용접 파라미터 완전 정복: 전압·전류부터 야금학적 최적화까지 (2026 실무 가이드)
현장의 용접 불량(Defect)은 단순히 '기술자의 손기술' 문제일까요? 데이터는 그렇지 않다고 말합니다. 용접 결함의 80% 이상은 전압(Voltage), 전류(Current), 그리고 온도(Temperature)라는 물리적 변수의 부적절한 설정에서 기인합니다.
과거에는 숙련공의 '감'에 의존했다면, 2026년 현재는 데이터와 AI가 용접 품질을 보증하는 시대입니다. 본 가이드는 단순한 이론서가 아닙니다. 탄소강부터 조선해양용 고장력강(EH36)까지, 실무 엔지니어가 WPS(용접절차사양서)를 작성하고 현장 트러블슈팅을 할 때 즉시 참고할 수 있는 표준 파라미터와 야금학적 기준을 총정리했습니다.
- 전압(V): 비드의 폭과 납작함을 결정 (아크 길이 제어).
- 전류(A): 용입 깊이와 용착 속도를 결정 (와이어 송급 속도 연동).
- 입열량 & 온도: 고장력강의 충격 인성과 크랙 감수성을 결정하는 생명선.
1. 전압과 전류: 비드 형상을 지배하는 물리학
많은 초임 엔지니어가 전압과 전류의 역할을 혼동합니다. 이 둘의 상관관계를 명확히 이해하는 것이 파라미터 최적화의 첫걸음입니다.
1.1 아크 전압 (Arc Voltage): 비드의 '폭'을 넓히다
전압은 전기적으로 아크의 길이(Arc Length)를 의미합니다. 전압을 높이면 아크가 길어지고 넓게 퍼집니다.
- 전압 상승 시: 비드 폭이 넓어지고 높이가 낮아져 평평해집니다. 후판 용접 시 젖음성(Wetting)을 좋게 하여 융합 불량을 방지합니다.
- 전압 하강 시: 아크가 좁고 집중됩니다. 박판 용접 시 용락(Burn-through)을 막거나 좁은 개선 홈을 용접할 때 유리합니다.
- 주의사항: 스테인리스강은 용융 금속의 유동성이 낮으므로, 탄소강보다 전압을 1~2V 높게 설정하여 비드를 강제로 펴줘야 합니다.
1.2 용접 전류 (Welding Current): 용입의 '깊이'를 파다
전류는 열 에너지의 총량, 즉 '파워'입니다. MIG/FCAW 용접기에서 전류는 와이어 송급 속도(WFS)에 의해 결정됩니다.
- 경험칙 (Rule of Thumb): 강판 두께
용접 파라미터 완전 정복: 전압·전류부터 야금학적 최적화까지 (2026 실무 가이드) 용접 파라미터 완전 정복: 전압·전류부터 야금학적 최적화까지 (2026 실무 가이드)
현장의 용접 불량(Defect)은 단순히 '기술자의 손기술' 문제일까요? 데이터는 그렇지 않다고 말합니다. 용접 결함의 80% 이상은 전압(Voltage), 전류(Current), 그리고 온도(Temperature)라는 물리적 변수의 부적절한 설정에서 기인합니다.
과거에는 숙련공의 '감'에 의존했다면, 2026년 현재는 데이터와 AI가 용접 품질을 보증하는 시대입니다. 본 가이드는 단순한 이론서가 아닙니다. 탄소강부터 조선해양용 고장력강(EH36)까지, 실무 엔지니어가 WPS(용접절차사양서)를 작성하고 현장 트러블슈팅을 할 때 즉시 참고할 수 있는 표준 파라미터와 야금학적 기준을 총정리했습니다.
💡 핵심 요약:- 전압(V): 비드의 폭과 납작함을 결정 (아크 길이 제어).
- 전류(A): 용입 깊이와 용착 속도를 결정 (와이어 송급 속도 연동).
- 입열량 & 온도: 고장력강의 충격 인성과 크랙 감수성을 결정하는 생명선.
1. 전압과 전류: 비드 형상을 지배하는 물리학
많은 초임 엔지니어가 전압과 전류의 역할을 혼동합니다. 이 둘의 상관관계를 명확히 이해하는 것이 파라미터 최적화의 첫걸음입니다.
1.1 아크 전압 (Arc Voltage): 비드의 '폭'을 넓히다
전압은 전기적으로 아크의 길이(Arc Length)를 의미합니다. 전압을 높이면 아크가 길어지고 넓게 퍼집니다.
- 전압 상승 시: 비드 폭이 넓어지고 높이가 낮아져 평평해집니다. 후판 용접 시 젖음성(Wetting)을 좋게 하여 융합 불량을 방지합니다.
- 전압 하강 시: 아크가 좁고 집중됩니다. 박판 용접 시 용락(Burn-through)을 막거나 좁은 개선 홈을 용접할 때 유리합니다.
- 주의사항: 스테인리스강은 용융 금속의 유동성이 낮으므로, 탄소강보다 전압을 1~2V 높게 설정하여 비드를 강제로 펴줘야 합니다.
1.2 용접 전류 (Welding Current): 용입의 '깊이'를 파다
전류는 열 에너지의 총량, 즉 '파워'입니다. MIG/FCAW 용접기에서 전류는 와이어 송급 속도(WFS)에 의해 결정됩니다.
- 경험칙 (Rule of Thumb): 강판 두께 1mm당 약 40~50A (또는 0.001인치당 1A) 정도가 기준이 됩니다. 예를 들어 3.2mm 강판은 약 125~130A에서 시작합니다.
- 전류 밀도 효과: 같은 전류라도 1.2mm 와이어보다 0.9mm 와이어를 쓸 때 전류 밀도가 높아져 용입이 더 깊어집니다.
