각 용접법 특성 소개…산소+아세틸렌 용접수요 감소추세

산업혁명 이후 전 세계가 눈부신 산업발전을 이루는 동안 산소, 질소, 아르곤, 탄산, 수소, 헬륨 등과 제논, 네온, 크립톤 등 희귀가스 및 특수가스를 포함한 산업용가스는 여러 산업군에서 빛과 소금의 역할을 톡톡히 해 왔다.

이들 특수가스와 산업용가스는 철강산업을 비롯해 전자, 반도체, 조선, 의료용산업 등 각 산업의 발달과 함께 시장규모와 수요처 등도 크게 확산됐다.

특히 철강, 자동차, 조선산업 등에서의 산업용가스의 수요는 전자, 반도체 부문에서 사용되는 양 못지않으며 공급방식만 기체와 액체가스로 달리하고 있다.

철강, 자동차, 조선산업 등에서 주로 사용되는 산업용가스는 주로 용접, 절단, 퍼지 등이다.

이중 용접과 절단 분야는 국내 산업용가스 시장이 태동할 때부터 함께 발달해 온 중요한 산업기술 분야로 손꼽히고 있다.

본지는 창간 20주년을 맞아 초심의 기억을 더듬어 간다는 마음으로 과거에 보도됐던 자료를 기반으로 영업과 관리측면에서 가스인들이 알아야할 가스 수요 및 지식보충을 위한 내용을 재구성하고자 했다.

● 용접의 정의

용접(Welding)이란 용접부를 용융 상태로 하든가 용융 상태로 하지 않을 정도로 가열한 부재 또는 상온 상태의 부재를 서로 접촉시키고 압력을 가하여 접합하는 이음방법을 말한다.

다시 말해 두개의 금속을 접합하여 하나로 만드는 작업을 뜻하며 나사 또는 리벳(rivet)을 사용하는 기계적 이음과는 다르다. 또한 용접으로 이음된 부위 자체는 분해하기 어렵다.

이밖에 접합할 금속 사이에 가열한 다른 금속을 사이에 넣고 결합시키는 방법이 있는데 이것도 넓은 의미의 용접에 포함된다.

일반적으로 용접하는 모재 및 첨가재를 가열 용융할 필요가 있는데 이때 사용되는 가열법은 여러 가지가 있는데 열원으로는 가스, 아크, 전기, 저항열, 마찰열 등이 사용되고 가스는 산소, 아세틸렌, 탄산, 에틸렌 등이 이용되며 아크는 금속 아크, 탄소 아크 등이 사용된다.

대표적인 공법으로는 전기적인 아크 용접(Arc welding), 저항용접(抵抗溶接), 가스용접(Gas welding), 납땜 등이 있다.

가스용접은 아세틸렌과 산소와의 혼합 가스의 연소열을 이용하여 용접하지만 용접부의 성질이 뒤떨어지기 때문에 최근에 이용은 적어지고 있다.

아크 용접은 전기 아크(Electric arc)의 열을 이용하여 접합부를 용융해서 용접하는 방법으로 최근에는 자동화가 진행되고 있다.

저항용접은 용접하는 접합부에 전류를 흘려보내 발생되는 저항열에 의해 가열하고 압력을 가하여 용접하는 방법이다.

납땜은 재료의 접합면의 극간에 땜납이라 불리는 융점(融点)이 낮은 합금(合金)을 유입하여 접합하는 방법이다.

용접이란 용어는 금속의 접합에 주로 사용되고 있으나 국제 표준 기구에서는 플라스틱 세라믹 등 비금속 공업 재료의 접합도 포함된다고 설명하고 있다.

현재 산업에서 쓰이는 용접법은 특성별로 약 80여가지를 웃돌고 있다. 특성별로 분류가 가능하지만 최근 레이저를 이용한 용접법은 특수용접, 아크용접 등으로 분류가 가능해 일반적으로 나누는 방법은 다음 표와 같다.

