アー크 용접기 gMAW 대비 패스당 비용을 절반으로 줄일 수 있는가?
산업용 용접에서 올바른 공정 선택은 생산성, 품질, 비용에 직접적인 영향을 미칩니다. 두 가지 인기 있는 방법은 아크 용접(SAW)을 사용하는 アー크 용접기 그리고 GMAW(Gas Metal Arc Welding)로 알려진 MIG 용접입니다. 두 공정 모두 전기 아크를 사용하여 금속을 결합하지만 설계, 성능, 비용 측면에서 상당한 차이가 있습니다. 제조업체 및 용접업체를 위한 핵심 질문은 다음과 같습니다: 어느 공정이 패스당 비용을 절감할 수 있는가 — アー크 용접기 아니면 GMAW인가? 이 가이드에서는 두 공정을 비교하여 용착 속도, 재료 사용량, 노동력, 에너지 비용 등의 요소를 분석함으로써 패스당 비용을 절반으로 줄일 수 있는 옵션을 파악합니다.
서브머지드 아크 용접기와 GMAW 이해하기
アー크 용접기
서브머지드 아크 용접기는 연속 전극 와이어를 용접 조인트에 공급하며, 아크와 용융된 용접 풀이 입상의 플럭스층에 의해 보호됩니다. 플럭스는 녹아서 보호 슬래그를 형성하여 공기로 인한 오염을 방지하고 용접 품질을 향상시킵니다. 서브머지드 아크 용접기는 높은 용착 속도, 깊은 용입, 그리고 두꺼운 재료(6mm 이상)에 적합한 것으로 알려져 있습니다. 이러한 용접기는 조선, 파이프라인 건설, 구조용 강재 제작과 같은 중공업 분야에서 자주 사용됩니다.
GMAW (가스 금속 아크 용접)
GMAW는 용접 건을 통해 연속 전극 와이어를 공급하며, 아크는 아르곤 또는 이산화탄소 같은 보호 가스에 의해 보호됩니다. 이 가스는 용접 풀이 산소와 질소에 오염되지 않도록 하여 깨끗한 융합을 보장합니다. GMAW는 다용도로 사용되며, 얇은 두께부터 중간 두께(0.5–12 mm)의 재료에 적합하며, 휴대성과 사용 용이성 덕분에 자동차, 제조업 및 수리 작업에서 널리 사용되고 있습니다.
주요 비용 요인: 패스당 비교
패스당 비용은 소모품, 인건비, 에너지, 설비 마모 등의 비용을 종합적으로 계산하여 산출됩니다. 서브머지드 아크 용접기와 GMAW 방식이 각 항목에서 어떻게 성능을 발휘하는지 살펴보겠습니다.
1. 용착 속도 및 생산성
용착 속도는 시간당 투입되는 필러 금속의 양을 의미하며, 패스당 비용에 직접적인 영향을 미칩니다. 이 속도가 높을수록 용접 부위를 채우기 위해 필요한 패스 수가 줄어들고, 이는 곧 인건비와 시간 절감으로 이어집니다.
- アー크 용접기 이러한 장비들의 용착 속도는 일반적으로 시간당 5~20kg 수준에서 우수한 성능을 보입니다. 고출력 서브머지드 아크 용접기의 경우 두꺼운 재료에 대해 시간당 30kg/시간까지 성능을 발휘하기도 합니다. 이처럼 높은 출력 덕분에 단일 패스로도 큰 용접 부위를 채울 수 있어 GMAW 대비 필요한 패스 수를 줄일 수 있습니다. 예를 들어, 20mm 두께의 강판 용접 시 서브머지드 아크 용접기는 2~3회의 패스로 작업이 가능하지만, GMAW 방식의 경우 5~7회의 패스가 필요할 수 있습니다.
- GMAW : 퇴적율이 낮으며 일반적으로 시간당 1~8kg이다. 보호 가스로 인해 스패터나 다공성을 유발하지 않는 범위 내에서 허용되는 전류가 제한적이기 때문에 작업 속도가 느리다. 두꺼운 재료는 더 많은 패스가 필요하여 조인트당 총 소요 시간과 인건비가 증가한다.
높은 퇴적율로 인해 서브머지 아크 용접기는 생산성이 더 높으며, 패스당 작업 시간과 인건비를 크게 절감할 수 있다.
