TIG 용접(GTAW)이란 무엇인가? 원리·가스·극성·청정작용까지 완벽정리

1. TIG(GTAW) 용접의 정의와 기본 원리

TIG 용접은 공학적 공식 명칭으로 GTAW(Gas Tungsten Arc Welding, 가스 텅스텐 아크 용접)라 부른다. 비소모성 텅스텐 전극봉과 모재 사이에 아크를 발생시켜 그 열로 금속을 용해하는 방식이다. 이때 전극봉은 아크를 형성하는 통로 역할만 할 뿐 직접 녹아 들어가지 않으므로, 부족한 금속 성분을 채워주기 위해 별도의 소모성 용접봉(Filler Metal)을 아크열로 녹여 직접 공급한다. 용접 시에는 불활성 가스인 아르곤(Ar)이나 헬륨(He)을 분사하여 용융지와 용접봉 끝단을 대기로부터 보호한다. 현장에서는 흔히 TIG(Tungsten Inert Gas) 또는 알곤 용접이라 부르지만, 국제 규격이나 기술사 시험 등 전문적인 영역에서는 GTAW라는 용어를 사용하므로 두 명칭을 함께 이해하는 것이 중요하다.

이란 현장에서 지르코늄과 하스텔로이 용접 Supervisor 업무를 볼때 활용한 용접법이 GTAW 용접이며, 용접봉 선택, 아르곤 가스 순도등에 많은 주의를 기울였고, 용접사 Test와 함께 WPS/PQR 작성을 했던 기억이 있다.

GTAW Scheme, 이미지 출처: Wikimedia Commons (Public Domain)

2. GTAW 용접에서의 원리 (극성, 가스, 청정작용)

1) 전극 극성(Polarity)에 따른 용입과 입열 특성

TIG (GTAW) 용접은 사용하는 전류의 종류와 극성에 따라 용입의 깊이와 전극봉의 수명이 결정된다.

• 직류 정극성(DCEN): 전극봉(-), 모재(+) 연결. 열의 약 70%가 모재에 집중되어 용입이 깊고 전극봉 소모가 적다. 일반적인 철이나 스테인리스강 용접에 가장 많이 사용한다.
• 직류 역극성(DCEP): 전극봉(+), 모재(-) 연결. 열이 전극봉에 집중되어 용입이 얕고 전극봉이 쉽게 녹지만, 표면의 산화막을 파괴하는 ‘청정작용’이 일어난다.
• 교류(AC): 정극성과 역극성이 주기적으로 바뀐다. 알루미늄이나 마그네슘처럼 산화막 융점이 높은 금속을 용접할 때 전극봉의 녹는 양을 줄이고 청정효과를 확보하기 위해 필수적으로 사용한다.

2) 보호가스(Shielding Gas)의 종류와 최적의 선택

GTAW 용접에서 보호 가스는 고온의 아크와 용융 금속을 대기 중의 산소(O₂), 질소(N₂), 수분으로부터 차단하여 산화 및 질화 결함을 방지한다. 또한 아크의 안정성을 결정하고 용입 깊이와 비드 형상에 직접적인 영향을 미친다.

a. 아르곤 (Argon, Ar)

GTAW 용접에서 가장 보편적으로 사용되는 불활성 가스이다.

• 특성: 공기보다 무거워 하향 용접 시 보호 능력이 탁월하며, 아크가 매우 안정적이다.
• 장점: 청정 작용(Cleaning Action)이 뛰어나 알루미늄이나 마그네슘 용접에 필수적이며, 아크 개시가 쉽다.
• 단점: 헬륨에 비해 열용량이 작아 용입이 비교적 얕고 용접 속도가 느릴 수 있다.

이란 현장에서 지르코늄과 하스텔로이 TIG 용접을 감독할때, 아르곤 가스의 순도가 굉장히 중요하다는 것을 알게 되었고, 메인 보호 가스 뿐만 아니라 백 가스(Back Shielding) 의 순도와 유량제어가 품질유지의 90% 이상을 결정한다는 것을 확인하였다.

b. 헬륨 (Helium, He)

• 특성: 공기보다 가벼워 상부로 분산되기 쉬우므로 아르곤보다 높은 유량이 필요하다.
• 장점: 아르곤보다 전리 전압이 높아 높은 아크 열량을 발생시킨다. 두꺼운 판재나 열전도율이 높은 구리, 알루미늄 합금 용접 시 깊은 용입과 빠른 용접 속도를 확보할 수 있다.
• 단점: 가스 가격이 비싸고 아크 안정성이 아르곤보다 떨어진다.

고입열 용접이 필요할 때 주로 사용된다.

c. 아르곤 + 수소 혼합 가스 (Ar + H₂)

오스테나이트 스테인리스강 및 니켈 합금 용접에 특화된 가스이다.