■ 가스 용접(Gas Welding)

가스의 연소열로 용접부의 금속을 녹이는 용접법으로 산소+아세틸렌 용접이 가장 일반적으로 사용된다. 중성불꽃이 보통 사용되지만 산소와 아세틸렌의 혼합비로 조절할 수도 있다.

산소와 아세틸렌을 혼합해 연소시키면 3000℃이상의 열이 발생한다. 이같은 열을 통해 금속의 일부를 녹여 접합하는 방법인 가스용접은 필요에 따라 용접봉과 용제를 사용한다.

가스 용접법의 중요한 이점은 각종 금속에 대한 응용 범위가 넓고 가열 조절이 비교적 자유로우며 작업이 쉽고 운반의 편리성과 설비비가 싸다는 점이다.

실제로 이 용접법의 열에 대한 민감성 때문에 균열 발생의 염려가 있는 금속, 엷은 판, 판재, 비철 합금, 특히 용융점 증발점이 낮은 금속의 용접에도 사용된다.

단점으로는 직접 용접에 사용되는 열효율이 낮은 점, 폭발의 위험, 소모비 등이 많다는 점이다. 또한 재질의 탄화 및 산화의 우려가 있고 금속 아크에 비교해 가열 범위와 가열 시간이 많기 때문에 금속에 따라서는 기계적 강도가 떨어진다.

그러나 이같은 결점은 장치 조작 방법 등에 의하여 개선돼 가고 있는 상황이다.

한편 아크 용접에서는 자외선, 적외선 등의 유해 광선이 발산되나 가스 용접에서는 거의 가시광선이다. 가스 용접에 쓰이는 가스는 산소와 아세틸렌, 산소와 수소, 산소와 석탄가스 등이고 얻을 수 있는 최고 온도는 각각 3,500℃, 2,500℃, 1,500℃ 정도이다. 이 밖에도 프로판, 수성가스 등이 있으나 산소와 아세틸렌의 혼합가스 용접이 가장 많이 쓰인다.

가스 용접은 저탄소강 합금강 주강 등을 용제를 쓰지 않고 쉽게 용접할 수 있으며 스테인리스강, 주철 등은 용제를 사용해 표준 화염으로 용접할 수 있다.

가스 용접시 발생하는 온도는 3,000℃ 정도로 아크용접의 6,000℃보다는 낮다.

주로 아르곤, 질소, 헬륨, 수소 등이 쓰인다.

▲ 산소(O2)·아세틸렌(C2H2) 용접

산소와 아세틸렌 혼합물의 연소열을 이용하여 용접하는 방법으로 일명 산소용접이라고도 하지만 일반적으로 가스용접이라고 하면 보편적으로 이 방법을 가리킨다.

산소+아세틸렌 불꽃의 온도는 약 3,000℃로 전기아크의 온도인 약 6,000℃에 비해 훨씬 낮고 열이 집중되지 않아 비능률적이지만 산소+아세틸렌 용접은 설비비가 싸고 간편하다.

아울러 가열원을 조정하는 것이 비교적 자유로워 아크용접이 곤란한 두께 1mm 이하의 얇은 강판의 용접에 적당하다.

■ 플라즈마 용접(Plasma Arc Welding)

플라즈마란 용어는 가스가 충분히 이온화되어 전류가 통할 수 있는 상태를 표현한 말이다.

우리는 지구상에 3가지의 상(狀) 즉 고체, 액체, 기체가 있다는 것을 인식하고 있음은 물론이고 이 3가지 상의 차이를 알고 있으며 온도가 증가함에 따라 상의 상태가 변한다는 사실도 알고 있다.

만약 가스 상태의 물질에 에너지인 열이 가해지면 가스의 온도가 급격히 증가한다. 여기서 충분한 에너지가 가해지면 온도가 더욱 증가해 가스는 각자의 분자상태로 존재할 수 없게 되어 물질의 기본 구성 요소인 원자로 분해된다.