2. 소모품 비용: 전극, 플럭스 및 가스
소모품(전극 와이어, 플럭스, 보호 가스)은 패스당 비용에서 큰 비중을 차지한다.
- アー크 용접기 : 소모품에는 전극 와이어와 플럭스가 포함된다. 플럭스는 상대적으로 저렴하며, 사용되지 않은 일부 플럭스는 회수하여 재사용할 수 있어(일부 설비에서는 최대 50~70%까지 재사용 가능) 폐기물이 줄어든다. SAW용 전극 와이어는 가스 호환성을 위한 특수 코팅이 필요하지 않기 때문에 GMAW 와이어보다 kg당 가격이 저렴한 경우가 많다.
- GMAW : 소모품에는 전극 와이어와 보호 가스가 포함됩니다. 보호 가스는 반복 비용이 발생하며, 일반적인 실린더 가격은 $50~$100이며 연속 사용 시 8~12시간 정도 사용할 수 있습니다. 또한 특수 코팅으로 인해 GMAW 와이어는 SAW 와이어보다 비용이 더 많이 듭니다. 게다가 GMAW는 스패터 발생량이 더 많아 와이어 낭비 및 용접 후 청소 작업이 필요하여 간접 비용이 증가합니다.
서브머지드 아크 용접기는 특히 플럭스 회수를 통해 금속 단위 kg당 소모품 비용이 더 저렴합니다.
3. 인건비
인건비는 용접자가 각 패스에 소요하는 시간과 요구되는 숙련도에 따라 달라집니다.
- アー크 용접기 : SAW 방식은 자동 또는 반자동으로 운용되는 경우가 많아 고도의 숙련도를 가진 작업자 필요성이 줄어듭니다. 일단 설정 파라미터가 조정되면 기계는 연속적으로 작동할 수 있으며, 작업자는 아크를 수동으로 유도하는 대신 진행 상황을 모니터링만 하면 됩니다. 이를 통해 한 명의 작업자가 여러 기계를 관리할 수 있기 때문에 패스당 인건비가 절감됩니다.
- GMAW gMAW는 종종 숙련된 용접공이 용접총을 조작하고, 이동 속도를 유지하며, 조인트의 변동에 따라 조정해야 하기 때문에 수작업으로 진행됩니다. 수작업은 특히 여러 번의 패스가 필요한 대형 조인트의 경우 느리고 노동 집약적이며, 숙련된 GMAW 용접공은 시간당 임금이 높아 패스당 비용이 증가합니다.
자동화된 서브머지드 아크 용접기는 인건비를 절감할 수 있어 패스당 비용을 낮추는 데 중요한 요소입니다.
4. 에너지 효율
에너지 사용량은 대량의 용접이 필요한 경우 운영 비용에 영향을 미칩니다.
- アー크 용접기 sAW는 더 높은 전류(300~1000암페어)를 사용하지만 용접을 위한 열로 에너지를 매우 효율적으로 전환합니다. 플럭스는 용접 풀에 열을 집중시켜 에너지 낭비를 줄어줍니다.
- GMAW gMAW는 낮은 전류(100~400암페어)를 사용하지만 에너지 효율성이 떨어집니다. 스패터나 열 손실로 인해 더 많은 에너지가 낭비되며, 여러 번의 패스가 필요한 경우 조인트당 총 에너지 소비량이 증가합니다.
아크 용접기의 경우 시간당 소비 전력은 더 많지만, 높은 용입율 덕분에 용접 금속 kg당 총 에너지 사용량이 적어져서 통과당 에너지 비용이 절감됩니다.
5. 용접 후 청소 및 재작업
청소 및 재작업으로 인한 비용은 통과당 경비에 추가됩니다.
- アー크 용접기 sAW는 스패터 발생이 적으며 용접 부위를 식히는 동안 보호층 역할을 하는 슬래그층을 형성합니다. 슬래그는 쵸크 해머로 쉽게 제거할 수 있어 청소에 소요되는 시간이 줄어듭니다. 용접 품질이 우수하여 기공이나 용접 불균일 등의 결함이 거의 발생하지 않아 재작업 비용이 낮습니다.
- GMAW gMAW의 경우 스패터가 더 많이 발생하여 연마 또는 쵸킹 작업이 필요합니다. 불충분한 가스 커버리지로 인해 기공이 발생할 수 있고, 이동 속도가 일정하지 않으면 비드가 고르지 않게 되어 재작업이 늘어나게 됩니다. 이러한 추가 단계로 인해 통과당 시간과 인건비가 증가합니다.
