카본 아크 가우징: 모든 것이 포함된 가이드

I. 카본 아크 가우징의 원리와 응용

1. 카본 아크 가우징의 기본 원리

카본 아크 가우징은 탄소 전극과 금속 공작물 사이의 전기 아크에서 발생하는 강렬한 열을 활용하여 모재를 국부적으로 녹이는 다목적 금속 제거 공정입니다. 이 공정은 열 에너지와 기계 에너지를 결합하여 공작물에 제어된 홈 또는 그루브를 만듭니다. 그림 8-1에서 볼 수 있듯이 고전류 DC 전원은 탄소 전극(일반적으로 흑연 또는 탄소-흑연 복합재)과 공작물 사이에 아크를 형성합니다. 아크 온도는 최대 5,000°C(9,032°F)까지 도달하여 국부적인 영역에서 금속을 빠르게 녹일 수 있습니다.

동시에 일반적으로 80~100psi(5.5~6.9bar)의 압축 공기 흐름이 탄소 전극을 따라 용융 금속 풀로 향합니다. 이 고속 에어 제트는 다양한 용도로 사용됩니다:

1. 용융된 금속을 가우징 영역에서 강제로 배출하여 깨끗한 캐비티를 만듭니다.
2. 주변 금속을 냉각시켜 의도한 영역 이상으로 과도하게 녹는 것을 방지합니다.
3. 용융 금속을 산화시켜 쉽게 제거할 수 있도록 도와줍니다.

아크 가열과 압축 공기 흐름의 조합으로 가우징의 깊이, 폭, 프로파일을 정밀하게 제어할 수 있습니다. 따라서 카본 아크 가우징은 금속 제조, 용접 준비 및 수리 작업의 다양한 응용 분야에 특히 효과적입니다.

1 - 카본 로드  
2 - 카본 아크 가우징 클램프  
3 - 압축 공기  
4 - 전기 아크  
5 - 공작물

2. 카본 아크 가우징의 특징

1) 카본 아크 가우징은 최소한의 작업 공간만 필요로 하는 뛰어난 다목적성을 제공합니다. 이러한 특성 덕분에 용접공은 좁은 공간과 천장 및 수직 방향을 포함한 까다로운 위치에서 효율적으로 작업할 수 있습니다. 적응성이 뛰어나 복잡한 산업 환경의 현장 수리 및 유지 보수에 특히 유용합니다.

2) 이 프로세스는 결함 형태와 깊이에 대한 탁월한 가시성을 제공합니다. 이 향상된 시각화를 통해 용접 작업자는 결함을 정확하게 평가하고 해결할 수 있어 수리 작업의 품질과 성공률을 크게 향상시킬 수 있습니다. 또한 선명한 시야를 통해 가우징 공정을 정밀하게 제어할 수 있어 주변 영역을 과도하게 손상시키지 않고 최적의 재료 제거를 보장합니다.

3) 카본 아크 가우징은 상대적으로 소음이 적고, 재료 제거율이 높으며, 작업자의 피로를 줄여주는 것이 특징입니다. 장비 설정은 일반적으로 DC 전원, 가우징 토치, 카본 전극으로 구성되는 간단합니다. 이러한 단순성 덕분에 다양한 금속 가공 분야에서 폭넓게 채택되고 있습니다.

4) 이 기술은 고강도 강철, 스테인리스강, 비철 합금과 같이 기존의 옥시아세틸렌 절단에 저항하는 재료에서 금속을 제거하는 데 탁월합니다. 이러한 응용 분야에서의 효과는 산화 반응에 의존하지 않고 금속을 빠르게 녹이는 전기 아크에 의해 생성되는 강렬한 국부적 열에서 비롯됩니다.