여기서 온도가 더욱 높아지면 원자들은 전자를 잃어버려서 양이온으로 되고 이렇게 되면 주위의 물질들은 양이온과 자유전자로 이루어지는데 이러한 상태를 제4의 물질상태, 즉 플라즈마 상태라고 한다.

플라즈마는 기체와 유사한 성질을 가지고 있고 독특한 성질도 가지고 있다. 용접에 관한한 가장 중요한 플라즈마의 성질은 전류를 잘 통하게 하는 자유전자를 가지고 있는 점이다. 그러므로 아크용접에서 아크상에 전류가 흐르는 것은 아크가 플라즈마 상태이기 때문이다.

플라즈마 영역 내에서는 각 성분의 이온화와 재결합 반응속도가 균형을 이루어 정상상태에 도달하게 된다. 플라즈마가 갖고 있는 에너지에 따라 전리도(이온화)※가 변하며 큰 에너지를 보유하는 경우 완전히 전리된 플라즈마가 된다.

※전리도란 플라스마 속에서 이온화된 원자수 대 전원자수의 비율을 말한다. 이온화 도(度)라고도 한다(degree of ionization). 또 전해질의 전리에서 이온화한 분자량 대 전체 분자량의 비율을 전리도라 한다.(원자력용어사전)

이온화는 큰 에너지 복사(UV, X-ray, etc.), 전장에 의한 충돌(주로 전자의 충돌), 열운동에 의한 충돌에 의해 일어난다.

▲ 플라즈마(Plasma)용접의 원리

쉽게 말해 기체가 방전되어 아크의 열원 안을 통과할 때 고온에 의하여 기체의 원자가 전자와 이온으로 분리되어지는 이 상태를 플라즈마(초고온기체)라고 말하며 플라즈마 용접은 그림과 같이 방전아크를 냉각하여 소구경의 수냉노즐로 TIP끝단까지 아크를 집중시킨다.

아르곤이 고온 아크를 통과하면서 플라즈마로 변화되며 그 열원은 다른 용접법보다 열 집중도가 매우 높은 플라즈마 기류를 동반해 한 줄기의 열원이 되므로 침투도가 높고(키홀 효과), 용접폭이 좁아 모재에 미치는 열 변형이 적어 뒤틀어짐이 없는 안정적인 용접을 가능하게 한다.

▲ 고온플라즈마 발생 방법

수냉구속(水冷拘束) 노즐에 의해 아크를 긴축시켜 1만∼2만K의 고온플라스마흐름을 형성시켜 이것을 열원으로 이용하여 용접하는 방법이다.

고온플라스마는 처음에 알루미늄·구리·스테인리스강 등의 강판절단에 이용되었는데 그 뒤 용접에도 응용되기에 이르렀다.

고온플라스마 발생방법에는 3가지 방식이 있으며 플라스마 분출을 위한 작동가스로는 보통 아르곤이 쓰인다.

① 플라즈마 제트방식(非移行式이라고도 한다)

전극과 노즐 사이에 발생시킨 플라스마를 노즐에서 분출시킨다. 비금속재료의 용접 및 절단에 적용할 수 있다.

 ② 플라스마아크방식(移行式이라고도 한다)

전극과 모재 사이에 플라스마아크를 형성한다. 열효율이 높고 일반 금속재료 용접에 사용된다.

 ③ 중간식

플라스마제트와 아크를 동시에 발생시킨다. 안정된 작은 전류의 플라스마아크를 얻을 수 있으므로 얇은 판 용접에 적합하다.

<수소 혼합가스를 사용하는 이유>

① 플라즈마 가스(파일롯(Pilot Arc) 가스) : 3~5% 수소 혼합가스 사용으로 THERMAL PINCH(열집중) 효과를 얻을 수 있다.

일반적으로 수소(분자·원자·이온)는 굉장히 가볍기 때문에 플라즈마 안에서 바깥으로 분리하려는 특성을 갖고 있으며 수소는 플라즈마로부터 열에너지를 얻기 위해 분리하기 때문에 플라즈마에서 열에너지를 모으면서 냉각(Plasma)시켜 THERMAL　PINCH(열집중) 효과를 발생한다. 플라즈마 용접에서 THERMAL PINCH효과의 정도는 아크전압에서 결정된다.

