[기계안전기술사] 문제풀이 2008년 84-2-5 교류아크요접 재해유형 및 방호대책

문제

2002년 68회 68-4-3
3. 교류 ARC 용접시 발생할 수 있는 재해의 유형을 5가지 들고 방호대책을 설명하시오.

정답

1. 아크용접이란
아크용접은 아크가 발생할 때 나오는 열을 이용하여 금속재료를 용융 접합하는 용접법으로 아크는 용접되는
모재(Base metal)와 전극(Electrode)과의 사이, 또는 2개의 전극사이에서 발생한다. 양극과 음극 사이의 부분을 아크주(Arc Column)라 하며, 이 아크주는 강한 빛과 열을 발한다. 아크의 온도는 정확한 값을 측정하기는 어려 우나, 4,000~5,000℃ 정도이다. 양전극간의 전위차를 아크전압, 아크를 통하여 흐르는 전류를 아크전류라 한 다. 이 때문에 아크주의 비중은 주위의 가스보다 가벼워 위의 방향으로 떠오르려는 경향이 있어 아크형상이 되 며, 이러하여 아크라 부른다. 아크용접의 주요한 장점은 단지 고온이라는 것보다는 현저한 열에너지의 집중으로 접합부의 극히 소용적을 짧은 시간 내에 용융시킬 수 있다는 것이다.
아크용접을 효과적으로 수행하려면 모재의 성질이 용접에 적합한 성질을 가질 것, 즉 균열이 잘 생기지 않고, 산화기화하기 쉬운 성분이 적을 것, 열전도율이 너무 크지 않을 것 등이 필요하다. 또한 모재에 적합한 용접봉을 선정하는 것이 매우 중요하다. 피복용접봉의 피복재는 고온에서 가스를 발생하거나 슬래그가 되어 공기 중의 산 소와의 작용으로부터 용융금속을 보호하여 건전한 용접이 되도록 한다. 따라서 용접봉의 선정에 있어서는 심선 과 더불어 피복재의 선택도 중요하다. 또 용접봉의 크기, 용접전류, 아크전압 등도 용접작업에 중요한 영향을 끼 친다.

2. 아크용접기의 종류
아크용접에는 교류, 직류가 모두 사용되므로 용접기에는 교류 아크용접기(A.Carc welding machine)와 직 류 아크용접기(D.Care welding machine)가 있다. 용접 발달 초기에는 아크를 안정되게 유지하기 쉬운 직류 아 크 용접기가 많이 사용 되었으나, 현재는 피복용접봉의 발달로 교류에서도 아크의 안정이 좋고, 교류 아크 용접 기가 값이 싸므로 일반적으로 많이 사용되고 있다.
아크는 직류 전원을 사용할 때와 교류전원을 사용할 때 다소 다르다. 직류 아크는 전체 발열량의 60~75%가 양극측에서 발생하나, 교류의 경우는 교류 전류인 까닭에 양극 음극 모두 발열량이 같다. 또한 최근에 성행되는 이너어트 가스 아크용접(Inert gas arc welding)이나 자동용접의 같은 경우에는 극성(Polarity)의 관계로 직류 가 많이 사용된다. 직류의 경우 용접물이 두꺼울 때 모재를 양극으로 한 정극성(Straight polarity), 용접물이 얇 은 때는 반대로 모재를 음극으로 하는 경우를 역극성(Reverse polarity)이라 한다. 아크를 발생할 수 있는 전압 은 직류에서는 50~80V, 교류에서는 60~95V 정도이다.

가. 직류 아크 용접기
일종의 직류발전기로서 안정된 아크를 필요로 하는 박판, 경합금, 스테인리스강 등의 용접에 사용된다. 직류 를 얻는 방법에 따라 발전기식과 정류 있다.

나. 교류 아크 용접기
보통 사용하는 교류 아크 용접기는 일종의 변압기이며, 용접을 행할때 자동적으로 2차 전압이 강하하는 특성 을 가지도록 설계되어 있다. 교류아크용접기의 종류는 용접전류의 조정방법에 따라 탭(Tap) 전환형, 가동 철심 형, 가동코일형, 과포화 리엑터(Reactor) 형이 있으며, 가동철심형이 구조가 간단하고 가격이 싸기 때문에 현재 가장 널리 이용되고 있다. 교류용접기는 직류용접기에 비하여 안정성이 떨어지나 가격은 1/3~1/4이 되므로 직류용접기보다 널리 사용되고 있다.

3. 재해유형 및 방호대책
아크용접, 가스용접 및 용단작업 중에 발생하는 재해의 유형은 매우 다 양하며, 발생원인도 복잡 다양하다. 감전, 폭발, 화상, 중독 등 여러 재해 의 종류로 사망 등 중대재해를 유발시킨다.
또한 용접작업에서 발생하는 용접흄 또는 유해가스, 유해광선, 고열환 경 등으로 나타나게 되며, 특히 좁고 폐쇄된 작업장에서 아크용접을 하는 경우 용접작업자들은 용접과정에서 발생되는 용접흄 등에 의한 질식 재 해, 진폐증, 망간중독, 피부화상 등의 재해가 있다.

