초보자를 위한 열선 TIG 용접 가이드: 특성 및 분류

핫 와이어 TIG 용접은 1956년 전통적인 TIG(텅스텐 불활성 가스) 용접에서 발전한 고품질의 에너지 효율적인 고급 용접 공정입니다. 이 혁신적인 기술은 우수한 용접 품질을 유지하면서 용접 생산성을 크게 향상시킵니다.

열선 TIG 용접의 기본 원리는 필러 와이어를 용접 풀에 넣기 전에 특정 온도로 예열하는 것입니다. 이 예열은 일반적으로 와이어에 전류를 통과시켜 와이어의 전기 저항을 이용해 열을 발생시킴으로써 이루어집니다. 용융 풀에 들어가기 전에 와이어의 온도를 높이면 용융 및 증착 속도가 빨라져 궁극적으로 용접 속도가 빨라지고 효율성이 향상됩니다.

예열 온도는 용접되는 재료와 원하는 결과에 따라 300°C~800°C(572°F~1472°F) 범위에서 세심하게 제어됩니다. 이러한 정밀한 온도 제어를 통해 열 입력을 최적화하고 공작물의 열 스트레스를 줄이며 용접 풀 역학에 대한 제어를 강화할 수 있습니다.

이 공정은 기존 TIG 용접의 특징인 고품질 용접과 핫 와이어 기술의 향상된 증착 속도를 결합하여 몇 가지 주요 이점을 제공합니다:

1. 생산성 향상: 용접 속도는 기존 TIG 용접보다 최대 3~4배 빠를 수 있습니다.
2. 에너지 효율 향상: 아크에서 필요한 열 입력이 줄어들어 전체 에너지 소비가 감소합니다.
3. 용접 품질 향상: 예열된 와이어를 사용하면 용접 풀을 더 잘 제어할 수 있어 용접 비드가 더 매끄러워지고 결함의 위험이 줄어듭니다.
4. 확장된 재료 기능: 열선 TIG는 열에 민감한 재료와 두꺼운 부분을 용접하는 데 특히 효과적입니다.

열선 TIG 용접의 특성 및 분류

핫 와이어 TIG 용접은 여러 시너지 메커니즘을 통해 용접 심 품질을 향상시킵니다. 여기에는 잔열에 의한 용접 와이어의 표면 정화, 잔열 전류에 의한 용융 풀 교반, 예열 전류에 의해 생성된 자기장을 통한 아크 모양 변조가 포함됩니다. 이 프로세스를 통해 와이어 예열 에너지와 용접 아크 에너지를 독립적으로 제어하여 증착 속도를 열 입력과 분리할 수 있습니다.

이 기술의 주요 장점은 열 입력량을 비례적으로 늘리지 않고도 와이어 용융 속도를 높일 수 있다는 점입니다. 따라서 동일한 전류 수준을 유지하면서 증착 속도와 용접 속도를 기존 TIG 용접에 비해 두 배 이상 높일 수 있어 용접 효율이 크게 향상됩니다.

핫 와이어 TIG 용접은 기존 TIG의 고품질 용접 특성과 향상된 생산성을 결합하여 중간 두께에서 두꺼운 용접 구조물에 특히 적합합니다. 증착 속도는 MIG 용접과 비슷하지만, 핫 와이어 TIG는 독립적인 와이어 공급 속도로 인해 용접 형성에 대한 탁월한 제어 기능을 제공합니다. 용접 전류로부터 독립적이기 때문에 개방형 그루브 구성에서 측벽 융합이 더 잘 이루어지며, 이 측면에서 MIG보다 성능이 뛰어납니다.

열선 TIG 용접의 진화는 주로 와이어 가열 방식에 따라 차별화된 다양한 전문 기술의 개발로 이어졌습니다. 이러한 혁신은 증착 효율을 더욱 향상시키고 다양한 용접 시나리오에서 공정의 적용 가능성을 확대하는 것을 목표로 합니다. 그림 1은 이러한 핫 와이어 TIG 용접 변형의 주요 분류를 보여줍니다.

그림 1: 핫 와이어 TIG의 주요 분류 용접 방법.

알루미늄 합금의 고주파 유도 열선 TIG 용접

국내외의 기존 핫 와이어 TIG 용접 방식은 용접 와이어 자체에서 발생하는 저항에 의해 용접 와이어에 일정한 전류를 흘려 가열하는 방식입니다. 하지만 이 방식에는 몇 가지 단점이 있습니다:

첫째, 용접 와이어의 온도를 제어하기 어렵기 때문에 용접 효율에 영향을 미치고 용접 품질.