즉 높은 아크전압은 높은THERMAL PINCH(열집중)효과를 발생시킬 수 있다.

② SHIELD GAS : 3~25% 수소 혼합가스 사용으로 THERMAL PINCH(열집중) 효과를 얻을 수 있다. 이 경우 수소 혼합비가 많을수록 THERMAL PINCH효과를 많이 얻을 수 있다.

플라즈마 안으로 SHIELD GAS 가 투입되었을 때 수소(분자·원자·이온)의 역할은 상기 플라즈마 가스역할과 같다.

■ 레이저 용접(Laser beam Welding)

레이저(Laser)를 이용한 산업분야의 적용에는 크게 용접, 절단, 드릴링, 마킹, 트리밍, 패키징 등이 있다.

특수용접 부문에 속하는 레이저 용접은 발진기에서 증폭된 레이저 빛을 광학기구를 통하여 집광하고 집광된 레이저를 이용하여 두 금속을 녹여 붙이는 과정이다.

레이저 빔이 모재에 조사되면 레이저의 초점부는 높은 에너지 밀도에 의해 표면이 순간적(1~20ms)으로 약 6,000~6,400℃ 온도로 키홀 내에서 용융, 융착 후 냉각되어 용접이 된다.

기존의 아크 용접에 비해 용접속도(1~20Hz)가 빠르고 열 영향부가 작아 열 변형이 적다는 것과 좁고(2mm) 깊은(10mm) 용접을 가능케 해준다. 뿐만 아니라 정확하고 정밀하여 이종금속 간, 비접촉 가공으로 자동화 적용 시 유리하다.

반면 장비 가격과 정밀한 지그 장치가 필요하므로 초기 투자비용이 크고 용접 중 모재 표면의 반사도, 모재 사이의 갭에 따라 크게 영향을 받는다는 단점이 있다. 또한 재질에 따라 고온균열이 발생할 수 있는 우려가 있다.

레이저 용접기의 기본적 조건은 빔의 출력, 속도, 초점직경 등을 적절하게 조절 저장할 수 있는 컨트롤 장치와 이를 확인 할 수 있는 Vision시스템으로 현미경, CCD 카메라장치가 필요하며 모재의 용접부위를 신속, 정확하게 제어해 줄 지그 장치가 병행되어야 한다.

▲ 레이저 용접의 용도

정밀금형을 비롯한 사출금형, 각종 전자부품, 박판부품, 자동차부품금형, 이종금속부품, 의료기기 부품, 귀금속, 반도체, 커넥터, 핸드폰 센서류 등 마모나 파손된 부분을 레이저용접으로 원상회복이 가능하다.

▲ 헬륨(He)-네온(Ne) 레이저

632.8 nm의 붉은 파장을 가지는 이 레이저는 대표적인 레이저로서 최초의 가스레이저이기도 하다.

주로 간섭, 회절, 굴절 등 기초 광학 실험용으로 가장 흔히 사용되며 작은 것은 출력이 0.5mW에서, 큰 것은 100mW까지의 대형레이저까지 다양한 제품이 시판되고 있다.

이 레이저의 매질은 He과 Ne의 혼합기체로서 Ne에서 레이저가 발진된다.

He은 Ne을 여과시키기 쉽게 하기 위한 것으로서 길이가 수십 cm 가량의 모세관에 약 수 torr(mmHg)이하의 He과 Ne을 채우고 수천 볼트의 직류고전압을 가하여 방전시키면 전자가 He원자와 충돌하여 He이 21s와 23s의 높은 에너지 상태로 들뜨게 된다.

이 들뜬 He원자는 Ne원자와 충돌하면서 He의 에너지가 Ne에 전달된다.

