11가지 일반적인 용접 결함 유형 이해

#8 용접 불일치

용접 불일치는 높이 불일치라고도 합니다. 이 문제는 용접되는 부품의 높이가 다를 때 발생합니다. 이는 용접 조인트의 구조적 무결성과 미적 매력을 손상시킬 수 있습니다.

용접 높이 불일치를 처리하는 방법

부적절한 정렬, 고르지 못한 준비 또는 용접 기술의 변화로 인해 용접 높이 불일치가 발생할 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하는 몇 가지 방법은 다음과 같습니다.

• 측정 및 평가: 정밀 측정기를 사용하여 두 구간의 높이 차이를 확인합니다.
• 분쇄 및 충전: 불일치가 경미한 경우 위쪽을 아래쪽과 일치하도록 연마하면 수정할 수 있습니다. 연삭으로 인해 발생한 틈이나 언더컷을 채워야 합니다.
• 열 적용: 높은 쪽의 열 제어로 기계적 조작이 가능합니다.
• 필러 플레이트 사용: 표면에 심각한 불일치가 있는 경우 최종 용접 전에 필러 스트립이나 플레이트를 조인트의 아래쪽에 용접할 수 있습니다. 그러면 표면이 평탄해집니다. 작업자는 새로운 결함을 방지하기 위해 정밀한 피팅과 용접으로 이 기술을 적용해야 합니다.

일관된 용접 프로파일을 보장하는 방법

전체 용접 공정에는 세부 사항에 세심한 주의가 필요합니다. 여기에는 준비와 최종 패스가 포함됩니다. 일관된 용접 프로파일을 보장하려면 이러한 전략을 사용하십시오.

• 철저한 준비: 용접할 소재의 모서리 부분이 균일하게 준비되어 있는지 확인하십시오.
• 정확한 정렬: 용접시 공작물을 정확하게 정렬하기 위해 클램프 또는 기타 고정 장치를 사용하십시오.
• 일관된 용접 기술: 토치 각도, 용접 속도 등 일관된 기술을 유지합니다.
• 순차 용접： 크거나 복잡한 용접물에서는 잔류 응력과 뒤틀림을 최소화하는 용접 순서를 사용하십시오.

#9 과도한 침투

용접시 용접금속이 모재에 너무 깊이 삽입되면 과용입이 발생할 수 있습니다. 이로 인해 조인트 반대편의 용접 비드가 돌출될 수 있습니다. 견고한 용접에는 깊은 침투가 필요한 경우가 많지만 때로는 외관과 무결성이 손상될 수 있습니다.

과도한 침투의 위험

용접 구조가 과도하게 침투하면 다음과 같은 여러 가지 문제가 발생할 수 있습니다.

• 모재 약화: 과관통으로 인해 용접부 주변의 모재가 얇아질 수 있습니다. 이는 전체적인 강도를 약화시켜 스트레스를 받을 때 균열이 발생하기 쉽습니다.
• 스트레스 집중도 증가: 용접 금속의 고르지 못한 분포는 특정 영역, 특히 과도한 침투가 발생한 영역에서 응력 집중을 증가시킬 수 있습니다. 이로 인해 실패 지점이 발생할 수 있습니다.
• 미적 가치가 부족함： 과도한 침투는 외관이 중요하고 교정을 위해 추가 작업이 필요할 수 있는 프로젝트의 경우 보기 흉할 수 있습니다.
• 피로 저항 감소: 과도한 용입으로 인한 불규칙성은 응력 증가로 작용하여 용접 조인트의 피로 저항을 감소시킬 수 있습니다.

침투 깊이 제어

용접공에게는 과도한 침투를 방지하기 위해 침투 깊이를 제한하는 여러 가지 옵션이 있습니다.

• 용접 매개변수 조정: 용접전류와 용접전압은 용입깊이에 직접적인 영향을 미치므로 감소시킵니다.
• 용접 속도 수정: 용접 속도를 높이면 시간이 지남에 따라 재료에 입열되는 열이 감소하므로 침투가 줄어들 수 있습니다.
• 올바른 전극 유형 및 크기 선택: 깊이를 조절하려면 더 작은 전극이나 얕은 침투용으로 설계된 전극을 사용하십시오.
• 용접 각도 변경: 용접 각도를 변경하면 어느 지점에서나 침투 깊이를 줄일 수 있습니다.
• 펄스 용접 기술 사용： 을 위한 싸움 그리고 미그 용접, 교류를 사용하면 열 입력을 제어하여 침투 깊이를 제어하는 데 도움이 될 수 있습니다.
• 용접 전 조인트 설계 고려 사항 구현: 적절한 필러를 수용할 수 있도록 조인트를 설계하면 과도한 침투를 방지할 수 있습니다.