5) 이러한 장점에도 불구하고 카본 아크 가우징에는 단점도 있습니다. 이 공정에서는 상당한 양의 연기와 금속 분진이 발생하므로 작업자의 안전과 환경 준수를 보장하기 위해 강력한 환기 시스템과 개인 보호 장비(PPE)가 필요합니다. 아크에서 방출되는 강렬한 자외선과 적외선은 눈과 피부를 적절히 보호해야 합니다. 또한 이 기술에는 고전류 DC 전원이 필요하므로 상당한 자본 투자가 필요할 수 있습니다. 특히 일관된 홈 프로파일을 얻고 가우징 공정 중 새로운 결함이 발생할 위험을 최소화하기 위해서는 숙련된 기술과 훈련이 필요합니다.

3. 카본 아크 가우징의 응용 분야

1) 카본 아크 가우징은 저탄소강, 저합금강 및 스테인리스강 소재의 양면 용접 준비에 광범위하게 활용됩니다. 주요 기능은 뿌리 제거이며, 이는 완전 관통 용접을 달성하고 구조적 무결성을 보장하는 데 매우 중요합니다.

2) 용접 결함이 허용 기준을 초과하는 중요한 금속 구조물, 대기 용기 및 압력 용기에서 카본 아크 가우징은 필수적인 개선 기술로 사용됩니다. 표준 이하의 용접 재료를 효율적으로 제거하여 후속 수리 용접이 엄격한 품질 요구 사항을 충족할 수 있도록 합니다.

3) 수동 카본 아크 가우징은 작은 부품, 단일 부품 또는 불규칙한 형상의 용접을 위한 베벨을 준비하는 데 탁월합니다. 특히 복잡한 윤곽에 대한 정밀한 제어와 적응성이 가장 중요한 U자형 베벨을 만들 때 그 다재다능함이 두드러집니다. 이 애플리케이션은 특수 용접 준비에서 이 공정의 고유한 장점을 강조합니다.

4) 이 공정은 주조 플래시, 버, 게이팅 시스템 및 라이저 제거를 포함한 주조 후 작업에 매우 효과적입니다. 또한 주조품의 표면 결함을 해결하여 주조 부품의 표면 품질과 치수 정확도를 향상시키는 데에도 매우 유용합니다.

5) 카본 아크 가우징은 고합금강, 구리, 알루미늄 및 그 합금을 절단할 때 놀라운 다용도성을 보여줍니다. 이 기능은 열적 특성이나 산화 경향으로 인해 기존의 열 절단 방법으로는 절단하기 어려운 재료를 다룰 때 특히 유용합니다.

II. 카본 아크 가우징용 장비, 도구 및 재료

1. 카본 아크 가우징용 장비

카본 아크 가우징의 주요 장비에는 전원과 압축 공기 공급원이 포함됩니다.

2. 카본 아크 가우징용 도구

1. 카본 아크 가우징 플라이어의 요구 사항

카본 아크 가우징 플라이어는 다음 세 가지 기본 요구 사항을 충족해야 합니다.

(1) 카본 막대는 단단히 고정되어 있어야 하며 교체가 쉬워야 합니다.

(2) 플라이어는 전기 전도성이 좋아야 하고 압축 공기를 정확하게 전달해야 합니다.

(3) 디자인은 작고 조작하기 쉬워야 합니다.

2. 카본 아크 가우징 토치의 종류와 장단점

단점: 왼쪽 또는 오른쪽 중 한 방향으로만 평면화할 수 있습니다.

원주형 공기 공급 에어 플래닝 클램프의 장점: 노즐이 공작물과 절연되어 있고 카본 로드 주변에서 압축 공기가 분사되어 균일한 냉각이 가능하며 모든 방향의 작업에 적합합니다.

단점: 구조가 복잡하고 카본로드를 고정하는 나사가 공작물과 쉽게 단락될 수 있습니다.

새로운 측면 공기 공급 카본 아크 에어 플래닝 클램프는 그림 8-3에 나와 있습니다.

1 - 카본 로드
2 - 에어홀
3 - 각도 조절 플라이어 입(전도성 노즐)
4 - 에어 스위치
5 - 클램프 핸들
6 - 케이블 고정 나사
7 - 케이블 인터페이스
8 - 압축 공기 커넥터

3. 전기-공기 호스 결합

새로운 결합형 전기-공기 호스는 그림 8-4에 나와 있습니다.

