N3-0425분
용접재료 — 피복아크봉 분류
AWS·KS 전극 분류와 피복제 역할
🟡Referenced — 전문가 참조
🟡 Referenced
피복아크용접봉(Covered Electrode)은 SMAW(피복아크용접)에서 사용되는 소모성 전극입니다. 심선(Core Wire)에 피복제(Flux Coating)를 입힌 구조로, 피복제의 종류에 따라 용접 특성이 크게 달라집니다.
용접 기사·기능사 시험에서 전극 분류체계는 매회 출제되는 핵심 주제입니다.
🟡 Referenced
AWS 분류체계 (E xxxx)
예시: E7018
- E = 전극(Electrode)
- 70 = 최소 인장강도 70 ksi (약 490 MPa)
- 1 = 용접자세. 1=전자세(F,V,OH,H), 2=아래보기+수평필릿(F,H)
- 8 = 피복제 종류 + 전류 종류. 8=저수소+철분(AC/DCEP)
주요 AWS 전극:
- E6010: 고셀룰로오스 나트륨. DCEP 전용. 깊은 용입. 파이프 루트 패스
- E6013: 루타일+칼륨. AC/DC 양용. 범용. 초보자 적합
- E7016: 저수소+칼륨. AC/DCEP. 고장력강
- E7018: 저수소+철분+칼륨. AC/DCEP. 가장 널리 사용
- E7024: 철분산화물. 높은 용착률. 아래보기/수평 전용
🟡 Referenced
KS 분류체계 (D xxxx)
예시: D4316
- D = 피복아크용접봉(Deposited metal)
- 43 = 최소 인장강도 43 kgf/mm² (약 430 MPa)
- 1 = 용접자세. 1=전자세, 2=아래보기+수평필릿
- 6 = 피복제·전류. 6=저수소+AC/DCEP
KS와 AWS의 대응 관계:
- D4301 (일미나이트) ↔ E6019
- D4303 (루타일) ↔ E6013
- D4313 (고산화티탄) ↔ E6013
- D4316 (저수소) ↔ E7016
- D4340 (철분저수소) ↔ E7018
AWS E7018과 KS D4316은 모두 "저수소계" 전극입니다. 저수소계는 확산성 수소량이 16ml/100g 이하로, 고장력강이나 균열 민감 재료에 사용됩니다. 시험에서 "저수소계 전극은?"이라는 문제가 나오면 끝자리 6 또는 8(5, 6, 8)을 떠올리세요.
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피복제의 4대 역할
1. 보호가스 생성: 피복제가 아크 열에 의해 분해되면서 CO₂, H₂ 등의 가스를 발생시켜 대기(O₂, N₂)로부터 용융 금속을 차폐합니다.
2. 슬래그 형성: 용융된 피복제가 슬래그를 형성하여 비드 표면을 덮어 산화를 방지하고, 냉각 속도를 조절합니다.
3. 합금원소 첨가: 피복제에 포함된 Mn, Si, Cr, Mo 등이 용착금속에 전이되어 기계적 성질을 향상시킵니다.
4. 아크 안정화: K₂O, Na₂O, TiO₂ 등이 아크를 안정시키고, 전류 종류(AC/DC)에 따른 적합성을 결정합니다.
🟡 Referenced
피복제 종류별 특성
- 일미나이트(Ilmenite, FeTiO₃ 계): 범용, 작업성 양호, 중간 용입
- 셀룰로오스(Cellulose): 다량의 가스 발생, 깊은 용입, 슬래그 적음. E6010/E6011
- 루타일(Rutile, TiO₂ 계): 아크 안정, 미려한 비드, 얕은 용입. E6013
- 저수소(Low Hydrogen, CaCO₃-CaF₂ 계): 수소량 최소화, 고인성. E7016/E7018
- 철분산화물(Iron Oxide): 높은 용착률, 아래보기 전용. E7024
- 고셀룰로오스(High Cellulose): 셀룰로오스 다량 함유, 파이프 하향용접. E6010
저수소계 용접봉 관리 기준 (시험 필수 암기): ① 건조 온도 300~350°C, 1~2시간 ② 보관 온도 100~150°C (항온건조기) ③ 대기 노출 시간 최대 4시간 — 초과 시 재건조 필요 ④ 재건조 횟수 최대 2~3회. 이 관리가 부실하면 수소유기균열(Cold Cracking) 위험이 급증합니다.
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산화막 제거 (화학적/기계적)
알루미늄 표면의 산화막(Al₂O₃)은 융점이 약 2050°C로 모재(660°C)보다 훨씬 높아 용접을 방해합니다. 기계적 방법(STS 와이어 브러시, 그라인딩)이나 화학적 방법(NaOH 용액 세척 후 질산 중화)으로 산화막을 제거합니다. 제거 후 24시간 이내에 용접해야 합니다.
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AC 극성·보호가스(Ar) 설정
GTAW에서 AC 극성을 사용합니다. EP(역극성) 반주기에서 클리닝 작용으로 산화막을 파괴하고, EN(정극성) 반주기에서 용입을 확보합니다. 보호가스는 순수 Ar을 사용하며, 두꺼운 재료에는 Ar+He 혼합가스로 입열량을 높일 수 있습니다.
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예열(필요 시)·용가재 선정 (4043/5356)
두꺼운 알루미늄(≥6mm)은 높은 열전도율로 인해 용입 확보가 어려우므로 100~150°C 예열을 적용합니다. 용가재는 4043(Si 계, 유동성 양호, 균열 저항 우수)이나 5356(Mg 계, 높은 강도, 양극산화 가능)을 모재 합금에 따라 선정합니다.
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용접 후 기공/고온균열 검사
알루미늄 용접의 주요 결함인 기공(수소 용해도 급감에 의한)과 고온균열(응고 수축에 의한)을 검사합니다. RT 또는 UT로 내부 기공을 확인하고, VT/PT로 표면 균열을 검출합니다. 기공 방지를 위해 용가재와 모재의 청결, 보호가스 순도 관리가 핵심입니다.
피복아크봉 시험 함정 5종 1. "E7018에서 70·1·8 의미?" → 70 = 인장강도 70 ksi(약 483 MPa), 1 = 전자세, 8 = 저수소계 + AC/DCEP. 2. "ksi vs MPa 환산?" → 1 ksi ≈ 6.895 MPa. 70 ksi ≈ 483 MPa(시험 빈출 수치). 3. "E6010·E6011 차이?" → E6010 = DC만, E6011 = AC + DC. 둘 다 셀룰로스계. 4. "용접봉 건조 — 일반 vs 저수소?" → 일반(E6013): 70~100°C, 30분. 저수소(E7018): 300~400°C, 1시간 + 120~150°C 보관. 5. "AWS A5.1 vs KS D 7004 매칭?" → E7016 ↔ D4316, E7018 ↔ D4318. 둘 다 저수소계.
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AWS 분류 E7018에서 "1"이 의미하는 것은?