고체 상태에 있는 두 개의 금속에 열이나 압력을 가하여 접합하는 기술을 ‘용접’이라 하고 금속에 열을 주기 위하여 빛을 발산하는 기구를 일명 ‘토치(torch)’라고 한다. 우리가 흔히 토치라고 말하는 것은 가스 용접이나 절단에서 사용되고 있는 것으로 가스의 혼합비와 유량을 조절하는 기구를 뜻하며, ‘blowpipe’라고 부르기도 한다. 또 이 외에도 가스 용접법이나 가스 절단법이 아닌, 전기 용접의 경우 ‘전원 + 가스’를 이용한 작업 시 용접사나 절단사가 손에 잡고 하는 부분에 있는 기구를 일컬어 토치라고 부르기도 한다.

1. 토치의 종류 및 구성
토치는 일반적으로 용접용 토치와 절단용 토치로 나눌 수 있으며, 앞서 언급한 대로 가스용 토치와 그 외 전기 및 특수 용접용 토치로도 구분할 수 있다. 국내에서 가장 많이 사용되는 토치는 가스 토치를 비롯하여 CO₂ 토치, Tig 토치, Mig/Mag 토치, 플라즈마 토치 등이 있다.

<표 1> 국내 주 사용 토치의 구분과 종류

■ 자료: 자체 인터뷰를 통해 얻은 국내 업체 측 답변

(1) 가스 토치
가스 토치는 가스 용접이나 가스 절단을 할 때 사용하는 화염 분출기로, 가스를 열원으로 하는 가스 용접 토치와 가스 절단 토치, 가스 가우징 토치, 가스 예열 토치 등이 있다.

<그림 1> 가스 토치의 예

표 2> 가스 용접 및 절단 토치의 분류

■ 자료: 인천폴리텍 대학 민용기 교수

이러한 토치의 구성은 보통 아세틸렌 가스와 산소를 섞는 혼합실, 혼합 가스를 내뿜는 인젝터, 노즐 등으로 구분하거나 손잡이, 혼합실, 팁으로 분류되며, 후자의 손잡이에는 산소 및 아세틸렌용 고무관을 연결하는 연결관이 있다.
한편, 토치의 선단에 장착되어 있는 팁의 경우 일반적으로 번호로 표시하는데, 독일식 팁의 번호는 용접이 가능한 연강판의 두께를 나타내는 것으로, 예를 들어 토치에 10이라고 표시되어 있으면 이는 10㎜의 연강판을 용접/절단 가능하다는 것을 의미한다. 반면 프랑스식의 경우에는 산소 분출기에 니들 밸브를 가지고 있고, 산소 분출구의 크기를 팁에 맞추어 조절 가능하도록 되어 있어 팁이 소형 경량일 경우 작업하기가 쉽다.

<그림 2> 가스 토치의 예

<표 3> 팁의 능력에 따른 토치 분류

<표 4> 사용 압력에 따른 토치 분류

한편, 가스 토치를 사용할 경우에는 역류(Con-trflow), 인화(Flash Back) 및 역화(Back Fire) 등의 사고가 날 수 있으므로 매우 주의가 요구되며, 주로 구리나 구리 합금으로 만들어지는 가스 토치는 항상 팁 세제를 이용해 깨끗이 청소해야 한다.

<표 5> 토치 사용 시 발생할 수 있는 사고와 그 원인 및 대책

(2) CO₂ 토치
일반적으로 사용되고 있는 CO₂ 용접 토치는 전원을 열원으로 하고 있어 CO₂ 용접건이라고 하기도 한다. 국내 시장에서 가장 일반적으로 쓰이는 토치이며, 현재 업체 간 심각한 과열 경쟁으로 인해 제조업체에 있어 그다지 메리트가 있는 상품은 아니라고 언급되고 있다.

(3) Tig 토치
티그 용접 토치는 각종 고급 재료의 용접 시 모재 및 용접부를 대기로부터 차폐하기 위하여 보호 가스로서 불활성 가스를 사용하여 용접하는 용접기의 전원을 제외한 부분, 즉 토치 헤드와 케이블을 포함하는 부분을 말한다.
티그 용접 토치는 텅스텐 전극, 가스의 도관 및 냉각수 및 전원 케이블로 구성되어 있는데, 텅스텐 전극봉은 보통 가스 노즐의 선단에서 수 ㎜(맞대기 용접 시에는 3~5㎜, 필렛 용접에서는 6~9㎜) 돌출되어 지지되며, 용접 전류는 수냉식의 지지용의 금속 부품에 의해 통전된다. 노즐은 불활성 가스의 통로로서 작용하며, 세라믹 또는 수냉식의 금속통으로 되어 있다. 토치에는 전류용 케이블, 불활성 가스 및 냉각수용의 각종 호스가 필요하며, 전선은 합성 수지제의 냉각수 호스 내부를 통과하도록 함으로써 수냉의 목적도 겸비할 수 있는 구조로 되어 있다.