1 - 스프링 튜브
2 - 외부 추가 스틸 와이어
3 – 클램핑 고무 튜브
4 - 다중 가닥 도체

3. 카본 아크 가우징용 재료

탄소 전극은 카본 아크 가우징 작업의 주요 소모품으로, 전류의 전도체이자 아크의 개시제 역할을 합니다. 전극의 구성과 특성은 가우징 공정 효율과 품질에 큰 영향을 미칩니다.

가장 널리 사용되는 유형은 구리로 코팅된 고체 탄소 전극입니다. 이 구리 코팅은 전류 전달 능력을 향상시키고 산화를 줄이며 아크 안정성을 개선합니다. 코어는 일반적으로 고순도 흑연 탄소로 구성되어 일관된 성능을 보장하고 오염을 최소화합니다.

탄소 전극은 두 가지 기본 형상으로 제공됩니다:

1. 원형 전극: 용접 이음새의 뒷면 용접 뿌리 청소, 용접 수리 중 결함 제거, 좁고 깊은 홈 만들기 등 정밀 작업에 주로 사용됩니다. 원형 단면 덕분에 좁은 공간에서 더 나은 기동성을 발휘할 수 있습니다.
2. 플랫 전극: 더 넓은 가우징 작업을 위해 설계된 이 전극은 주철, 합금강 및 비철금속을 포함한 다양한 재료의 베벨링, 후판의 백 가우징 및 절단 작업에 이상적입니다. 평평한 프로파일은 더 넓고 얕은 홈을 생성하여 대규모 재료 제거에 적합합니다.

전극 형상 선택은 특정 애플리케이션, 재료 두께 및 원하는 가우징 프로파일에 따라 달라집니다.

카본 아크 가우징 전극의 중요한 요구 사항은 다음과 같습니다:

1. 뛰어난 전기 전도성: 효율적인 전류 전달과 아크 안정성을 보장합니다.
2. 고온 저항성: 과도한 침식이나 변형 없이 가우징 공정에서 발생하는 극한의 열을 견딜 수 있습니다.
3. 적절한 기계적 강도: 가우징 작업의 높은 스트레스에서도 무결성을 유지하고 파손을 방지합니다.
4. 일관된 구성: 예측 가능한 성능을 보장하고 공작물에 불순물이 유입되는 것을 최소화합니다.
5. 적절한 코팅 밀착: 구리 코팅 전극의 경우 코팅이 잘 밀착되어야 벗겨짐을 방지하고 가우징 공정 내내 보호 기능을 유지할 수 있습니다.

III. 카본 아크 가우징 프로세스

1. 카본 아크 가우징의 공정 파라미터

카본 아크 가우징의 공정 파라미터에는 전원 극성, 카본 로드 직경 및 전류, 카본 로드 직경 및 플레이트 두께, 카본 로드 돌출 길이, 카본 로드 기울기 각도, 압축 공기 압력, 아크 길이 및 가우징 속도가 포함됩니다.

1. 전원 극성

저탄소강, 저합금강 및 스테인리스강의 카본 아크 가우징에는 직류 역극성이 사용됩니다.

2. 카본 로드 직경 및 전류

3. 카본 로드 직경 및 플레이트 두께

탄소 막대의 직경과 판의 두께 사이의 관계는 표 8-3에 나와 있습니다.

카본 로드 직경과 플레이트 두께의 관계(단위: mm)

이상적으로는 카본 막대의 직경이 홈의 필요한 너비보다 2~4mm 작아야 합니다.

4. 카본 로드 연장 길이

카본 로드 익스텐션의 길이는 그림 8-6에 표시된 것처럼 전도성 노즐에서 카본 로드 끝점까지의 거리를 나타냅니다. 일반적인 연장 길이의 범위는 80~100mm입니다.

