처음 토치를 잡았을 때 저는 그냥 녹여서 채우면 된다고 생각했습니다. 금형공장에서 MCT 가공 후 치수가 모자라면 용접으로 살을 붙이고 다시 깎으면 그만이라고요. 그런데 재가공을 해보면 멀쩡해 보이던 용접부 안에서 구멍이 송송 나타났습니다. 당시에는 그냥 '수포가 생겼다'고 표현했는데, 나중에 알곤용접(TIG 용접)을 제대로 공부하면서 왜 그런 문제가 생길 수 있는지 조금씩 이해하게 됐습니다. 텅스텐 세팅부터 돌출길이, 토치 각도, 가스유량, 용가재 공급, 퍼징과 산화까지 — 초보 시절 제가 놓쳤던 것들을 순서대로 정리해봤습니다.
알곤용접, 정확히는 GTAW/TIG 용접입니다
현장에서는 흔히 '알곤용접'이라고 부르지만 정식 명칭은 GTAW(Gas Tungsten Arc Welding)이며, TIG(Tungsten Inert Gas) 용접이라고도 합니다.
비소모성 텅스텐 전극과 모재 사이에 아크를 발생시켜 모재를 녹이고, 필요한 경우 별도의 용가재(Filler Rod)를 공급합니다. 동시에 아르곤과 같은 차폐가스를 사용해 고온의 텅스텐 전극과 용융지를 대기로부터 보호합니다.
MIG나 FCAW처럼 와이어가 전극이면서 동시에 용가재 역할을 하는 방식과 달리, TIG는 아크 발생과 용가재 공급이 분리되어 있다는 점이 큰 특징입니다. 그래서 열과 용착량을 세밀하게 제어할 수 있지만 그만큼 작업자의 손과 눈이 함께 움직여야 합니다.
텅스텐 전극 선정 — 종류·직경·전원 조건을 함께 봐야 합니다
텅스텐 전극은 단순한 '뾰족한 봉'이 아닙니다. 전극의 종류와 직경, 끝단 형상은 아크 안정성과 전류 허용범위, 아크 집중성에 영향을 줍니다.
대표적으로 순수 텅스텐, 란탄계, 세륨계 등이 있으며 과거에는 토륨계 전극도 널리 사용됐습니다. 특히 토륨계는 연마 과정에서 발생하는 분진 관리가 필요하기 때문에 현재는 란탄계나 세륨계 전극을 선택하는 현장도 많습니다. Miller 역시 토륨계 대신 세륨계·란탄계 사용을 고려하도록 안내하고 있습니다.
현장에서 흔히 접할 수 있는 텅스텐 직경은 1.0mm, 1.6mm, 2.4mm, 3.2mm 등이 있습니다. 하지만 "2.4mm는 몇 A까지 사용한다"처럼 하나의 숫자로만 외우는 것은 추천하지 않습니다.
같은 직경이라도 전극 종류와 극성, AC/DC 조건, 끝단 가공 상태에 따라 사용할 수 있는 전류범위가 달라질 수 있기 때문입니다. CK Worldwide 역시 텅스텐 종류와 직경에 따른 전류범위를 별도로 구분해 안내하고 있습니다.
- 모재 종류 — 탄소강, 스테인리스강, 알루미늄 등
- 전원 특성 — DCEN인지 AC인지 확인
- 사용 전류 — 요구되는 전류범위 확인
- 작업 기준 — WPS와 장비·전극 제조사 권장조건 확인
텅스텐 연마 방향 — 옆으로 갈지 말고 길이 방향으로
DC TIG에서 텅스텐 끝단을 연마할 때는 전극의 길이 방향으로 연마하는 것이 기본입니다.
전극 둘레 방향으로 거칠게 연마하면 나선형 연마흔적이 생기면서 아크가 불안정하게 움직이는 원인이 될 수 있습니다. CK Worldwide도 텅스텐은 길이 방향으로 연마하도록 안내하고 있습니다.
또한 끝을 무조건 바늘처럼 길고 날카롭게 만드는 것이 좋은 것은 아닙니다. 끝단 형상은 사용하는 전류와 전극 직경, 전원 특성에 따라 맞춰야 합니다.
가능하면 일반 그라인더와 공용하지 않고 텅스텐 전용 연마기를 사용하는 것도 좋습니다. 철이나 다른 금속을 연마했던 숫돌을 그대로 사용하면 텅스텐이 오염될 가능성이 있기 때문입니다.
텅스텐 돌출길이 — 무조건 몇 mm가 정답은 아닙니다
텅스텐 돌출길이(Electrode Stick-out)는 세라믹 컵 끝에서 텅스텐 전극 끝까지 돌출된 거리를 말합니다.
