자동차정비소, 자동차학과, 자동차정비기사 등 자동차정비사업 요점정리 20. 장비관리 10

20. 장비관리 10

 

나. 가스용접 및 절단

(1) 가스용접의 개요
가스 용접이란 아세틸렌(C2H2), 수소(H2)가스, 액화석유가스(LPG) 등의 가연성 가
스와 산소와의 혼합 가스가 연소할 때에 발생하는 약 3,000℃의 연소열을 이용하
여 용접하는 것을 말하며, 가장 많이 사용되는 방법은 산소-아세틸렌 용접이다.
가스용접의 장점은 응용 범위가 넓고 설비비용이 적게 들며 용접 시 열량 조절이
쉬운 점이다.
반면 단점으로는 열효율이 낮으며, 용접 시 열의 집중이 나쁘므로 가열 시간이 오래
걸리고 가열 범위가 넓어져 변형과 재질의 변화가 많아진다.

(2) 가스 및 불꽃
가스용접에 사용되는 가스는 가연성 가스의 연소를 돕는 조연성 가스인 산소와 연료
가 되는 아세틸렌, 수소, 액화석유가스, 천연가스 등의 가연성 가스가 있다.

가) 산소(O2)
산소는 공기나 물속에 다량으로 포함되어 있으며, 색깔과 냄새와 맛이 없고, 비중
이 1.105로서 공기보다 조금 무겁다. 대부분의 원소와 직접 화합하여 산화물을 만
들며, 물질의 연소를 돕는 성질을 갖는 조연성(또는 지연성) 가스이다.

 

나) 아세틸렌(C2H2)
아세틸렌가스는 카바이드(CaC2)와 물(H2O)을 접촉시키면 발생되며, 아세틸렌가
스를 발생시키는 장치를 아세틸렌 발생기라고 한다. 아세틸렌 발생기는 주수식, 침
지식, 투입식의 3가지 형태가 있다. 일반적으로 카바이드 1kg에서 348리터의 아세
틸렌가스가 발생한다.
아세틸렌은 비중이 0.906으로서 공기보다 가볍고, 각종 액체에 잘 용해되며, 수소
와 탄소의 화합체로서 매우 불안정한 가스이므로 다음과 같은 위험성이 있다.
① 온도의 영향 : 406~408℃ → 자연 발화
505~515℃ → 폭발 가능
780℃ 이상 → 산소가 없이도 자연 폭발
② 압력의 영향 : 1.5기압 → 외력(진동, 충격 등)에 의해 폭발 가능
2기압 이상 → 자연 폭발 가능

다) 용해 아세틸렌
아세틸렌가스를 가스 발생기에서 발생시켜 그대로 사용하면 폭발의 위험이 따르
기 때문에 용해 아세틸렌이 사용된다. 용해 아세틸렌은 아세틸렌가스가 아세톤에
많이 용해되는 성질을 이용하여, 용기 속에 다공성 물질을 채워 넣고, 여기에 아세
톤을 흡수시킨 다음, 아세틸렌가스를 주입하면 아세틸렌가스는 다공성 물질에 흡수
되어 있는 아세톤에 용해되어 들어가게 된다.
아세틸렌가스를 용기에 충전할 때에는 보통 15℃에서 15기압이 되도록 한다. 아세
틸렌 용기중의 가스의 양을 계산하고자 할 때에는 다음의 식에 의한다.
C = 905 ( B - A )
여기서 A : 빈병 무게, B : 충전된 병 전체의 무게, C : 용적(ℓ)이다.

가스용접 설비

라) 산소 - 아세틸렌 불꽃
산소-아세틸렌 불꽃은 크게 3가지로 나누는데, 첫째 아세틸렌에 비하여 산소가
적게 혼합되어 아세틸렌이 완전 연소되지 못할 때 생기는 탄화 불꽃, 둘째 아세틸
렌과 산소의 혼합비가 적당하여 아세틸렌이 완전 연소될 때 생기는 중성 불꽃, 셋
째 아세틸렌에 비해 산소의 양이 너무 많이 혼합되어 아세틸렌을 완전 연소시키고
도 산소가 남는 산화 불꽃으로 나눈다.

용해 아세틸렌 용기

산소-아세틸렌 불꽃

용접 작업을 할 때에는 모재의 종류에 따라 3가지 불꽃 중 적당한 것을 선택해야
좋은 용접결과를 얻을 수 있다. 예를 들면, 알루미늄의 용접에는 탄화 불꽃, 황동의
용접에는 산화 불꽃을 사용하는 것이 좋다.

마) 불꽃의 변화
가스 용접 작업 중 안전기나 팁이 불량하거나, 부주의로 팁에 불순물이 끼여 있
으면 불꽃의 크기가 변하거나 폭음이 나고 역화 현상까지 오게 되므로, 이때에는
용접 작업을 중지하고 그 원인을 찾아 적절한 대책을 세워야 한다. 보통 팁 구멍을
청소하거나, 작업 도중 변한 가스 압력의 재조정, 과열된 토치를 식히는 등의 조치
를 취하면 된다.