5. 카본 로드 경사각

카본 아크 에어 가우징의 방향을 따라 카본 로드와 공작물 사이의 각도를 카본 로드 경사각이라고 합니다. 일반적으로 수동 카본 아크 에어 가우징은 약 25°~45°의 경사각을 사용합니다. 카본 로드 경사각은 그림 8-7에 나와 있습니다.

6. 압축 공기 압력

압축 공기에 필요한 압력은 일반적으로 0.4~0.6MPa입니다.

7. 아크 길이

작동 중에는 일반적으로 약 1~2mm 길이의 짧은 아크를 사용하는 것이 좋습니다.

8. 계획 속도

일반적으로 약 0.5~1.2m/min의 평면화 속도가 적절한 것으로 간주됩니다.

2. 카본 아크 가우징 작업

1. 기본 작업

(1) 가우징 전 준비 사항

(2) 아크 치기

(3) 가우징

2. 베벨링

먼저 판의 두께에 따라 U자형 홈의 폭을 선택한 다음 카본로드의 직경과 가우징 전류를 결정해야 합니다.

카본 막대의 중심선은 베벨의 중심선과 일치해야 합니다. 이 두 중심선이 일치하지 않으면 가우징된 베벨의 모양이 비대칭이 됩니다.

3. 용접 루트 제거

용접사는 다양한 재료와 두께에 따라 적합한 공정 파라미터를 선택해야 합니다. 내부 용접 솔기 는 일반적으로 내부 용접 루트를 제거하기 위해 카본 아크 가우징을 사용할 필요가 없도록 먼저 용접해야 합니다.

외부 용접 루트를 제거할 때 녹은 금속은 항상 아래쪽으로 날아갑니다. 두꺼운 판재에서 용접 루트를 제거할 때는 요구 사항을 충족하기 위해 여러 번의 가우징 패스가 필요할 수 있습니다.

4. 용접 결함 가우징

용접 결함을 가우징할 때는 가우징 전류를 약간 낮게 사용해야 합니다. 가우징 공정 중에 결함이 보이면 모든 결함이 완전히 제거될 때까지 다시 가볍게 가우징해야 합니다.

3. 카본 아크 가우징의 일반적인 결함

1. 탄소 포함

2. 슬래그 포함

3. 구리 반점

4. 불규칙한 가우지 크기 및 모양

IV. 일반적인 재료의 카본 아크 가우징

1. 저탄소 강철의 카본 아크 가우징

저탄소강의 카본 아크 가우징은 소재의 용접성을 손상시키지 않는 다목적의 효율적인 공정입니다. 가우징 중 제어된 열 입력과 빠른 냉각은 일반적으로 강철의 미세 구조 변화를 최소화하여 기계적 특성과 후속 용접 무결성을 보존합니다.

2. 저합금 구조용 강철의 탄소 아크 가우징

항복 강도가 450~600MPa인 고강도 저합금(HSLA) 강과 두께 또는 구조적 강성이 상당한 부품의 경우, 카본 아크 가우징 전에 예열이 필수적입니다. 예열 온도는 용접 시 사용되는 예열 온도와 일치하거나 약간 초과해야 합니다. 이 방법은 수소로 인한 균열의 위험을 완화하고 열 응력을 줄여 가우징 후 소재의 구조적 무결성을 보장합니다.

3. 스테인리스 스틸의 카본 아크 가우징

스테인리스 스틸의 카본 아크 가우징은 소재의 고유한 특성으로 인해 특별한 고려가 필요합니다:

a) 스패터 제어: 카본 아크 가우징 스패터가 매체 접촉 표면을 오염시키지 않도록 엄격한 조치를 시행합니다. 여기에는 보호막을 사용하거나 인접한 영역을 마스킹하는 것이 포함될 수 있습니다.

b) 그루브 배치: 스테인리스 스틸의 부식 방지 특성을 유지하기 위해 카본 아크 가우징 홈과 중간 접촉면 사이에 안전한 거리를 유지합니다.