초보자는 "몇 mm 빼야 합니까?"라는 질문을 가장 많이 합니다. 하지만 실제로는 컵 크기와 가스렌즈 사용 여부, 조인트 깊이와 형상, 작업자세에 따라 적정 돌출길이가 달라집니다.
일반적인 콜릿바디를 사용하는 조건에서 Miller는 텅스텐 돌출길이를 가스컵 내경보다 길지 않도록 하는 지침을 제시하고 있습니다.
반면 가스렌즈(Gas Lens)를 사용하면 가스 흐름을 보다 균일하게 만들어 비교적 긴 돌출길이를 사용할 수 있습니다. CK Worldwide는 가스렌즈가 가스 흐름을 안정시키고, 좁은 조인트 등에서 더 긴 텅스텐 돌출을 확보하는 데 도움이 된다고 설명합니다.
따라서 초보 연습에서는 일단 텅스텐을 필요 이상으로 많이 빼지 않고, 용융지가 충분히 가스 보호를 받을 수 있는 범위에서 일정하게 유지하는 것이 중요합니다.
토치 각도와 아크 길이 — 둘은 같은 개념이 아닙니다
초보자가 TIG를 시작하면 토치를 지나치게 눕히는 경우가 많습니다. 저도 처음에는 그랬습니다. 토치를 많이 눕히면 아크가 진행방향으로 길게 퍼지고 차폐가스가 보호하는 범위에도 영향을 줄 수 있습니다.
일반적인 평판 TIG 작업에서 Miller는 진행 방향으로 약 10~15° 정도 토치를 기울이는 예를 제시하고 있습니다. 용가봉은 약 10~25° 범위의 접근각을 예로 들고 있습니다. 다만 이것은 모든 이음과 자세에 동일하게 적용되는 절대값이 아니라 기본적인 작업 자세를 이해하기 위한 참고값입니다.
여기에서 초보자가 꼭 알아야 할 것이 하나 있습니다.
토치 각도와 아크 길이는 서로 다른 개념입니다.
토치 각도를 잘 잡아도 손이 위아래로 흔들리면 텅스텐과 모재 사이 거리가 계속 변합니다. 그러면 아크가 넓어졌다 좁아졌다 하면서 용융지의 크기도 일정하지 않게 됩니다.
비드 폭이 들쭉날쭉하다면 전류만 조정하기 전에 토치 높이와 아크 길이가 일정한지를 먼저 확인해보는 것이 좋습니다.
가스 유량 — 많이 준다고 차폐가 좋아지는 것은 아닙니다
저도 초보 시절에는 "아르곤을 많이 틀면 산화가 더 잘 막히겠지"라고 생각했습니다.
하지만 차폐가스는 많다고 무조건 좋은 것이 아닙니다.
유량이 부족하면 주변 공기가 유입되면서 산소와 질소에 의해 용접부가 오염될 수 있습니다. 반대로 지나치게 높은 가스 유량은 노즐 주변에서 난류를 만들고 주변 공기를 끌어들여 오히려 차폐 상태를 악화시킬 수 있습니다.
CK Worldwide는 스테인리스 TIG의 일반적인 작업 예로 표준 가스렌즈 사용 시 약 15~20 CFH, 대략 7~9.5 L/min 수준의 아르곤 유량을 제시하고 있습니다. 다만 실제 값은 컵 크기, 가스렌즈 여부, 돌출길이, 작업환경과 조인트에 따라 달라집니다.
그래서 "TIG는 무조건 몇 L/min"이라고 외우기보다는 기준값에서 시작해 실제 차폐상태를 확인해야 합니다.
- 컵 크기가 커졌는가?
- 가스렌즈를 사용하는가?
- 텅스텐을 많이 돌출했는가?
- 주변에 바람이나 송풍이 있는가?
- 호스나 연결부에 누설은 없는가?
특히 바람이 있는 환경에서는 단순히 유량을 계속 올리기보다 바람막이 설치 등 작업환경을 먼저 개선하는 것이 효과적입니다.
용가재 공급 — 아크가 아니라 용융지를 봐야 합니다
TIG가 처음 어려운 이유 중 하나는 두 손을 따로 움직여야 하기 때문입니다.
한 손으로는 토치의 높이와 각도를 유지하고, 다른 손으로는 용가봉을 일정한 양과 간격으로 공급해야 합니다.
초보자는 밝은 아크만 바라보기 쉬운데 실제로 봐야 할 것은 용융지(Weld Pool)의 크기와 앞쪽 경계입니다.
