아크쏠림

왜 배우는가: 아크쏠림은 용접 전류가 만드는 자기장 때문에 생기는 대표적인 용접 결함 원인이라 현장에서 자주 마주치는 현상이다. 시험에서는 발생 원인과 방지대책을 함께 묻는 형태로 반복하여 나오므로 원리와 대책을 연결해 정리해야 한다.

출제 이력: 제111회 4교시 2번, 제101회 4교시 5번, 제93회 4교시 6번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

아크쏠림은 용접 전류가 만드는 자기장의 불균형으로 아크가 용접봉의 축 방향에서 벗어나 한쪽으로 쏠리는 현상이다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 아크쏠림(Arc Blow)
• 자기장 불균형
• 직류 용접
• 잔류자기
• 아크 편향
• 불완전 용입
• 스패터
• 기공

2. 개념 풀이

아크쏠림은 전류가 도체를 흐를 때 그 둘레에 생기는 자기장이 사방에서 균형을 이루지 못해 아크가 용접봉의 중심선에서 벗어나는 현상이다. 아크는 전류가 기체 속을 흐르는 통로이므로 그 주변 자기장이 한쪽으로 치우치면 아크도 같은 방향으로 휘어진다. 아크가 휘면 용접봉에서 녹아 내린 금속이 용융지의 원래 자리에 떨어지지 않고 빗나간다.

원리는 용접 회로의 전류 흐름으로 설명된다. 전류는 전원에서 용접봉, 아크, 모재를 거쳐 접지 클램프로 돌아가며, 이 경로의 모든 부분이 자기장을 만든다. 아크 뒤쪽의 모재에서는 자속 경로가 연속으로 이어지지만, 아크 앞쪽에서는 전류가 모재에서 용접봉으로 방향을 바꾸면서 자속 경로가 끊긴다.

아크쏠림의 본질은 전류 경로가 만드는 자기장의 비대칭이다.

이 비대칭 때문에 아크의 편향 방향은 용접 진행 방향의 앞이나 뒤로 나타난다. 아크가 진행 방향을 따라 앞뒤로 쏠리면 용입 형상이 한쪽으로 치우쳐 비대칭이 된다. 자기장 불균형의 크기는 아크의 길이에 따라 달라진다. 아크가 짧을수록 아크 기둥이 강직하여 편향에 덜 민감하므로, 아크를 짧게 유지하는 것이 기본적인 억제 수단이 된다. 반대로 아크가 길어지면 편향이 커져 쏠림이 두드러진다.

발생 조건은 여러 요인으로 나눌 수 있다. 모재의 접지 위치와 접지 연결 상태, 이음부의 형상, 맞춤 불량, 부적절한 용접 조건, 대기 상태가 대표적이다. 접지 위치와 이음 형상은 전류가 흐르는 경로를 직접 바꾸고, 맞춤 불량은 전류 경로를 불규칙하게 만든다. 용접 조건과 대기 상태는 아크 자체의 안정성을 떨어뜨린다.

아크쏠림은 강재처럼 자성을 가진 금속에서 더 잘 나타난다. 특히 모재에 잔류자기가 남아 있으면 자기장이 더해져 편향이 커지며, 이 영향은 루트 용접을 할 때 두드러진다. 아크쏠림은 주로 직류 용접에서 발생한다.

아크쏠림이 발생하면 결함이 세 가지 형태로 나타난다. 용융이 한쪽으로 치우쳐 불완전 용입이 생기고, 용융금속이 모재 밖으로 튀어 스패터가 늘어난다. 또한 아크가 대기 가스를 끌어들여 기공이 생긴다. 이들 결함은 외관뿐 아니라 용접부의 건전성을 떨어뜨린다.

3. 등장 배경과 필요성

아크쏠림은 직류 용접이 보편화되면서 실무 문제로 드러났다. 직류는 아크가 안정되고 극성을 선택할 수 있어 피복아크용접 등에서 널리 쓰이지만, 전류가 일정한 방향으로 흐르므로 주변 자기장도 한 방향으로 지속해서 작용한다. 이 자기장이 모재의 잔류자기와 겹치면 아크를 미는 힘이 커져 편향이 쉽게 생긴다.

아크쏠림은 용접 품질을 떨어뜨리는 대표적인 결함 원인이다. 아크쏠림으로 생긴 스패터와 불완전 용입은 재작업과 후처리 비용을 키운다. 코너부 용접이나 피복 용접봉을 크게 쓰는 대전류 작업에서는 아크가 크게 흔들려 문제가 더 두드러진다.

대형 구조물과 강재 용접이 늘고 품질 요구가 높아지면서 아크쏠림을 결과가 아니라 원인 단계에서 예방하는 것이 필요해졌다. 아크쏠림은 용접사의 숙련도만으로 막기 어려우므로, 접지 회로와 이음 설계, 용접 조건을 함께 계획하는 체계적 대책이 요구된다. 이 배경이 뒤 절의 방지대책으로 이어진다.