(4) Mig/Mag 토치
Mig/Mag 용접 시 용접 토치는 용접기와 더불어 용접 장치를 구성하고 있으며, 용접 생산성이나 품질에 큰 영향을 미치므로, 매우 중요하게 생각해야 할 부분 중 하나다. 용접 토치는 아크에 전력을 공급하고 On-Off 제어 등을 담당하는 전기 기기로, 반자동용의 경우 보호가스 호스, 제어신호선 및 전력선으로 이루어진 케이블, 손잡이, 토치 스취치 및 동 튜브로 이루어진 몸체와 Swan Neck, 커넥트 튜브, 보호가스 확산자(Gas Diffuser), 노즐로 이루어진 노즐부로 구성되어 있다. 물론 제품을 생산하는 메이커에 따라 약간씩 치수 및 형상, 무게가 달라지긴 하지만 대부분 이와 비슷한 구조를 띠고 있다고 보면 된다.

토치 산업의 중요성

‘생산성’과 ‘안전성’에 기여
토치는 용접기 및 절단기를 구성하는 소모품 중 하나에 불과하지만, 그럼에도 불구하고 관련 업계에서는 토치가 차지하는 비중이 매우 크다는 데 의견을 같이한다. 특히, 절단 토치의 경우 작업 시 비중이 50%에 달할 정도로 그 중요성이 매우 크다고까지 언급하고 있다. 이처럼 용접 및 절단 작업에 있어 토치가 중요한 이유는 ‘생산성’과 ‘안전성’과 크게 직결되기 때문으로, 조은산업 박태식 대표는 “제 아무리 장비가 좋다 한들 토치의 기능이 질적으로 떨어진다면 성능을 발휘하지 못해 작업 생산성도 떨어질 것”이라며, 생산성 향상에 있어서의 절단 토치 성능의 중요성을 강조하고 있다. 그에 따르면, 만약 절단 토치가 제 기능을 100% 발휘하지 못하게 되면 절단면이 깔끔하지 못해 다시 그라인더 작업 등 후처리 작업을 거쳐야 하기 때문에 그만큼 인력과 시간이 이중으로 된다고 한다. 즉, 그만큼 토치가 제품의 질을 결정하는 데 크게 영향을 끼친다는 말과 다름 아닐 것이다. 이에 대해서는 원테크의 황원규 대표 역시 “용접 작업의 기본은 토치와 부품으로서 이것들이 작업자의 가장 가까운 곳에서 제대로 작업이 이루어지도록 하는 만큼 용접 토치와 부품의 품질에 따라 생산성이 달라진다고도 볼 수 있다. 한 마디로 용접 효율성 측면에서 볼 때 용접 품질을 좌지우지하는 가장 큰 요소이기 때문에 용접 토치는 용접 산업에 있어 매우 중요한 역할을 차지한다고 할 수 있는 것”이라고 의견을 함께하며, ‘생산성’ 향상이라는 측면에서의 토치의 중요성을 강조하고 있다.
한편, 그 어느 토치보다 가스 토치의 경우에는 생산성은 물론이거니와 ‘안전성’과도 매우 밀접한 관계에 있다는 의견이다. 가스 토치의 경우 가스와 산소를 혼합하여 불을 발생시키는 역할을 담당하는데, 가스와 산소 혼합 시 폭발이나 역화 현상이 일어나지 않도록 안전대 역할을 하므로, 작업자의 안전과 직결되는 중요한 장비라 하겠다. 더욱이 산업이 발전하고 새로운 기술이 개발되면서 레이저 절단이나 워터젯 절단 등 신개념의 다양한 절단 방법도 나타났지만, 그럼에도 플랜트 공사 및 건설 등에서의 철구 공사 시에는 가스 절단만큼 휴대성이 간편한 절단 방식은 없는 데다 두꺼운 철재도 쉽게 절단이 가능해 그 ‘필요성’ 측면에서도 매우 중요한 장비라고 하겠다.