(3) 가스용접의 설비와 기구
가) 산소 용기

산소 용기는 산소를 고압으로 채워 넣기 때문에 이음매 없이 만든다. 산소를 용기
에 충전할 때에는 보통 35℃에서 150기압이 되도록 한다.

나) 압력 조정기(pressure regulator)
감압 조정기라고도 하며 용기 내의 높은 압력의 가스를 적당한 압력으로 감압하
고, 사용 중 일정한 압력을 유지해 주는 기기이다.

다) 호스
산소와 아세틸렌가스의 혼용을 방지하기 위해 색으로 구별하며, 아세틸렌은 적색
또는 황색, 산소는 흑색 또는 녹색의 호스를 사용하고 있다.

 

라) 토치(torch)
산소와 아세틸렌을 적당한 비율로 혼합시켜 용접 불꽃을 만드는 기구를 토치라
한다.
토치는 손잡이, 혼합실, 팁, 산소 및 아세틸렌 밸브 등으로 구성되어 있다.

토치의 각부 명칭

① 불변압식(A형, 독일식) 토치
인젝터 속에 니들 밸브가 들어 있지 않아 불꽃의 크기를 자유로이 조절할 수
없다.
팁은 용접이 적합한 연강판의 두께로써 표시한다. 예를 들면, 1번 팁은 두께
1mm의 연강판의 용접에 적합하다.
② 가변압식(B형, 프랑스식) 토치
인젝터 속에 니들 밸브가 들어 있어 이것에 의해 가스의 흡인량을 변화시킴으
로써 불꽃의 능력을 자유로이 변화시킬 수 있다. 팁은 중성 불꽃으로 용접할 때
한 시간에 소비되는 아세틸렌의 양을 리터[ℓ]로 표시한다. 예를 들면, 100번 팁
은 중성 불꽃으로 용접할 때 한 시간에 아세틸렌이 100 소모되는 것을 뜻한다.
③ 사용 압력에 다른 토치의 분류
토치의 아세틸렌 사용 압력에 따라 표와 같이 분류한다.

종류	저압식	중압식	고압식
사용압력	0.07[㎏f/㎠] 이하	0.07~1.3[㎏f/㎠]	1.3[㎏f/㎠] 이상

(4) 가스절단
철과 산소와의 화학 반응을 이용하여 금속을 절단하는 방법으로서, 정밀도도 높고, 기
계 절단에 비해 능률도 높기 때문에 널리 이용되고 있다.

절단기

가) 절단 원리
절단하려고 하는 금속을 가스 불꽃으로 미리 예열하여 온도가 800~900℃가 되
었을 때, 고압의 산소를 불어 내면 철은 연소하여 산화철이 되고, 이 산화철은 산소
기류에 의해 불려 나가 절단이 이루어진다.

 

나) 절단 토치 및 팁

예열용 불꽃을 만들어 주는 혼합가스 분출 구멍(예열 불꽃 구멍)과 고압의 산소만
을 분출하는 절단 산소 분출 구멍(절단 산소 구멍)이 있어 예열과 절단을 일관되게
할 수 있다.
① 동심형 토치(프랑스식 토치)
예열 불꽃 구멍과 절단 산소 구멍이 한 개의 팁에 붙어 있는 것으로서, 전후 좌우
어느 방향으로나 절단이 가능하기 때문에 곡선의 절단에 좋다.
② 이심형 토치(독일식 토치)

예열 불꽃 구멍과 절단 산소 구멍이 별개의 팁으로 분리되어 있는 것으로서, 예열
팁이 붙어 있는 방향으로만 절단이 가능하여 작은 지름의 곡선 절단은 곤란하나 직 선 절단은 능률적이고 절단면이 아름답다.

(5) 역화방지기구
가스 용접, 용단(cutting)을 실시할 때는 토치(torch)로부터 역화(backfire)에 의해서
가스용기가 폭발하는 일이 있으므로 그 역화에 의한 사고를 방지하기 위해 안전기가 사
용되고 있다. 안전기는 취관마다 설치되는 것이 원칙이며, 주관(主管)에 안전기를 비치
하고 취관에 근접한 분기관(分畸管)마다 안전기를 비치한다.
● 역화사고의 원인
① 호스가 낡거나 또는 미세한 구멍이 있어 가스가 샐 경우
② 가스 토치가 노후 또는 조절밸브가 헐거울 경우
③ 팁(Tip)이 노후하거나, 막혔을 경우
④ 가스 용기 내의 가스를 거의 다 사용해 가스압이 현저히 저하됐을 경우
⑤ 가스 용기 내의 액체 또는 분말로 된 다공물질이 조정기(Regulator)를 통해 나와
토치를 막으면 호스의 약한 부위가 부풀어 터지면서 역화 하는 경우
⑥ 가스 용기가 넘어지거나 충격을 받을 경우
⑦ 가스 접합설비의 탱크나 배관선로 상에 외부의 충격이 가해졌을 경우
⑧ 가스 용기 내에 원인 모를 이상 고압이 발생했을 경우

역화방지기