용융지를 먼저 형성한 뒤 진행하는 용융지 앞부분에 필요한 만큼 용가봉을 공급합니다. 용가봉을 아크에 직접 찔러 넣는다기보다는 용융지에 금속을 필요한 만큼 얹어준다는 느낌으로 접근하면 이해하기 쉽습니다.
용가봉이 텅스텐에 닿으면 전극이 오염될 수 있고, 용가봉 끝을 차폐영역 밖으로 지나치게 빼면 뜨거운 봉 끝이 산화될 수 있습니다.
용융지 크기, 용가봉 투입량, 투입간격이 일정해지면 비드 폭과 물결도 자연스럽게 일정해집니다.
위빙 방법 — 처음부터 크게 흔들 필요는 없습니다
TIG 비드 영상을 보면 토치를 좌우로 일정하게 흔들며 용접하는 모습을 자주 볼 수 있습니다. 이것이 위빙(Weaving)입니다.
하지만 초보자가 처음부터 넓은 위빙을 연습할 필요는 없습니다.
위빙 폭이 커질수록 토치 이동거리와 체류시간이 늘어나고 열이 들어가는 위치도 계속 달라집니다. 잘못된 위빙은 오히려 열입력을 증가시키고 비드 폭과 용융지를 불규칙하게 만들 수 있습니다.
따라서 초보 연습은 다음 순서가 좋습니다.
- 직선 이동 — 토치 높이와 각도를 일정하게 유지
- 용융지 관찰 — 같은 크기의 용융지를 계속 유지
- 용가봉 공급 — 일정한 양과 간격 연습
- 좁은 위빙 — 필요한 경우 최소한의 움직임부터 시작
실제 구조물 용접에서는 위빙 폭과 방법을 임의로 결정하기보다 적용되는 WPS와 작업기준을 따라야 합니다.
퍼징(Purging) — 파이프 안쪽도 보호해야 합니다
스테인리스 파이프 TIG를 공부하다 보면 반드시 등장하는 것이 백 퍼징(Back Purging)입니다.
파이프 바깥쪽 용접부는 토치에서 나오는 차폐가스가 보호하지만, 완전용입 루트부의 뒷면은 파이프 내부의 공기에 노출될 수 있습니다.
고온의 스테인리스가 산소와 접촉하면 루트부에 심한 산화가 발생할 수 있으며, 이른바 '슈가링(Sugaring)'과 같은 거친 산화층이 형성되면 내식성과 품질에 영향을 줄 수 있습니다.
그래서 파이프 내부의 공기를 아르곤 등의 퍼지 가스로 치환해 루트부를 보호합니다. CK Worldwide 역시 스테인리스 루트부 산화를 방지하기 위한 백 퍼징과 산소농도 관리의 중요성을 설명하고 있습니다.
중요한 것은 단순히 "가스를 몇 분 넣었느냐"가 아닙니다.
퍼지 공간의 크기, 퍼지 가스 공급량, 배출구 위치, 누설 여부 등에 따라 실제 내부 산소농도는 달라집니다. 품질 요구가 높은 배관에서는 산소분석기(Oxygen Analyzer)를 사용해 잔류 산소농도를 확인한 뒤 용접을 시작하기도 합니다.
허용 산소농도는 재질과 시공기준, 발주처 요구사항에 따라 다를 수 있으므로 실제 작업에서는 WPS와 품질기준을 우선해야 합니다.
산화와 변색 — 가스만의 문제가 아닙니다
스테인리스 TIG 용접부가 갈색·청색·회색 등으로 심하게 변색됐다고 해서 무조건 가스 유량만 올릴 문제는 아닙니다.
용접부 산화와 열변색에는 여러 조건이 동시에 영향을 줍니다.
- 차폐가스 유량 부족
- 과도한 유량에 따른 난류
- 바람 또는 송풍
- 지나치게 긴 텅스텐 돌출
- 토치 각도 불량
- 과도한 열입력
- 포스트플로 부족
- 퍼징 불량
- 모재·용가재 표면 오염
CK Worldwide 역시 스테인리스 TIG에서 과도한 열과 불충분한 가스 보호가 Heat Tint와 산화에 영향을 줄 수 있다고 설명합니다.
따라서 변색이 발생하면 "가스를 더 틀자"로 끝내지 말고 차폐가스와 열관리, 토치 자세, 이동속도, 퍼징 상태를 함께 점검해야 합니다.
포스트플로 — 용접이 끝났는데 왜 가스가 계속 나올까요?
아크를 껐는데도 몇 초 동안 아르곤 가스가 계속 나오는 경우가 있습니다.
고장이 아니라 포스트플로(Post-flow) 기능입니다.
