스터드 (STUD) 용접

1938 년 Mr.Ted Nelson 에 의해 발명

조 선 소 갑 판 에 서 용 접 일 을 하 던 Mr.Ted Nelson 이 휴 식 시 간 에 DC전원에 연결된 전선으로 무의식중의 장난에 의하여 환봉이 선박의 철판에 달라 붙는 것을 보고 연구하여 만든 것이 스터드 용접이라고 합니다 .

인천직업전문학교 산업설비과

1. 수업목표

2. 스터드 (Stud) 용접의 원리

목 차

4. 스터드 (Stud) 용접의 용접장치

5. 용접방법

8. 적용

9. 평가3. 스터드 (Stud) 용접의 특징

4-1. 용접 토치4-2. 스터드(Stud)4-3. 페룰(Ferrule)

6. 스터드용접 재료2-1. Drawn Arc Process(DA Type) 2-2. Short Cycle Process(SC Type)2-1. Capacitor Discharge Process(CD Type)

7. 용도

스터드 용접

수업목표

1. 스터드 용접법의 원리를 이해하고 설명할 수 있다 .

2. 스터드 용접법의 용접장치 구성을 이해하고 , 용접방법을 알 수 있다 .

스터드 (Stud) 용접의 원리

스터드 용접 (Stud Welding) 은 볼트 , 환봉 , 핀 등의 금속 고정구를 철판이나 기존 금속면에 모재와 스터드 끝면을 용융시켜 스터드를 모재에 눌러 융합시켜 용접을 하는 자동 아크 용접법이다 .

스터드 끝에는 작은 돌출부가 마련되어 있어 이 돌출부를 모재에 대고 스위치를 당기면 조절기의 접점 회로가 닫히면서 충전된 전기가 돌출부를 통해 순간적으로 흐른다 . 이때 높은 저항이 생기면서 돌출부는 녹아버리고 순간적으로 아크가 발생하여 모재와 스터드의 접촉면을 녹여 용착이 되도록 한다 . 이와 같이 아크가 일어나는 동안 두 면은 스프링 작용 또는 공기 압력으로 맞대고 눌려지며 이 눌려진 순간 융합이 이루어져 용접이 되는 것이다 .

Drawn Arc Process(DA Type)

스터드를 Welding Gun 의 Chunk 에 넣고 작업할 용접 위치와 자세를 잡은 후 Switch 를 누르면 1 초 안에 모든 작업이 완료된다 .

이 방식에는 Stud 사양에 맞는 Ferrule 이라고 부르는 세라믹 아 -크 실드가 사용된다 .

Short Cycle Process(SC Type)

이 방식은 DA Type 과 용접원리는 같으나 용접시간을 아주 짧게 사용 (1~100ms) 하여 자동차 산업의 차체 판넬에 널리 사용된다 .

Capacitor Discharge Process(CD Type)

1) CD Type 의 스터드 용접은 콘덴샤에 전기적 에너지를 저장했다가 순간적인 방전에 의해 발생한 아 - 크로 인해 용접 열이 발생하며 이때 용융된 부위에 Welding Gun 의 스프링 압력에 의해 융착된다 .

2) 아 - 크 열은 순간적인 저항열에 의해 Stud Base 의 돌기 (Ignition Tip) 가 증발되면서 발생된다 .

3) CD Type 에는 Contact Mode 와 Gap Mode 의 두 가지 방법이 사용된다 .

4) 충전용량 , 충전전압 , 스프링 압력 등 이 세 조건은 CD Type 스터드 용접에 필수적이다 .

스터드 (Stud) 용접의 특징

1. 용접변형이 적다 .

2. 용착 금속부 또는 열영향부가 경화되는 경우가 있다 .

3. 용접조건이 부적절한 경우에도 외관상으로는 별 문제가 없다 .

4. 철강재료 이외에 구리 , 황동 , 알루미늄 , 스테인리스강에도 적용

5. 모재에 구멍을 뚫지 않고 볼트를 100% 용착시키므로 시간이 절약되며 미숙련공도 바로 작업 할 수 있으므로 경제성을 보장한다 . ( 빠른 작업속도 )

6. 용접봉 , 후럭스 , 가스 등의 보조재료가 일체 필요 없다 .

7. 전자세 용접이 가능

스터드 (Stud) 용접의 용접장치

스터드 용접장치는 용접전원 , 제어장치 , 용접토치 또는 용접헤드로 이루어져 있다 .

용접전원으로는 직류 , 교류 어느것이나 사용되나 현장용접 등에서는 용접 케이블이 길어 이것에 수반되는 전압강하 , 아크의 불안정 등이 문제가 되어 세렌정류기를 이용한 직류용접기가 많이 사용되고 있다 .

용접장치 - 용접토치

용접토치 (Welding Gun) 는 끝에 스터드를 끼울 수 있는 스터드 척 (Stud Chuck) 과 내부에는 스터드를 누르는 스프링 및 전자석 (Solenoid), 통전용 스위치 등으로 구성되어 있다 .

용접장치 – 스터드 (Stud)

스터드는 보통 5~16 ㎜ 정도의 것이 많이 쓰이며 용도에 따라 여러 가지 모양이 있다 . 용접부의 형상은 대부분 원형이나 장방형으로 되어 있다 . 스터드의 끝부분은 그림과 같이 탈산제를 충진 또는 부착시켜 용접부의 기계적 성질을 개선하고 있으며 용접부의 단면적이 증가함에 따라 그 필요성도 증가된다 .