충돌 후 He은 낮은 에너지 상태로 떨어지고 Ne은 각각 5s와 4s상태로 들뜨게 되는데 이들은 낮은 4p와 3p상태는 이들보다 수명이 짧아서 쉽게 아래로 떨어지므로 결국 5s와 4p사이에 밀도반전이 일어나고 4s와 3p 또는 5s와 3p사이에서도 밀도반전이 형성된다.

이 때 공진기를 선택하기에 따라서 5s와 4p사이에 적외선인 3.99um파장을 5s와 3p 사이의 632.8 nm의 붉은 파장 또는 4s와 3p사이의 1.15um를 택할 수 있다.

일반적으로는 632.8 nm의 가시광 영역의 붉은 파장만을 발진시키는 공진기를 사용하는 경우가 가장 흔하다.

▲ 아르곤(Ar) 레이저

가장 강력한 가시광 영역의 레이저로서 수백 mW의 출력에서 수십 W의 출력을 내는 대형 아르곤 레이저가 있다.

이 아르곤 레이저는 청색(488.0 nm)과 녹색(514.5 nm)에서 가장 강력한 레이저 빛이 발생되므로 조명 효과가 뛰어나서 특수조명에 많이 쓰이고 있는데 서울 올림픽 당시 여의도 63빌딩 벽면에 보인 레이저 쇼라든가, TV 쇼 등 무대조명도 이 아르곤 레이저가 이용되고 있으며 연구실에서도 아르곤 레이저는 색소레이저의 여기용으로도 많이 쓰이고 있다.

그 밖에도 351.1nm 등의 자외선을 포함하여 476.5nm, 496.5nm 등 여러 파장의 빛이 발진된다.

아르곤 레이저는 길이 약 1m, 내경 약 수nm의 작은 모세관에 수 torr의 Ar을 채운 후 수 백 V의 직류전압을 가하여 방전시킨다.

모세관에 흐르는 전류는 보통 수 십 A가 흐른다. 이는 Ar 1이 이온에서 레이저가 발진되므로 모세관의 전류밀도가 수 백 A/cm 이상이어야 충분히 밀도반전이 일어나기 때문이다.

따라서 높은 전류밀도 때문에 방전관 벽의 온도가 매우 높아지므로 유리종류는 쉽게 변형이 일어나서 쓸모없고 흑연(garphite)이나 BeO 또는 텅스텐 판과 같은 융점이 높은 재료가 사용된다.

또한 높은 온도 상승은 냉각수를 흘려 열을 제거함으로서 억제한다. 높은 전류밀도로 관 내에 Ar은 압력 차이가 생겨 방전이 불안정하거나 꺼지게 되는데 이를 방지하기 위해 Ar이 이동할 수 있는 옆길(return path)을 만들어 주어야 한다. 방전시 이온 또는 전자가 관벽에 충돌하는 충돌 횟수가 작은 것이 바람직하므로 방전관 주위에 솔레노이드를 만들어 수 백 가우스의 자장을 축 방향으로 가함으로서 효율을 높인다.

이와 같이 아르곤 레이저는 제작하기가 쉽지 않고 10kW 이상의 전력을 쓰기 때문에 매우 고가이며 수명은 보통 5,000시간 정도이다.

▲ 탄산(CO2) 레이저

탄산 레이저는 탄산 분자의 진동준위 사이에서 10.6um의 적외선이 발진되며 효율이 높아서 용이하게 고출력을 얻을 수 있다. 이런 이점으로 강한 열작용을 이용한 금속 또는 피륙의 용접 절단 등 산업에 이용되고 있다.

약 1m 길이의 유리(pryex)관에 CO2, He, N2를 일정비로 흘리면서 10kV 정도의 직류전압을 가하면 글로우 방전이 일어난다.

밀도반전은 방전시 전자와 N2와의 충돌로 N2분자가 V"=0 에서 V"=1 의 진동준위로 들뜨게 되는데 이 들뜬 준위는 CO2 분자의 001 진동준위와 에너지 차가 작은 준위로서 두 분자 사이의 충돌로 N2분자는 에너지를 CO2분자에 제공하고 아래로 떨어진다.