아크가 꺼진 직후에도 텅스텐과 용접부는 상당히 높은 온도를 유지하고 있습니다. 이 상태에서 즉시 대기에 노출되면 텅스텐과 용접금속이 산화될 수 있기 때문에 일정 시간 가스를 계속 공급해 보호합니다.
그래서 아크를 끄자마자 토치를 확 들어 올리는 습관은 좋지 않습니다. 포스트플로 동안 고온의 텅스텐과 용접종단부가 차폐가스 안에 있도록 토치를 잠시 유지하는 습관이 필요합니다.
금형공장에서 들었던 “열 많이 넣지 마라”는 말
금형공장에서 일할 때 선배가 했던 말이 아직 기억납니다.
“특수강 코어에는 열 많이 넣지 마라.”
당시에는 그 말이 이해되지 않았습니다.
용접은 금속을 녹여 붙이는 작업인데 열을 넣지 않고 어떻게 용접하라는 것인지 의문이었습니다.
그런데 용접을 공부하면서 조금씩 이해하게 됐습니다.
용접 열은 용접금속만 녹이고 끝나는 것이 아닙니다. 주변 모재에는 직접 녹지는 않았지만 열에 의해 조직과 성질이 영향을 받는 열영향부(HAZ, Heat Affected Zone)가 만들어집니다.
특히 금형강이나 특수강은 강종과 열처리 상태에 따라 과도한 열이 경도 변화, 조직 변화, 변형과 균열 가능성 등에 영향을 줄 수 있기 때문에 열입력 관리가 중요합니다.
다만 당시 제가 가공 후 발견했던 작은 구멍들을 단순히 "열을 많이 넣어서 생긴 기공"이라고 연결하는 것은 정확하지 않습니다.
기공(Porosity)은 차폐가스 불량, 모재나 용가재의 오염, 수분, 표면상태, 가스 누설, 작업조건 등 다양한 원인이 복합적으로 작용할 수 있습니다. CK Worldwide도 스테인리스 TIG의 기공 원인으로 오염과 불충분한 차폐 등을 주요 원인으로 설명하고 있습니다.
결국 선배가 말했던 열관리와 제가 경험한 기공 문제는 모두 중요한 용접 품질 요소였지만, 하나의 원인으로 단순하게 묶을 문제는 아니었던 것입니다.
초보자 TIG 비드를 잘 내는 순서
처음부터 예쁜 물결무늬를 만드는 것보다 다음 순서로 연습하는 것이 훨씬 도움이 됩니다.
- 텅스텐 선정과 연마 — 조건에 맞는 전극을 사용한다.
- 돌출길이 세팅 — 필요 이상으로 길게 빼지 않는다.
- 토치 각도 유지 — 진행각이 계속 변하지 않도록 한다.
- 아크 길이 유지 — 손이 위아래로 움직이지 않도록 한다.
- 용융지 관찰 — 아크보다 용융지의 크기를 본다.
- 용가재 공급 — 일정한 양과 간격으로 공급한다.
- 이동속도 유지 — 용융지 크기가 일정하도록 전진한다.
- 위빙 연습 — 직선 비드가 안정된 다음 시작한다.
좋은 TIG 비드는 한 줄을 우연히 예쁘게 만드는 것이 아니라 여러 줄을 반복해도 비슷한 결과가 나오는 것에서 시작한다고 생각합니다.
알곤가스 사용 시 꼭 알아야 할 안전사항
아르곤은 불활성가스라 불이 붙지 않고 냄새도 거의 느낄 수 없습니다. 그래서 상대적으로 안전한 가스로 오해하기 쉽습니다.
하지만 밀폐공간에서 많은 양의 아르곤이 누출되면 공기 중 산소를 밀어내 산소결핍을 만들 수 있습니다. OSHA는 밀폐공간에서 용접·절단 작업을 할 경우 산소결핍을 방지할 수 있도록 적절한 환기를 요구하고 있습니다.
OSHA 사고자료에도 용접 퍼지용 아르곤이 축적된 밀폐공간에서 산소결핍으로 사망한 실제 사례가 기록돼 있습니다.
따라서 탱크, 파이프, 블록 내부와 같은 제한·밀폐공간에서 TIG 또는 퍼징 작업을 할 때는 환기와 산소농도 확인, 가스 차단, 감시인 배치 등 해당 사업장의 밀폐공간 작업절차를 반드시 따라야 합니다.
