가스용접 불꽃의 종류와 특징
불꽃심 (백심) / Flame Core
팁에서 나오는 혼합가스가 연소하여 형성된 환원성의 백색 불꽃을 말합니다. 이 불꽃심은 매우 높은 열을 발생시키며, 주로 용접이나 금속 가공에서 중요한 역할을 합니다. 불꽃심은 매우 집중된 열을 제공하여 금속의 용융을 돕고, 용접 작업에서 강한 환원성 환경을 제공하여 금속 표면이 산화되는 것을 방지합니다. 환원성 불꽃은 주로 용접 및 절단 작업에서 산화물 제거를 목적으로 사용됩니다.
속불꽃 (내염) / Inner Flame
불꽃심에서 발생하는 일산화탄소와 수소가 공기 중의 산소와 결합하여 연소하면서 3,200∼3,500°C의 높은 열을 발생하는 부분입니다. 이 부분은 금속을 용접할 때 중요한 역할을 하며, 매우 높은 온도로 금속을 녹이거나 용접하는 데 사용됩니다. 속불꽃의 환원성은 산화물을 제거하고, 금속 표면의 질감을 개선하는 데 유리하며, 용접 시 깨끗하고 강한 결합을 형성하는 데 도움이 됩니다. 또한, 일부 특수 용접에서는 속불꽃을 사용하여 금속의 미세구조를 제어하거나 고온 환경에서의 작업을 더욱 효율적으로 수행할 수 있습니다.
겉불꽃 (외염) / Outer Flame
연소 가스가 공기 중의 산소와 결합하여 완전 연소되는 부분으로, 불꽃의 가장 자리를 이루며 약 2,000°C의 열을 발생시킵니다. 겉불꽃은 연료 가스가 완전히 연소되면서 발생하는 열을 제공하며, 이 부분은 주로 용접의 외부 작업 영역에서 중요한 역할을 합니다. 외염은 일반적으로 연소 효율을 높이고, 불꽃이 너무 뜨겁거나 너무 약해지는 것을 방지하여 작업 환경을 안정시키는 역할을 합니다. 겉불꽃은 금속을 과도하게 녹이지 않으면서 금속의 표면을 균일하게 가열하는 데 사용됩니다. 또한, 겉불꽃의 산화성을 통해 금속의 표면을 청소하거나 외부의 불순물을 제거할 수 있습니다.
가스별 불꽃의 종류와 색상
탄화 불꽃 / 아세틸렌 과잉 불꽃 (Carburizing Flame)
탄화 불꽃은 아세틸렌의 양이 산소보다 많을 때 발생하는 불꽃으로, 백심과 겉불꽃 사이에 형성됩니다. 이 불꽃은 연한 백색 불꽃의 제3의 형태인 아세틸렌 깃(feather)을 특징으로 하며, 금속 표면에 탄소를 주입할 수 있어 특수한 용접 작업에 적합합니다. 주로 알루미늄이나 스테인레스 강 등의 금속을 용접할 때 사용됩니다. 이러한 불꽃은 금속의 표면에 탄소가 과도하게 흡수되지 않도록 제어해야 하며, 알루미늄과 같은 금속에서는 특히 중요한 역할을 합니다. 또한, 아세틸렌 과잉 불꽃은 금속의 기계적 성질을 개선할 수 있는 특징이 있습니다.
중성 불꽃 / 표준 불꽃 (Neutral Flame)
중성 불꽃은 산소와 아세틸렌의 용적비가 1:1인 비율로 혼합될 때 형성되며, 이론적인 혼합비는 산소 2.5 : 아세틸렌 1의 비율입니다. 이 불꽃은 아세틸렌과 산소가 완전하게 연소되어 불꽃의 중심이 백색으로 밝고, 산화나 탄화가 발생하지 않는 이상적인 상태입니다. 따라서 일반 용접에서 가장 많이 사용되는 불꽃이며, 특히 대부분의 금속을 용접할 때 이 불꽃이 적합합니다. 중성 불꽃은 금속을 과도하게 산화시키지 않으며, 안정적이고 균일한 열 전달을 제공하기 때문에 용접 품질을 높이는 데 매우 유리합니다.
산화 불꽃 / 산소 과잉 불꽃 (Oxidizing Flame)
산화 불꽃은 산소의 양이 아세틸렌보다 많을 때 형성되는 불꽃입니다. 이 불꽃은 금속을 산화시키는 성질을 가지고 있어, 구리나 황동과 같은 금속의 용접에 적합합니다. 산화 불꽃은 금속의 표면을 깨끗하게 청소하거나 산화물을 제거하는 데 사용되며, 특히 구리, 황동, 알루미늄 등의 합금 용접 시 유리합니다. 다만, 지나치게 산화 불꽃을 사용하면 용접되는 금속이 과도하게 산화되어 품질이 저하될 수 있으므로 적절한 사용이 중요합니다.