아크 용접기는 용접 후 비용을 절감하여 통과당 비용을 추가로 줄일 수 있습니다.
실제 비용 비교: 사례 연구
차이를 설명하기 위해 두 공정을 사용하여 15mm 두께의 강판 조인트(1미터 길이)를 용접할 때의 패스당 비용을 비교해 보겠습니다. 서브머지드 아크 용접기를 사용할 경우, 용착율은 시간당 10kg이며 조인트 완성에 2회의 패스가 필요합니다. 자동화 공정이기 때문에 노동 비용은 시간당 30달러이며, 소모품(와이어 및 플럭스)은 kg당 1.20달러입니다. 에너지 비용은 kWh당 0.15달러이며, 정리 작업이 거의 없어 추가 비용이 적게 듭니다. 서브머지드 아크 용접기의 패스당 총 비용은 18.50달러입니다.
GMAW의 경우 용착율은 시간당 3kg으로 더 낮으며, 동일한 조인트에 5회의 패스가 필요합니다. 수작업으로 진행되기 때문에 노동 비용은 시간당 45달러로 더 높으며, 소모품(와이어 및 가스)은 kg당 2.50달러입니다. 스패터가 더 많이 발생하여 추가 정리 시간이 필요하고, 패스 횟수가 많아짐에 따라 에너지 소비도 증가합니다. GMAW의 패스당 총 비용은 42.30달러입니다.
이 시나리오에서 서브머지드 아크 용접기는 GMAW 대비 퍼패스 비용을 50% 이상 절감하는데, 이는 높은 생산성과 낮은 소모품 비용, 그리고 노동력 감소에 기인합니다.
GMAW가 비용 절감 효과를 더 제공하는 경우는 언제인가요?
서브머지드 아크 용접기가 중후장대한 작업에 뛰어난 반면, 특정 상황에서는 GMAW가 더 저렴할 수 있습니다:
- 박판 재료 : 6mm 미만의 재료에는 GMAW가 설치 과정이 적게 들며 조인트를 1~2 패스로 완성할 수 있어 SAW의 높은 초기 설치 비용을 피할 수 있습니다.
- 작고 복잡한 조인트 : GMAW는 휴대성과 수동 제어 기능 덕분에 자동화가 비실용적인 복잡한 조인트나 소형 부품 작업에 더 적합합니다.
- 소량 생산 : 가끔 사용하는 용접 작업의 경우, GMAW 장비는 서브머지드 아크 용접기보다 구매 및 유지 비용이 저렴해 총 비용을 절감할 수 있습니다.
자주 묻는 질문
서브머지드 아크 용접기는 GMAW 기계보다 구매 비용이 더 비싼가요?
예, 서브머지드 아크 용접기의 초기 투자 비용은 GMAW 기기($2,000–$15,000)에 비해 높은 편($10,000–$50,000)입니다. 하지만 대량 생산에서는 패스당 비용 절감 효과가 빠르게 나타나므로 초기 비용을 상쇄할 수 있습니다.
서브머지드 아크 용접기를 얇은 재료에 사용할 수 있나요?
그렇지 않습니다. SAW의 높은 열입력은 6mm 미만의 재료에서 펀치아웃 현상을 일으킬 수 있습니다. 얇은 금속에는 GMAW가 더 적합합니다.
플럭스 회수가 서브머지드 아크 용접기의 비용을 실제로 절감시킬까요?
네. 플럭스를 회수하여 재사용하면 소모품 비용을 30~40% 절감할 수 있어 SAW를 대규모 프로젝트에서 더욱 경제적으로 만들어 줍니다.
GMAW가 소규모 작업에 더 빠른가요?
네. GMAW는 SAW에 비해 설치 시간이 적게 소요되므로 짧고 단순한 이음부나 소량 생산에는 더 빠릅니다.
서브머지드 아크 용접기는 GMAW 기기보다 유지보수가 더 필요한가요?
아니요. SAW는 GMAW 건에 비해 움직이는 부품이 적으며, GMAW 건의 경우 노즐 청소 및 라이너 교체 주기가 더 잦습니다. SAW의 유지보수는 플럭스 시스템과 와이어 공급 장치에 집중되며, 그 빈도는 상대적으로 낮습니다.
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