교류 TIG용접에서 Cleaning Width(AC Balance)에 대한 고찰

TIG 용접기에 있는 기능들 중에서 다른 것들은 대부분 기능이 명확하지만 Cleaning Width(이하 CW-용접기 제조사에 따라 AC Balance로 표기하기도 한다)에 대해서는 자세한 기능을 명시한 것이 드물다.

일단 용접에 관심이 있는 사람이라면 대부분 알고 있는 사실이긴 하지만 TIG용접의 원리를 간단히 살펴보면 TIG용접은 용가재에 전극을 걸어 접촉을 통해 생긴 아크로 용가재를 녹이는 방식이 아니고 텅스텐 전극을 가진 토치와 모재 사이에 생기는 아크로 모재를 녹이고 그 용융풀에 용가재를 넣어서 살을 올리는 용접방식이다.

이론상으로는 전류가 +에서 -로 흐르지만 실제로 에너지를 가진 전자는 -에서 +로 이동을 한다.
그래서 일반적인 아크용접과는 달리 TIG용접(직류 TIG용접)은 모재쪽이 +이고 토치쪽이 -로 설정되어 있다.
즉 토치에서 에너지를 가진 전자가 아크를 통해 모재로 전달되어 온도가 올라감으로써 용접이 가능한 것이다.

그렇다면 AC(교류) TIG용접은 무엇이고 어디에 사용이 되는가?
주로 알루미늄의 용접에서 사용이 되는데 알루미늄은 흔히 녹이 슬지 않는 것으로 알고 있지만 철처럼 붉은 녹이 슬지 않는 것이지 표면이 산화되면 산화알루미늄(알루미나) 피막이 생긴다.
알루미나 피막은 아주 얇지만 녹는 점이 높고 환원되지 않으므로 용접에 방해가 된다.
이 문제를 해결하기 위해서 나온 것이 토치와 모재의 전극을 전환하는 AC TIG 용접으로 토치가 -, 모재가 +인 경우는 모재로 전자가 이동하여 모재를 녹이고 토치가 +가 되고 모재가 -가 되면 모재에서 토치로 전자가 이동하면서 얇은 알루미나 피막을 날려버린다.

이 피막을 날려버리는 과정이 Cleaning이다.
교류의 한 주기 내에서 용접과 Cleaning이 반복적으로 일어나는데 기본적으로 50:50의 비율이라고 생각할 수 있지만 실제로는 상황에 따라 달리 용접과 Cleaning의 비율을 조절할 필요가 있다.
이 비율을 조절하는 것이 Cleaning Width Control 혹은 AC Balance Control이다.

용접의 비율을 높이면 다음과 같은 특성이 있다.
깊은 용입.
좁은 비드.
빠른 용접.
텅스텐 전극 수명 연장과 얇은 전극 사용이 가능.
좁은 산화피막 제거폭.

반대로 Cleaning의 비율을 높이면
강한 Cleaning 효과.
박판에 적합한 얕은 용입.
맞대기 가접시등에 유용한 넓은 비드 등의 특성을 갖는다.
하지만 전자가 텅스텐 전극에 열을 많이 가하게 되므로 전극과 토치의 온도가 빨리 올라가며 그로인해 텅스텐 전극 끝에 볼이 맺히는 현상(알루미늄 용접시 텅스텐 전극을 둥글게 가는 것과는 다른 텅스텐 전극 자체가 녹거나 이물질이 텅스텐전극에 달라붙는 현상)이 생기기 쉽다.

용접기의 종류에 따라 CW와 용접의 비율을 조절할 수 있는 범위는 다르지만 보통 용접의 비율을 사이리스터 제어 용접기의 경우 45%~65%까지, 인버터 제어 용접기의 경우 30%~99%까지도 조절이 가능하다.
설정 비율을 보면 알 수 있 듯 표면을 깨끗이 한 알루미늄을 용접할 때 보통 50:50비율보다는 용접의 비율을 좀더 높여서 사용하는 것이 일반적이라고 하겠다.