가스용접 토치의 종류
가스용접 토치는 아세틸렌 가스와 산소를 일정한 혼합가스로 만들고 이 가스를 연소할 때 불꽃을 형성하여 용접 작업에 사용하는 기구이며 토치의 구성은 손잡이, 혼합실, 팁 으로 구성 되어 있다. 토치는 사용하는 아세틸렌 압력에 따라 저압식, 중압식, 고압식 등으로 분류되며 구조에 따라 불변압식, 가변압식으로 분류됩니다.
아세틸렌 가스 압력에 따른 분류
▶ 저압식은 고압의 산소로 저압 0.07kgf/cm2 이하의 아세틸렌을 빨아내는 인젝터 장치가 있으므 로 인젝터식이라고도 합니다.
▶ 중압식은 아세틸렌 가스 압력이 0.07~1.3kgf/cm2에서 사용하는 토치에서 등압식이라고도 합니다. 산소와 아세틸렌 압력이 같거나 약간 높아 역류 우려가 없고 안정된 불꽃을 얻 을 수 있습니다.
▶ 고압식은 아세틸렌 가스 압력이 1.3kgf/cm2 이상에서 사용되는 토치로서 요즈음 거의 사용되지 않습니다.
토치의 구조에 따른 분류
▶ 불변압식(독일식, A형)은 가스 혼합부인 인젝터가 팁에 있어 가스 혼합은 유효하게 행하여 지나 팁의 구조가 복잡하고 팁 끝이 무거워지는 결점이 있습니다. 1개의 팁에 1개의 인젝터가 있으나 니들 밸브가 없는 토치로 분출구멍의 크기가 일 정하고 팁의 능력도 일정하기 때문에 불꽃의 능력을 변경할 수 없습니다. 가스 흐름의 길 이가 짧아 역화가 작습니다. 팁의 교환이 프랑스식에 비해 불편하지만 산소 아세틸렌 가 스의 개폐를 동시에 할 수 있으며 한번 조절한 불꽃은 소화 후 재차 불꽃 조절할 필 요 없이 얻을 수 있습니다.
▶ 가변압식(프랑스식, B형)은 토치 내부 손잡이 부분의 산소 통로에 인젝터가 있으며 산소량은 니들 밸브에 의해 조절하며 팁의 교환은 팁 끝만으로 되므로 팁 교환이 자유롭고 팁 끝이 가벼워 작업 이 용이합니다. 그러나 한번 소화한 불꽃은 재차 점화할 때 불꽃 조절을 다시 해야 한다는 것이 결점 이며 우리나라에서 많이 사용되고 있습니다.
가스용접 호스
가스 호스의 재질
가스 호스는 천과 가는 철사가 섞인 양질의 고무판으로 만들어집니다. 호스의 재질은 가스의 종류에 따라 다르게 구분됩니다. 산소용 호스는 흑색 또는 녹색으로, 아세틸렌이나 LPG 용 호스는 적색으로 구분되어 있습니다. 이는 각 가스의 특성을 반영하여 호스를 식별하고, 안전성을 높이기 위한 조치입니다.
호스의 크기와 길이
가스 호스의 일반적인 크기는 Ø6.3, Ø7.9, Ø9.5의 세 가지가 있으며, 그중 Ø7.9가 가장 많이 사용됩니다. 호스의 길이는 일반적으로 3~5m가 적당합니다. 작업 환경에 따라 호스의 길이는 달라질 수 있지만, 너무 길어지지 않도록 주의해야 합니다.
호스의 내압 시험
가스 호스는 안전을 위해 내압 시험을 거쳐야 하며, 이를 통해 호스가 필요한 압력을 견딜 수 있는지 확인합니다. 산소용 호스는 90kgf/cm²에서, 아세틸렌 호스는 10kgf/cm²에서 내압 시험을 실시하여 합격해야 합니다. 이는 호스가 고압의 가스를 안전하게 전달할 수 있음을 보장하기 위한 필수 과정입니다.
호스 조임 방법
가스 호스와 가스 취관(연결부)의 상호 접촉 부분은 철사나 기타 임의적인 방법으로 조이지 않아야 합니다. 대신 호스밴드나 호스클립 등의 전용 조임 기구를 사용해야 합니다. 이를 통해 호스가 안전하게 연결되고, 가스 누출을 방지할 수 있습니다.
한국산업안전보건공단 https://www.kosha.or.kr/kosha/index.do