자주 묻는 질문
Q. 초보자는 텅스텐 몇 mm를 사용하면 좋나요?
A. 하나의 직경을 모든 작업에 적용하기보다 모재, 두께, 전원과 전류범위에 맞춰 선정해야 합니다. 교육용 저전류 연습에서는 1.6mm 등이 사용될 수 있고, 실제 현장에서는 2.4mm 등 다양한 직경을 사용합니다. WPS와 전극 제조사의 전류범위를 우선 확인하세요.
Q. 토치는 몇 도로 잡아야 하나요?
A. 일반적인 평판 작업에서는 진행방향으로 약 10~15° 기울이는 것이 기본 자세를 익히는 데 도움이 됩니다. 다만 자세와 이음형상에 따라 달라질 수 있으며 각도 숫자보다 작업 중 일정하게 유지하는 것이 더 중요합니다.
Q. 아르곤 가스유량은 몇 L/min이 적당한가요?
A. 스테인리스 TIG의 일반적인 작업 예로 약 7~9.5 L/min 수준이 사용되기도 하지만 컵 크기, 가스렌즈, 바람, 돌출길이에 따라 달라집니다. 무조건 유량을 높이는 것은 난류 때문에 오히려 차폐를 나쁘게 만들 수 있습니다.
Q. 퍼징은 몇 분 해야 하나요?
A. 시간만으로 정하는 것은 정확하지 않습니다. 파이프 내부 체적과 가스유량, 누설, 배출구 위치 등에 따라 치환시간이 달라집니다. 품질 요구가 높은 작업에서는 산소분석기를 이용해 잔류 산소농도를 확인하기도 합니다. 실제 허용기준은 WPS와 프로젝트 품질기준을 따라야 합니다.
Q. 용접 끝나고 가스가 계속 나오는데 고장인가요?
A. 대부분 포스트플로 기능입니다. 아크 종료 후 뜨거운 텅스텐과 용접부를 산화로부터 보호하기 위해 일정 시간 가스를 계속 공급합니다.
결론 — TIG는 결국 열과 가스를 다루는 기술입니다
금형공장에서 처음 토치를 잡았을 때 저는 용접을 단순하게 생각했습니다.
“부족한 부분을 녹여서 채우고 다시 깎으면 되는 거 아닌가?”
하지만 다시 가공했을 때 나타난 작은 기공들과 반복되는 재작업을 경험하면서 용접은 그렇게 단순한 기술이 아니라는 것을 알게 됐습니다.
텅스텐의 종류와 직경, 연마 방향, 돌출길이, 토치 각도와 아크 길이, 아르곤 유량, 용가재 공급, 위빙, 퍼징과 포스트플로까지 모든 조건이 서로 연결되어 있습니다.
그리고 그 중심에는 결국 열관리와 차폐가 있습니다.
열이 너무 많아도 문제가 될 수 있고, 너무 부족해도 충분한 용융과 융합을 얻기 어렵습니다. 가스가 부족해도 문제지만 많이 준다고 해결되는 것도 아닙니다.
그래서 초보자라면 처음부터 예쁜 비드를 만드는 데만 집중하지 않았으면 합니다.
같은 조건에서 같은 용융지를 만들고, 같은 속도로 움직이고, 같은 양의 용가재를 공급하는 연습.
그 반복이 쌓이면 자연스럽게 비드도 안정됩니다.
용접은 알면 알수록 어렵습니다.
하지만 예전에는 이해하지 못했던 현상이 하나씩 보이기 시작한다는 점에서, 알면 알수록 재미있는 녀석이기도 합니다.
참고자료 및 출처
본 글의 현장 경험 부분은 필자의 경험을 바탕으로 작성했으며, TIG/GTAW 기술 내용은 아래 자료를 참고했습니다.
- Miller Electric — Guidelines for TIG Welding (GTAW)
토치 각도, 용가봉 각도, 텅스텐 돌출길이 및 기본 TIG 작업방법 참고 - CK Worldwide — Technical Specifications for TIG Welding
가스 유량, 컵 선정, 텅스텐 전극 종류·직경·연마 및 전류범위 참고 - CK Worldwide — TIG Welding Stainless Steel: Settings, Purging and Techniques for Clean, Corrosion-Resistant Welds
스테인리스 차폐가스, 가스렌즈, 백 퍼징, 산화, Heat Tint 및 기공 관련 참고 - CK Worldwide — The Ultimate TIG Welding Guide
TIG 기본원리, 텅스텐 선정, 용융지 제어, 가스렌즈와 퍼징 관련 참고 - OSHA — 29 CFR 1910.252, Welding, Cutting and Brazing
밀폐공간 용접 시 환기 및 산소결핍 예방 관련 참고 - OSHA — Shipyard Welding and Confined Space Standards
선박·밀폐공간에서의 용접, 환기 및 산소농도 관리 관련 참고
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