전기 아크

1 아크(Electric Arc)

 1) 개요

   - 두 금속 사이에 다량의 전류를 흘려주면 두 금속 사이에 고온의 플라즈마가 형성됨. 이를 아크라 함.

   - 아크내 이온화된 기체와 전자는 양극과 음극을 구성되나 전체적으로 전기적 중성이다.

   - 전기 아크를 저전압(20~40V), 대전류(30~1000A)를 사용함.

   - 플라즈마(Plasma)

     * 기체의 온도가 증가하면 기체를 구성하고 있는 원자의 운동량이 증가하여 상호 충돌에 의해 원자의 최외곽 전자가 이탈하면서 이온화 되는 현상이 발생, 이때 이온화된 가스를 플라즈마라함.

 2) 특징

   - 철 이온 플라즈마는 약 6000℃의 분위기를 형성함.

   - 흘려주는 전류량을 조점함으로 입열량의 조절 가능.

 

2 아크의 구성

 1) 음극(Cathod)

   - 전자가 방출되는 곳으로 전체 아크열의 1/3이 음극에서 발생.

   - 음극의 최고온도는 3600도

 2) 음극강하지점

   - 음극점으로 100㎛ 떨어진 지점

   - 아크내에서 전압강하가 가장 크게 일어남(5~20V)

 3) 아크기둥

   - 전자, 원자, 분자 및 이온이 혼재되는 플라즈마 상태 영역

   - 4,500~20,000℃로 고온 분위기 형성

   - 전압강하는 적음(He : 42, Ar : 6 V/cm)

 4) 양극강하지점

   - 양극점으로 500㎛ 떨어진 지점

   - 전압강하가 비교적 적은 지점(0~30V)

 5) 양극점(Anode)

   - 가속된 전자가 충돌하여 흡수되는 지점

   - 전자의 운동에너지가 열에너지로 변환되는 지점으로 아크열의 2/3이 발생.
 
3 전자 방출 유형

 1) 소모성전극

   - 일반적으로 직류역극성(DCEP, DCRP)을 적용(전극이 양극 / 모재 음극)

   - 전극이 양극으로 이온에 의한 에너지가 모재에 전달

   - 용가재가 직접 전극이 되는 소모성 전극

   - SMAW, GMAW, FCAW

 2) 비소모성전극

   - 일반적으로 직류정극성(DCEN, DCSP)을 적용(전극이 음극 / 모재 양극)

   - 텅스텐전극을 사용하여 열전자가 분출되어 열이 모재에 전달되는 방식

   - GTAW, PAW