2. 재질별 실전 용접 전략 (표준 데이터)
재료의 화학적 조성에 따라 최적의 파라미터는 달라집니다. 아래 데이터는 WPS 수립을 위한 기준점(Baseline)으로 활용하세요.
2.1 탄소강 및 스테인리스강 두께별 표준 테이블 (MIG/TIG)
재질 두께 (mm) 공정 와이어 (mm) 전류 (A) 전압 (V) 핵심 포인트 Mild Steel 0.8 MIG 0.6 30 - 45 15 - 17 Short Circuit 모드, 용락 주의 Mild Steel 3.2 MIG 0.9 130 - 160 20 - 22 Globular/Spray 전이 구간 Mild Steel 6.4+ MIG 1.2 200 - 250 24 - 26 Spray 모드, 깊은 용입 Stainless (304) 1.6 TIG 1.6 95 - 135 10 - 12 100% Ar 가스, 텅스텐 오염 방지 Stainless (304) 3.2 MIG 0.9 120 - 150 19 - 21 Tri-mix(He첨가) 가스 추천 ※ 출처: AWS Welding Handbook 및 최신 연구 자료 기반 재구성2.2 조선해양 고장력강 (AH36/EH36) FCAW 파라미터
조선소에서 가장 많이 쓰이는 고장력강은 저온 충격 인성 확보가 핵심입니다. EH36은 -40°C에서도 깨지지 않아야 하므로 입열량 제한이 엄격합니다.
강종 자세 두께 (mm) 전류 (A) 전압 (V) 입열량 제한 비고 AH36 / EH36 3G (수직) 12 - 25 180 - 220 23 - 25 1.5 - 2.0 kJ/mm 흘러내림 방지, 위빙 필요 AH36 / EH36 1G (아래보기) 12 - 25 240 - 280 28 - 30 Max 2.5 kJ/mm 생산성 중심, 다층 용접 ⚠️ 주의: EH36급 이상에서는 입열량이 과다할 경우 결정립이 조대화(Coarsening)되어 인성 값이 급격히 떨어집니다. 반드시 제조사가 권장하는 입열량 범위(Heat Input Window)를 준수해야 합니다.
3. 후판 및 특수 용접: 50mm의 벽을 넘어서
두께 50mm 이상의 극후판은 일반적인 V형 개선으로는 용접량이 너무 많아 비효율적입니다. 여기서 협개선(Narrow Gap) 기술이 등장합니다.
- 협개선 SAW (Narrow Gap SAW): 개선 각도를 5~15도로 좁혀 용착 금속량을 획기적으로 줄입니다.
- 추천 조건 (50mm EH36): 4.0mm 와이어, 전류 450~500A, 전압 30~33V.
- 핵심: 측벽 융합(Side Wall Fusion)이 중요하므로, 전압을 약간 높여 아크를 퍼뜨리거나 2전극(Tandem) 방식을 사용합니다.
- 일렉트로슬래그 용접 (ESW): 아크가 아닌 슬래그의 저항열로 용접합니다. 단, 입열량이 매우 커서(초고입열), 용접 후 노멀라이징(Normalizing) 열처리가 필수적입니다.
4. 열 관리의 과학: 온도와 시간의 싸움
용접 품질의 50%는 '전기'가 아니라 '열'이 결정합니다. 특히 수소 유기 균열(Cold Cracking)과 인성 저하는 온도 관리 실패에서 옵니다.
4.1 AWS D1.1 기반 예열(Preheat) 온도 기준
예열은 냉각 속도를 늦춰 마르텐사이트 생성을 억제하고 수소를 방출시킵니다.
두께 범위 (mm) 최소 예열 온도 (°C) 관리 목적 t < 20 10°C (상온) 수분 제거, 결로 방지 20 ≤ t ≤ 38 10 ~ 65°C 구속도가 높을 경우 예열 필수 38 < t ≤ 65 65 ~ 110°C 열충격 완화, 저온 균열 방지 t > 65 110°C 이상 심부 잔류 응력 완화 필수 4.2 층간 온도와 t8/5의 딜레마
- 층간 온도(Interpass Temp): 다층 용접 시 이전 패스의 열이 식기 전 온도입니다. EH36 같은 고인성 강재는 최대 250°C를 넘지 않도록 관리해야 합니다. 온도가 너무 높으면 냉각이 느려져 조직이 물러집니다.
- t8/5 냉각 시간: 800°C에서 500°C까지 식는 시간입니다.
- 너무 빠르면 ($t_{8/5} < 7s$): 너무 딱딱해져서 깨짐 (마르텐사이트).
- 너무 느리면 ($t_{8/5} > 30s$): 너무 물러져서 강도 저하 (조대 페라이트).
- 최적 구간: 10~20초 사이를 유지하는 것이 고장력강 용접의 핵심 노하우입니다.
결론: AI 기반 스마트 용접 시대로의 전환
2026년의 용접 현장은 더 이상 개인의 감각에만 의존하지 않습니다. 본 가이드에서 제시한 전압-전류-온도 데이터 테이블은 여러분의 용접 절차를 표준화하는 강력한 무기가 될 것입니다.
하지만 이것이 끝이 아닙니다. 최근에는 AI 알고리즘이 실시간으로 아크 파형을 분석하여, 팁 거리(CTWD)가 변하더라도 자동으로 전류/전압을 보정하는 적응형 제어(Adaptive Control) 기술이 보편화되고 있습니다. 기본 원리를 마스터한 뒤, 스마트 용접 시스템을 도입한다면 생산성과 품질이라는 두 마리 토끼를 완벽하게 잡을 수 있을 것입니다.