#10 스패터

스패터(Spatter)란 용접 중에 배출되는 용융 금속 방울이 작업물이나 근처 표면에 응고되는 것을 말합니다.

스패터 이해

용접 시 여러 가지 요인으로 인해 튀는 현상이 발생할 수 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

• 잘못된 용접 매개변수: 전압이나 전류량을 높게 설정하면 과도한 열이 발생하여 더 많은 용탕이 배출될 수 있습니다.
• 잘못된 차폐 가스 혼합: 보호 가스의 종류와 그 혼합물은 아크의 안정성과 형성에 중요한 역할을 합니다. CO2가 너무 많으면 열 전도성과 반응성으로 인해 MIG 용접에서 스패터가 발생할 수 있습니다.
• 부적절한 와이어 공급 속도: 와이어 이송 속도가 부적절하면 아크가 불안정해지고 스패터가 증가할 수 있습니다.
• 오염된 재료 또는 전극 팁: 작업물에 먼지나 기름이 묻거나 전극에 녹이나 오염물질이 묻어 있으면 스패터가 발생할 수 있습니다. 이러한 오염물질은 용접 아크의 지속적인 흐름을 방해합니다.
• 전극 각도 또는 거리: 용접 토치나 전극봉을 잘못된 각도나 거리로 잡으면 튀는 현상이 발생할 수 있습니다.

스패터 감소를 위한 팁

스패터가 감소하면 용접 외관이 개선되고 용접 후 청소에 필요한 시간이 단축됩니다. 스패터를 줄이는 방법에 대한 몇 가지 팁은 다음과 같습니다.

• 용접 설정 최적화: 작업 대상에 따라 용접기의 권장 설정으로 시작하십시오. 스패터를 최소화하려면 전압과 전류량을 조정하십시오.
• 올바른 차폐 가스 혼합물을 사용하십시오. CO2를 사용할 때 과도한 스패터가 발생하는 경우 아르곤 비율이 더 높은 차폐 가스 혼합물을 사용하는 것이 좋습니다. 아르곤 기반 혼합물은 튀김이 덜 발생하는 경향이 있습니다.
• 와이어 공급 속도 조정: 와이어 공급 속도가 용접 전류와 일치하는지 확인하십시오. 속도가 잘못되면 불안정한 아크가 발생하거나 스패터가 증가할 수 있습니다.
• 표면 청소: 용접하기 전에 표면을 철저히 청소하여 오염 물질을 제거하십시오. 와이어 브러시나 화학 세척제로 녹, 먼지, 기름을 제거하십시오.
• 소모품 확인 및 교체： 팁, 노즐 등 소모품에 손상이나 스패터가 있는지 정기적으로 검사하십시오. 이는 안정적인 아크를 유지하는 데 도움이 됩니다.
• 올바른 기술을 사용하십시오: 올바른 전극 각도(일반적으로 10~15도)를 유지하십시오.

#11 왜곡

용접 재료로 인해 휘거나 구부러질 수 있습니다. 이는 용접 과정 중이나 이후에도 발생할 수 있습니다. 이는 완제품의 전반적인 무결성과 치수 정확도에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.

용접이 왜곡되는 이유

변형은 용접 부위의 금속과 주변 모재가 가열 및 냉각 중에 불균일하게 팽창 및 수축함으로써 발생합니다. 이는 다음과 같은 몇 가지 요인으로 인해 발생합니다.

• 열 팽창: 금속은 가열되면 팽창합니다. 용접 중 급격한 가열로 인해 국부적인 팽창이 발생할 수 있습니다. 냉각 과정으로 인해 수축이 발생합니다. 이 주기는 금속에 고르지 않은 응력을 발생시켜 휘거나 뒤틀릴 수 있습니다.
• 재료 유형: 다양한 재료는 서로 다른 열전도율과 팽창률을 나타냅니다. 열전도율이 높은 재료는 녹는점이 낮고 열전도율이 높은 재료보다 왜곡될 가능성이 더 높습니다.
• 용접 기술: 용접 순서와 용접 방법은 변형 수준에 큰 영향을 미칩니다. 예를 들어, 시트 한쪽 면의 연속 용접은 엇갈리게 용접되거나 작은 세그먼트로 용접되는 경우보다 더 많은 왜곡을 유발합니다.
• 조인트 디자인: 접합부 용접 금속의 설계 및 분포는 열 흡수 방식에 영향을 미칠 수 있습니다.
• 입열량 및 용접속도: 용접 속도가 빠르면 열 응력과 온도 구배가 증가할 수 있습니다.