이 과정으로 CO2분자가 001 준위로 들뜨게 된다. 들뜬 CO2분자의 001 진동준위와 이보다 아래에너지의 100 진동준위 사이에 밀 도반전이 형성되어 레이저 발진이 가능하게 된다.

따라서 레이저 발진은 CO2분자에서 일어나지만 N2를 첨가함으로서 001준위로의 효율적인 여기가 가능하다.

한편 He의 혼합으로 아래준위인 001 준위를 쉽사리 없앨 수 있기 때문에 밀도반전이 쉽게 일어날 수 있으므로 효율이 증대된다. 따라서 N2, He을 혼합하면 순수 CO2만 있을 때의 출력에 비해 매우 큰 출력을 얻을 수 있게 된다.

일반적으로 1m 길이의 방전관은 최적 조건에서 100W까지의 출력을 얻을 수 있다.

이 CO2 레이저는 1964년 미국의 패텔이 처음으로 연속발진에 성공했으며 현재 100kW의 대형 CO2 레이저도 개발됐다.

이같은 대형 CO2 레이저의 경우 방전관은 수십m에 이를 정도로 길이가 길기 때문에 큰 공간을 차지하는 불편함이 수반된다.

이러한 결점을 보완하기 위해 여러 가지 방안들이 모색되었는데 그 중에서도 가열된 CO2의 급팽창에 의한 밀도반전을 이룩하는 가스 동력학 방법과 횡여기 방법이 두드러진다.

가스동력학 방법으로 60kW의 연속 출력 방식을 얻은 바 있으며 횡여기 방법은 흔히 TEA CO2 레이저로 알려져 있는데 TEA Transverse Excited Atomospheric의 머리글자를 딴 단어다.

대기압 정도의 가스압력을 높은 전압으로 펄스방전을 일으켜서 밀도반전을 얻으며 1972년 출력 펄스당 200J의 에너지를 얻는 데 성공했다.

■ 아크용접(Arc Welding)

금속과 금속을 접합하는 데 아크방전(放電)을 이용하는 방법으로 탄소전극(炭素電極)을 사용하는 탄소 아크용접과 금속전극을 사용하는 금속 아크용접, 비활성기체용접 등이 있다.

탄소 아크용접은 용접모재(熔接母材)와 탄소전극 사이에 아크를 발생시켜 그 속에 넣은 용접봉이 녹아 용접 부분을 채우게 되는데 아크를 이동해 나감에 따라 채운 것이 굳어져서 용접이 된다.

금속 아크용접은 용접모재와 같은 종류의 금속으로 만든 전극 사이에 아크를 발생시켜 전극 그 자체를 녹여서 접합 부분을 채워 모재를 접합하는 방법이다.

비활성기체용접에는 MIG와 TIG가 있는데 아르곤과 헬륨의 티그(TIG) 용접은 전극이 거의 소모되지 않는다. 아르곤아크·헬리아크 등은 TIG의 상품명이, 시그마라고 하는 것은 미그(MIG)<아르곤+탄산>의 일종의 상품명이다.

비활성기체용접은 주로 조선산업에서 LNG 탱크용 용접에 쓰인다.

▲ 불활성 가스 아크 용접

특수 용접부를 공기와 차단한 상태에서 용접하기 위해 아르곤(Ar) 또는 헬륨(He) 가스와 같은 고온에서도 금속과 반응하지 않는 불활성 가스 분위기 속에서 텅스텐 전극봉 또는 와이어와 모재 사이에서 아크를 발생하여 그 열로 용접하는 방법이다.

불활성 가스 아크 용접법은 시일디드 아크 용접이라고도 하고 불활성 가스 분위기에서 텅스텐아크에 의한 열원을 사용하는 방법과 금속 아크에 의한 열원을 사용하는 두 가지의 방식으로 분류된다.