c) 입계 부식 방지: 부식성이 강한 매체에 노출된 초저탄소 스테인리스강의 경우, 뿌리 제거를 위해 카본 아크 가우징을 사용하지 마십시오. 대신 정밀 앵귤러 연삭 기술을 사용하여 재료의 입계 내식성을 유지하세요. 이 접근 방식은 입자 경계에서 카바이드 침전을 최소화하여 민감화 및 내식성 저하로 이어질 수 있습니다.

d) 열 입력 관리: 가우징 중 열 입력을 모니터링하고 제어하여 과도한 곡물 성장이나 열 영향 구역(HAZ)에 유해한 상이 형성되는 것을 방지합니다.

e) 가우징 후 처리: 보호 산화물 층을 복원하고 내식성을 최적화하기 위해 가우징 후 열처리 또는 표면 부동태화를 고려합니다.

V. 카본 아크 가우징의 안전 운영 기술

1. 카본 아크 가우징의 위험성

2. 카본 아크 가우징의 안전한 작동 기술

1) 작업자는 탄소 아크 가우징의 특정 특성과 위험에 맞는 적절한 개인 보호 장비(PPE)를 착용해야 합니다. 여기에는 방염복, 절연 장갑, 측면 보호막이 있는 보안경, 적절한 차광 렌즈(일반적으로 차광 10-14)가 있는 용접 헬멧이 포함됩니다.

2) 작동하기 전에 특히 연결 지점에서 용접기의 접지 및 절연 상태를 철저히 검사하세요. 압축 공기 시스템이 안전한 접합부와 적절한 압력 설정(대부분의 애플리케이션에서 일반적으로 80-100psi)이 되어 있는지 확인합니다.

3) 작업물에 대한 종합적인 안전 평가를 실시하세요. 적절한 세척 및 가스 제거 절차 없이 밀폐된 파이프, 가압 용기 또는 가연성 물질이 들어 있는 용기에 절대로 가우징 작업을 하지 마세요. 미확인 물체는 가우징하기 전에 철저한 검사 및 위험 평가가 필요합니다. 화재 위험을 완화하기 위해 모든 인화성 및 가연성 물질에 대해 반경 10미터의 엄격한 제외 구역을 설정하세요.

4) 작업 중에는 공기 흐름이 사람이나 기타 민감한 부위에서 멀리 떨어지도록 하세요. 실외에서 작업할 때는 연기와 입자에 대한 노출을 최소화하기 위해 가우징 공정의 위쪽 바람을 향해 작업하세요. 습한 환경(비 또는 눈)에서는 전기적 위험과 잠재적인 아크 불안정성을 방지하기 위해 작업을 중단하세요.

5) 강력한 환기 전략을 실행하여 카본 아크 가우징에 내재된 상당한 분진 및 흄 발생을 관리합니다. 실외 작업의 경우 자연 기류를 효과적으로 활용하세요. 밀폐된 공간이나 컨테이너에서는 작업자당 최소 2000cfm 용량의 기계식 환기 시스템을 사용합니다. 질식 또는 독성 노출 위험을 방지하기 위해 적절한 가스 감지 장비를 갖춘 전담 안전 관찰자를 지정하여 공기질과 작업자의 건강 상태를 모니터링합니다.

6) 작업이 완료되면 엄격한 종료 절차를 따르세요: 전원을 차단하고, 공기 공급 밸브를 닫고, 뜨거운 금속 파편을 중심으로 작업 공간을 철저히 청소하고, 작업 후 최소 30분 동안 최종 화재 감시를 실시하여 잠재 발화원이 남아 있지 않은지 확인합니다.

7) 적절한 전기 안전 수칙, 화재 예방 조치, 장시간 가우징 세션 중 작업자의 피로를 최소화하기 위한 인체공학적 고려 사항 등 스틱(SMAW) 용접과 관련된 모든 표준 안전 프로토콜을 준수하세요.