용접장치 – 페룰 (ferrule)

페룰은 내열성의 도기로 만들며 아크를 보호하기 위한 것이며 모재와 접촉하는 부분은 홈이 패여 있어 내부에서 발생하는 열과 가스를 방출할 수 있도록 되어 있다 . 그 역할을 살펴보면 다음과 같다 . (1) 용접이 진행되는 동안 아크열을 집중시켜 준다 . (2) 용융금속의 산화를 방지한다 . (3) 용융금속의 유출을 막아준다 . (4) 용착부의 오염을 방지한다 . (5) 용접사의 눈을 아크 광선으로부터 보호해 주는 등 중요한 역할을 한다 .

스터드 (Stud) 용접의 용접방법 (1)

스터드 용접은 용접전 모재와 스터드의 재질 , 스터드의 지름에 따라 전류를 잘 선택해야 한다 . 장비에 표시되어 있는 출력선 (2 차선 ) 소켓의 (+) 전극은 항상 모재에 접지시켜서 사용하며 알루미늄 용접시는 (-) 전극을 모재에 접지하여 사용한다 . 또 스터드의 지름이 클 경우에는 많은 전류가 필요하므로 용접기의 부하를 고려해 여러 대의 용접기를 병렬로 연결하여 사용하면 효과적이다 .

※ 잠시 기다리시면 동작형상을 보여줍니다 . ※

스터드 (Stud) 용접의 용접방법 (2)

용접을 할 때는 용접토치의 스터드 척에 스터드를 끼우고 , 스터드 끝부분에는 페룰을 붙인다 . 그 다음 통전용 스위치를 당기면 전자석 (Solenoid) 의 작용에 의해 스터드가 약간 끌어올려진다 . 이때 모재와 스터드 사이에서 아크가 발생되어 모재와 스터드 끝부분이 용융된다 . 아크 발생시간 ( 통전시간 ) 은 모재의 두께 및 스터드의 지름에 알맞게 미리 제어장치로 조정해 두면 소정 시간 아크가 발생된 후 소멸됨과 동시에 전자석에 전류가 차단되므로 스터드를 잡아 당기던 것이 스프링에 의해 용융 풀에 눌려지므로 용접이 된다 . 마지막으로 스터드에서 척을 빼고 페룰을 파괴하여 제거하면 용접이 완료된다 . 일반적으로 아크 발생 시간은 0.1~2 초 정도로 한다 .

스터드 (Stud) 용접의 용접재료

① 스테인리스강 오스테나이트계 스테인리스강의 스터드는 같은 재질의 모재 또는 연강 모재에 용접이 가능하다 . 용접조건은 연강 스터드 용접과 거의 같다 . ② 황동 황동 스터드의 재료는 아연 (Zn) 의 함유량이 적어야 하며 , 판의 두께가 두꺼울 때에는 모재를 예열하여 용접하는 경우도 있다 . 용접이 가능한 스터드의 지름은 3~10 ㎜ 정도이며 페룰은 사용하지 않아도 된다 . 용접조건은 직류 역극성을 사용하고 용접전류는 같은 지름의 철 스터드에 대한 값의 1/2 정도로 통전시간을 어느 정도 길게 해주는 것이 좋다 . ③ 알루미늄 알루미늄 스터드 용접은 특수 형상의 페룰과 스터드의 용접단에 용제를 부착시킨 것과 불활성 가스 (Inert Gas) 분위기 내에서 용접하는 방법 등이 있다 . 이중 불활성 가스 용접법이 일반화 되어 있으며 불활성 가스로는 알곤(Ar) 또는 헬륨 (He) 을 사용한다 .

스터드 (Stud) 용접의 용도

■ 건축분야 : 닥트 단열 , 방음설비 , 배관 , 원자력 발전소 , 오피스텔 , 교량

■ 가정용품분야 : 식기 , 주방기구 , 가정전기기구 , 잡화 .

■ 자동차분야 : 마크 , 계기 , 내장재 , 윈도우샷시 .

■ 선박분야 : 단열 및 방수설비 , 각종의장 , 배선 , 배관 .

■ 전기 기기관계 : 배전반 , 자동판매기 , 에어콘 , 엘리베이터 , 냉장고 . ■ 중공업 분야 : 보일러 , 유압기기 , 공조설비 , 변압기 , 내화물의 고정 .

적 용 (1)

1. 스터드 용접 (Stud Welding) 은 볼트 , 환봉 , 핀 등의 금속 고정구를 철판이나 기존 금속면에 모재와 스터드 끝면을 용융시켜 스터드를 모재에 눌러 융합시켜 용접을 하는 자동 아크 용접법이다 .

2. 철강재료 이외에 구리 , 황동 , 알루미늄 , 스테인리스강에도 적용이 가능하다 .

3. 스터드 용접장치는 용접전원 , 제어장치 , 용접토치 또는 용접헤드로 이루어져 있다 .

적 용 (2)

4. 용접방법

평 가

1. 일반적인 스터드 용접의 아크 발생시간은 ?

② 3~4 초 ③ 5~6 초 ④ 7~8 초 ① 0.1~2 초 ① 0.1~2 초

2. 스터드 용접으로 용접 가능한 재료는 무엇이 있는가 ?

철강재료 외에 구리 , 황동 , 알루미늄 , 스테인리스강