가. 감전재해
용접기 사용시 발생할 수 있는 가장 위험한 재해는 감전이다. 이는 홀 더(Holder)의 퉁전부분이 노출되어 용접봉에 신체의 일부가 접촉했을 때, 전선 케이블 일부가 노출되어 신체에 접촉 했을때, 전원 스위치 개폐시 접촉 불량으로 인한 아크 등에 의하여 발생될 수 있다. 감전방지 대책 중 중요한 것은 다음과 같다.
(1) 2차측 무부하 전압이 낮은 용접기의 사용
용접기는 안정된 아크를 얻기 위하여 어느 정도 높은 2차측 무부하전압 을 필요로 한다. 현재 2차측 무부하전압은 85V이하(500A의 경우는 95V) 로 규정하고 있지만, 이 정도의 전압에서도 사망의 위험은 충분하다. 따라 무부하전압은 될 수 있는 한 낮은 것을 선택하는 것이 바람직하다.
(2) 자동전격방지장치의 사용
근본적인 감전 예방 대책은 용접기의 2차측 무부하 전압을 위험이 없 을 때 까지 저하시키는 자동전격방지장치의 사용이다. 자동전격방지장치 란 교류 아크 용접기의 아크발생을 중단시킨 때 1초 이내에 당해 교류 아 크 용접기의 2차측 무부하 전압을 자동적으로 25V이하로 바꿀 수 있는 방호장치이다.
이 밖에도 절연 용접봉 홀더의 사용, 적당한 케이블의 사용, 절연장갑 의 사용이 요구되며, 케이블 커넥터(Connector)의 절연상태, 용접기 단자 와 케이블의 접속, 용접기 외함 접지 등에도 수시 점검으로 감전재해에 대비해야 한다.
자동전격 방지장치의 설치 의무화장소는 다음과 같다.
① 보일러, 압력용기, 탱크 등의 내부 용접시
② 협소한 장소 용접시
③ 추락의 위험성이 있는 2m 이상에서 용접시

나. 눈의 손상
아크 용접 중 아크는 고온으로 강렬한 광선을 발산한다. 이 광선 중에
눈으로 느낄 수 있는 가시광선 외에 눈에 보이지 않는 자외선과 적외선이
포함되어 있는데 두가지 모두 눈에 대단히 해롭다. 유해한 광선을 차단하 기 위하여 차광보호구를 사용하여야 한다. 차광 보호구에는 보호안경과 보안면 두종류가 있다.
(1) 보호안경의 사용
보호안경에는 스펙타클(Spectacles), 프론트(Fronts), 고글(Goggles)형 이 있다. 이 중에서 스팩타클형이 일반적으로 많이 사용되고 있으며, 산 란광선의 경우 눈의 측면 또는 눈 주위 전체를 씌우는 사이드 쉴드(Side shield)가 스팩타클형이나 고글형을 사용한다.
(2) 보안면의 사용
보안면은 유해한 광선뿐만 아니라 용접광과 영에 의한 화상, 가열된 용 제 등의 파편에 의한 화상의 위험으로 안면을 보호할 수 있는 이점이 있 다. 헬멧(Helmet)형과 손으로 들고 사용하는 핸드 쉴드(Hand shield)형 이 있다.
이외에도 주변의 작업자에게 피해를 주지 않기 위하여 용접작업실을 격리하는 것이 이상적이며, 이동작업이 불가피피한 경우에는 차광막 등 차광설비를 해야 한다.

다. 피부의 손상
아크광선이 직접 피부에 닿거나 스패터(Spatter), 슬래그(Slag) 등이 튀 어서 화상을 입는 경우가 있다. 따라서 용접작업자나 보조작업자는 피부 노출을 삼가고, 개인보호구(보호장갑, 앞치마, 각반 안전화 등)의 착용을 엄수해야 한다.

라. 흄(Fume), 가스에 의한 재해
피복 아크 용접작업시 발생하는 연기 중 대부분은 흉이라 불리는데, 이 것은 금속이나 슬래그의 조성물이 고온에 증기가 되고 증발하면 냉각되 어 고체화된 미세분자이다. 또한 용접봉의 피복재에 배합된 탄산염, 유해 물이 아크열에 의해 분해되고 연소하여 대부분 탄산가스(CO)를 발생한 다. 이같은 흄, 가스의 중독을 방지하기 위해서는 작업장의 환기, 통풍시 설의 설치 및 개인 마스크의 착용이 요구된다.

마. 화재, 폭발
용접작업 중에는 주위의 가연성 및 폭발성 물질, 가연성 증기 및 가스 등에 피용접물의 과열이나 아크불꽃 등에 의하여 화재, 폭발을 일으킬 수 있다. 따라서 작업 전에는 가연성 물질을 격리시키며, 드럼통, 탱크내, 배 관 등의 용접수리작업에는 내용물을 충분히 청소한 후 위험성물질을 완 전히 제거해야 화재, 폭발의 위험을 방지 할 수 있다.