오작동을 예방하기 위해 장비를 정기적으로 점검해야 합니다.

요약

용접 기술은 금속과 금속을 연결하여 개별 금속 부품으로는 불가능한 효과를 구현합니다. 기술의 지속적인 발전과 함께 용접 기술 또한 끊임없이 혁신하고 발전해 왔습니다. 미래에는 용접 공정이 더욱 지능화되고 효율적이 될 것이며, 자동화 및 로봇 용접이 주류가 되어 생산 효율을 향상시키고 인적 오류를 줄일 것입니다. 동시에 새로운 용접 재료와 공정의 등장으로 적용 분야가 확대되어 항공, 자동차, 에너지 등 다양한 산업 분야에 고품질의 친환경 용접 솔루션을 제공할 것입니다.