모재가 극히 엷은 것에 대해서는 용접봉을 쓰지 않고 두꺼운 판에 대해서는 용접봉을 사용한다. 현재 알루미늄 경합금 고리 및 구리 합금 스테인리스강 등의 용접에 많이 쓰여 진다.

▲ 불활성 가스 텅스텐 아크 용접법

티그(TIG) 용접이라고도 하며 이것은 텅스텐 봉을 전극으로 써서 가스 용접과 비슷한 조작 방법으로 용가제를 아크로 융해하면서 용접한다.

이 방법에서 텅스텐은 거의 소모하지 않으므로 비용극식 아크 용접 또는 비소모식 불활성 가스 아크 용접법이라고도 한다. 또한 헬륨아크 용접법, 헬리웰드법, 아르곤 아크 용접법 등의 상품명으로도 불리어 진다.

불활성 가스 텅스텐 아크 용접법에는 교류나 직류가 사용되며 그 극성은 용접 경과에 큰 영향을 끼친다. 직류 정극성에서는 음전기를 가진 전자가 모재를 세게 충격시키므로 깊은 용입을 일으키며 전극은 그렇게 가열되지 않는다. 그러나 역극성에서는 전극은 적열하게 가열되고 모재의 용입은 넓고 얕아진다.

▲ 불활성 가스 금속 아크 용접법

미그(MIG)용접 이라고도 불리는 불활성 가스 금속 아크 용접법은 용접봉인 전극 와이어를 연속적으로 보내어 아크를 발생시키는 방법으로 용극식 아크 용접법 또는 소모식 불활성 가스 아크 용접법이라고도 한다.

상품명으로는 에어코우매틱 용접법, 시그마 용접법, 필리 아크 용접법 등으로 불린다.

불활성 가스 금속 아크 용접용 전원은 직류식으로 와이어를 정극으로 하는 역극성이 채용된다. 불활성 가스 금속 아크 용접법은 전원이 정전압 특성의 직류 아크 용접기로서 가는 와이어를 써서 전류 밀도를 높이고 와이어 송급은 일정 속도 송급 방식으로 하는 특징이 있다.

▲ 원자 수소 아크 용접

2개의 텅스텐 전극 사이에 아크를 방생시키고 수소를 공급하여 분자 상태의 수소가 아크 열로서 원자 상태의 수소로 분해된 후 다시 용접면에서 분자 상태의 수소로 환원할 때 발산하는 열로써 용접부가 가열된다.

불활성 가스 아크 용접법, 전기 저항 용접법, 기타 용접법이 발전되어 널리 채용됨에 따라 토오치 구조의 복잡성, 기술적인 난점 비용의 과다 등으로 차차 응용 범위가 축소되고 있는 용접법이다.

※원자 수소 용접 장치 : 환원성 수소 가스 중에서 진행됨으로 용접부의 산화 및 질화가 방지되고 용접 조직이 좋으며 기계적 강도가 큰 장점이 있다. 용융 범위는 엷은 판재의 용접, 각종 탄소강, 주철, 주강, 구리, 합금 및 경합금 등에 비교적 쉽게 사용된다. 원자 수소 용접 장치에는 아크 용접기 수소 탱크 용접용 토오치 등이 필요하다.

▲ 탄산 아크 용접(CO2 Arc Welding)

탄산 아크 용접 방법은 아르곤(Ar) 헬륨(He) 같은 불활성가스 대신 상대적으로 가격이 싼 탄산(CO2)를 이용한 용접법이다.

CO2는 Ar, He 등과 같은 불활성 가스가 아니므로 고온 상태의 아크 중에서는 산화성이 크기 때문에 보통 피복되지 않은 용접봉을 사용할 경우 용접부에는 블로우 홀 및 그 밖의 결함이 생기기 쉽다.

이와 같은 결점을 제거하기 위하여 망간, 실리콘 등을 탈산제로 하는 망간~규소계 와이어를 사용하든가 또는 값싼 CO2+산소 등의 혼합 가스를 쓰는 탄산 산소 아크 용접법을 사용하고 있다.