서브머지드 아크용접 플럭스

왜 배우는가: 서브머지드 아크용접은 대형 구조물을 고능률로 용접하는 대표 공정이며, 플럭스의 기능과 종류가 용접부의 품질과 인성을 좌우하므로 실무에서 중요하다. 시험에서는 플럭스의 역할, 염기성 지수, 제조법에 따른 분류를 묻는 문제가 여러 차례 반복해서 출제되므로 기본 개념을 정확히 정리해 두어야 한다.

출제 이력: 제137회 1교시 11번, 제134회 4교시 3번, 제104회 2교시 3번, 제102회 2교시 5번, 제95회 1교시 2번, 제87회 2교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

서브머지드 아크용접용 플럭스는 아크를 덮어 대기를 차단하고 용접금속의 성분과 비드 형상을 조정하는 입상 용접 재료이다.

답안의 첫 줄에는 이 정의를 쓰고, 아래 키워드를 본문 설명과 연결하여 익힌다.

• 서브머지드 아크용접: 이음 위에 쌓은 입상 플럭스 속에서 아크를 발생시키는 자동 용접법이다.
• 용융형 플럭스: 원료를 고온에서 녹인 뒤 냉각하고 분쇄하여 만드는 플럭스이다.
• 소결형 플럭스: 원료 분말을 결합제로 뭉쳐 저온에서 소결하여 만드는 플럭스이다.
• 염기성 지수: 플럭스의 염기성 성분과 산성 성분의 비율을 나타내는 지표이다.
• 용융 슬래그: 아크열에 녹아 용접 후 제거되는 플럭스 성분이다.
• 합금 첨가: 플럭스에 합금 원소를 넣어 용접금속의 성분을 보충하는 방법이다.

2. 개념 풀이

서브머지드 아크용접용 플럭스는 이음 위에 공급되는 입상 물질로서, 아크열을 받아 일부가 녹아 용융 슬래그가 되고 나머지는 녹지 않은 상태로 남는 용접 재료이다. 플럭스의 기본 기능은 아크와 용융금속을 대기로부터 가려 산화와 질화를 막는 것이며, 여기에 용접금속의 화학 성분과 비드의 모양을 조정하는 기능이 더해진다.

원리는 플럭스의 전기적 성질에 있다. 플럭스는 상온에서 전기가 통하지 않는 절연체이므로 아크를 처음 점호할 때 와이어와 모재를 접촉시키거나 강철 울을 두는 방법을 쓴다. 아크가 발생하여 플럭스가 녹으면 도전성이 높아져 전류가 용융 플럭스를 통해 흐르므로 아크가 플럭스 속에서 계속 유지된다. 즉 용융 플럭스가 전극과 모재 사이의 전류 통로가 된다.

플럭스의 성분 특성은 염기성 지수로 구분한다. 염기성 지수(Basicity Index, BI)는 염기성 산화물과 산성 산화물의 비율을 수치로 나타낸 값이다. 염기성 플럭스는 CaO, MgO, CaF2 같은 염기성 성분이 많고 SiO2 같은 산성 성분이 적으며, 용접금속의 산소 함량을 낮추어 인성을 높이는 특징이 있다. 반면 산성 플럭스는 산소 함량이 높아 인성이 낮아지는 경향이 있다.

플럭스가 만드는 슬래그는 용접금속 표면을 덮어 냉각 속도를 늦추고 비드 표면의 형상을 고르게 만든다. 슬래그가 자연스럽게 떨어져 나가는 정도인 슬래그 박리성은 플럭스의 성분과 입도에 따라 달라진다. 입도와 성분에 따라 아크의 압력과 용융 풀의 거동이 달라지므로 용입 깊이도 함께 변한다.

제조법에 따라 플럭스는 용융형 플럭스와 소결형 플럭스로 나뉜다. 용융형은 원료를 녹여 제조하므로 성분이 균질하고 흡습성이 낮은 반면, 합금 원소를 많이 넣기 어렵다. 소결형은 분말 원료를 결합제로 뭉쳐 저온에서 소결하므로 합금 첨가가 자유롭고 용접금속의 성분을 조정하는 범위가 넓다. 두 방식의 차이는 제조법, 입도, 합금 첨가, 슬래그 박리성 같은 특성 차이로 이어진다.

3. 등장 배경과 필요성

피복아크용접은 피복봉 길이에 따라 용접을 끊어서 해야 하고 대전류를 쓰기 어려워, 긴 이음을 고능률로 용접하기에 한계가 있었다. 이 문제를 해결하기 위해 긴 와이어를 자동으로 공급하면서 입상 플럭스로 아크를 덮는 방법이 도입되었다. 서브머지드 아크용접은 대전류를 사용할 수 있어 피복아크용접에 비해 용접속도를 3~6배 이상으로 높일 수 있다고 알려져 있다.

금속을 대기 중에서 용접하면 대기 중의 산소와 질소가 용융금속에 녹아들어 응고 후 기계적 성질이 나빠진다. 이 때문에 용융금속을 대기로부터 차단하는 피복제나 비활성 가스를 쓰는 방법이 일반화되었다. 서브머지드 아크용접은 이 차단을 입상 플럭스로 수행하므로, 아크가 플럭스에 가려 보이지 않고 연기가 거의 발생하지 않아 작업 환경도 개선된다.