• 특성: 수소의 높은 열전도성을 활용하여 아크를 집중시킨다.
• 장점: 용입이 깊어지고 용접 속도가 크게 향상되며, 환원성 분위기를 조성하여 용접부 표면을 깨끗하게 만든다.
• 주의사항: 탄소강이나 저합금강 용접 시 수소취성(Hydrogen Embrittlement) 및 기공 발생 위험이 있으므로 절대 사용해서는 안 된다.

d. 아르곤 + 헬륨 혼합 가스 (Ar + He)

아르곤의 안정성과 헬륨의 고입열 장점을 절충한 방식이다.

• 특성: 알루미늄이나 구리 합금의 자동 용접에서 용입 깊이를 조절하기 위해 주로 사용된다.

3) 알루미늄 용접의 핵심: 청정작용(Cleaning Action)

알루미늄이나 마그네슘 같은 비철금속은 표면에 강고한 산화막을 형성하고 있어 용접을 방해한다. 이때 역극성(DCEP) 주기에서 아르곤 가스의 무거운 양이온(+)이 모재 표면의 산화막을 물리적으로 타격하여 파괴하는 현상을 청정작용이라 한다.

사실 이러한 청정작용은 직류 역극성을 기본으로 사용하는 MIG 용접(GMAW)에서도 발생한다. 하지만 TIG 용접에서는 비소모성 전극봉의 과열 및 소모를 막으면서도 효과적인 청정효과를 얻기 위해 교류(AC)를 선택적으로 운용한다는 점에서 그 기술적 의미가 더욱 크다. 교류 용접은 전극봉 소모 억제와 산화막 제거라는 두 마리 토끼를 잡는 핵심 기술이다. (TIG 용접과 MIG 용접의 비교편도 참조 요망)

=> 직류 역극성(DCEP) 일때 Ar 양이온이 산화막 (Al2O3) 을 파괴한다.

3. GTAW 용접의 주요 장단점

1) GTAW 용접의 주요 장점

• 우수한 용접 품질: 불활성 가스가 대기로부터 용융 금속을 완벽하게 차단하므로, 산화나 질화 등의 결함이 적고 기계적 성질이 뛰어난 용접부를 얻을 수 있다.
• 거의 모든 금속에 적용 가능: 탄소강은 물론 스테인리스강, 알루미늄, 구리 합금, 마그네슘, 티타늄 등 거의 모든 산업용 금속의 용접이 가능하다.
• 정밀한 제어: 용입 깊이와 비드 형상을 세밀하게 조절할 수 있어 박판(얇은 판) 용접이나 복잡한 형상의 이음부에 최적화되어 있다.
• 깨끗한 작업 환경: 스패터(Spatter)가 거의 발생하지 않아 용접 후 슬래그 제거 등 후처리 공정이 매우 간소하다.

2) GTAW 용접의 주요 단점

• 낮은 용착 효율: 비소모성 전극을 사용하고 용접봉을 수동으로 공급하는 경우가 많아, 피복 아크 용접이나 GMAW (MIG/MAG) 용접에 비해 용접 속도가 현저히 느리다.
• 높은 숙련도 요구: 양손을 동시에 정교하게 사용해야 하므로 작업자의 고도화된 숙련 기술이 필수적이다.
• 장비 및 가스 비용: 불활성 가스와 텅스텐 전극봉 등 소모품 비용이 비싸며, 장비 구성 자체가 복잡하여 초기 투자비가 높다.
• 바람의 영향: 보호 가스가 흩어지면 용접 결함이 발생하므로, 야외나 바람이 부는 환경에서는 별도의 방풍 조치 없이는 작업이 어렵다.

[GTAW (TIG) Welding)]

4. 결론: 기술적 이해가 필요한 정밀 용접

TIG 용접(GTAW)은 일반적인 철이나 스테인리스뿐만 아니라 지르코늄, 알루미늄, 마그네슘, 티타늄 등 비철금속용접등에 많이 활용되는데, 재료의 특성과 전기적 성질, 특히 극성에 따른 청정작용의 원리를 완벽히 이해해야 하는 고난도 공법이다. 단순히 금속을 붙이는 것을 넘어, 원리를 이용해 결함을 제어하는 것이 기술사의 핵심 역량이라 할 수 있다. 이러한 전문적 이해를 바탕으로 한 용접은 현대 산업에서 가장 신뢰할 수 있는 접합 품질을 보장한다.

• 참고자료: 위키백과 가스 텅스텐 아크 용접

ⓒ 2026 Material-Welding-PE.com All rights reserved. 본 콘텐츠의 저작권은 저자에게 있으며, 출처를 밝히지 않은 무단 전재를 금합니다.