둘째, 용접 주 회로에 인접한 공작물과 용접 와이어 사이에 열선 전류 회로가 있습니다. 용접 아크는이 회로의 자기 로렌츠 힘의 영향을 받아 자기 블로우를 유발하여 용접 모양과 아크의 정확한 위치에 악영향을 미칩니다. 심한 경우 용접을 방해할 수도 있습니다.

셋째, 저저항 용접 알루미늄 및 알루미늄 합금과 같은 전선의 경우 저항 가열 효율이 낮아 적절한 온도에 도달하기 어렵습니다.

따라서 기존의 열선 TIG 용접은 Al 및 Cu와 같은 합금 용접에는 적합하지 않습니다.

기존의 열선 TIG 용접과 비교하여 고주파 유도 가열 열선 TIG 용접은 다음과 같은 특징이 있습니다:

• 높은 와이어 가열 효율과 빠른 가열 속도.
• 다양한 난방에 적합 금속 소재 용접 와이어, 특히 저저항 용접 와이어를 사용합니다.
• 바이패스 전류 자기장의 간섭이 없으므로 자기 블로우 현상이 발생하지 않습니다.
• 고주파 출력 전류를 제어하여 용접 와이어의 온도를 정밀하게 제어할 수 있습니다. 출력 진동 주파수를 변경하고 고주파 유도 스킨 효과를 활용하여 유도 가열의 깊이를 제어할 수 있습니다.

아크 핫 와이어 TIG 용접에 대한 연구:

1. 아크 핫 와이어 분석 예열 온도

그림 2와 같이 TIG 아크를 열원으로 사용하여 용융 풀에 들어가려는 용접 와이어를 직접 가열합니다.

용접 와이어의 온도에 영향을 미치는 주요 요인은 핫 와이어 아크 전류 I, 와이어 공급 속도 V, 용접 와이어의 표면 열 방출 Qf, 용접 와이어에서 용접 아크의 복사 열 전달 Qt입니다.

그 중 처음 두 가지가 주요 영향 요인입니다. Qt의 영향은 열선 용접이 없는 경우에도 여전히 존재하므로 비교 시 생략할 수 있으며, Qf는 아크 η의 효과적인 가열 효과에 기인할 수 있습니다.

2. 핫 와이어 아크 전류 및 와이어 공급 속도의 영향

그림 3은 에너지 저장 장치를 사용한 측정 원리를 보여줍니다. 스폿 용접 를 사용하여 열전대를 용접 와이어에 용접하고 작업대에 고정합니다. 모터의 구동으로 용접 건이 일정 속도로 움직이며 와이어 공급을 시뮬레이션합니다.

열전대에서 생성된 전기 신호는 다중 채널 온도 측정 장치에 연결되고, 이렇게 얻은 데이터는 저장 및 분석을 위해 컴퓨터로 전송됩니다.

그림 4와 같이 특정 순간에 온도가 급격히 상승했다가 서서히 낮아집니다. 열원이 이동하는 온도장의 가장 뜨거운 지점의 온도[4]를 아크가 열전대를 통과할 때의 온도로 간주할 수 있습니다.

용융 풀에 들어갈 때 용접 와이어의 온도는 와이어 공급 속도, 아크 가열점과 용융 풀 사이의 거리를 결합하고 보간을 사용하여 얻습니다.

그림 5와 같이 와이어 공급 속도가 일정하면 온도 상승은 전류에 따라 선형적으로 증가하고 그 기울기는 가열 효율 η에 의해 결정되며, 열선 아크 전류가 일정하면 온도 상승은 와이어 공급 속도에 따라 쌍곡선 규칙에 따라 감소하고 쌍곡선의 모양은 가열 효율 η에 의해 결정됩니다.

다양한 와이어 공급 속도의 가열 효율 η는 곡선의 기울기로부터 계산할 수 있습니다.

3. 결론

(1) 아크 핫 와이어 방식을 사용하는 용접 와이어의 온도 상승은 핫 와이어 아크 전류와 선형 관계에 있으며 와이어 공급 속도에 반비례합니다.

(2) 아크 핫 와이어 TIG 용접은 TIG 용접의 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다.