왜곡을 최소화하는 기술

용접 중 열 입력을 제어하고 균일한 응력 분포를 보장하는 것이 중요합니다. 이를 수행하는 몇 가지 방법은 다음과 같습니다.

• 공동 디자인: 용접 금속을 적게 사용하는 접합 설계를 구현하면 열 입력과 뒤틀림을 줄일 수 있습니다.
• 단속 용접 사용: 하나의 연속적인 긴 용접 대신 더 짧은 단속 용접을 사용합니다..
• 예열: 예열을 하면 냉각속도를 감소시켜 온도변화를 줄이고 변형위험을 줄일 수 있습니다.
• 용접 클램프 및 고정 장치 사용: 용접 중에 공작물을 고정할 수 있는 장치입니다. 이는 수축력에 대응하고 원하는 정렬과 치수를 유지하는 데 도움이 됩니다.
• 용접 순서를 전략적으로 계획하십시오. 열을 균일하게 분산시키는 잘 계획된 용접 순서는 뒤틀림을 줄일 수 있습니다. 비대칭 용접 순서는 대규모 조립품의 응력 균형을 맞추는 데 도움이 됩니다.
• 용접 속도 및 열 입력 제어:  최고의 융합을 달성하기 위해 전압과 용접 속도를 조정하여 용접 속도를 제어할 수 있습니다. 펄스 용접 기능을 갖춘 최신 용접 장비는 열 입력을 더 잘 제어할 수 있습니다.
• 백스텝 용접: 일반적인 진행방향과 반대방향으로 세그먼트 단위로 용접하는 기술입니다. 왜곡의 힘에 대응할 수 있습니다.
• 용접 후 열처리: 용접 후 적절한 열처리를 통해 잔류응력 및 변형위험을 줄일 수 있습니다.

점검

많은 산업 분야에서 용접의 무결성과 품질을 보장하는 것이 중요합니다. 특히 안전과 신뢰성을 최우선으로 생각하는 기업에서는 더욱 그렇습니다. 용접 검사 및 테스트는 비파괴 테스트(NDT)와 파괴 테스트의 두 가지 범주로 분류됩니다.

비파괴 검사(NDT) 기술

NDT 방법은 손상을 입히지 않고 재료, 구성 요소 또는 시스템 특성을 평가합니다. 이러한 기술은 부품을 손상시키지 않고 용접부를 검사할 수 있으므로 품질 관리 및 지속적인 유지 관리에 필수적입니다. 표준 NDT 기술에는 다음이 포함됩니다.

• 검사 시각적: 용접부를 확대경이나 육안으로 검사하여 표면결함을 검출하는 작업입니다.
• 초음파 테스트: UT는 고주파 음파를 이용해 내부 결함을 검출하는 방식이다. 
• 방사선 검사(X선 및 감마선): 이 기술은 이온화 광선을 사용하여 디지털 센서 또는 용접 필름의 이미지를 캡처합니다. 방사선 사진은 재료의 밀도나 두께의 차이로 인한 대비의 변화를 보여줍니다.
• 자분 검사: MPI는 강자성 물질의 표면 및 표면 근처의 불연속성을 감지합니다. 해당 부위가 자화되고 철 입자가 도포됩니다. 이 입자들은 결함이 있는 곳에 모여서 눈에 띄게 만듭니다.
• 액체 침투 검사(LPI): 이 방법은 비강자성 및 비다공성 재료에 적합합니다. 표면 침투 능력이 높은 액체를 용접부에 적용하는 작업이 포함됩니다. 여분의 액체를 제거한 후 현상액을 도포하여 결함을 드러냅니다.

파괴적인 테스트를 사용하는 시기와 방법

파괴 시험 방법은 인장 강도 및 충격 저항을 포함하여 용접의 기계적 특성을 측정합니다. 이러한 테스트는 일반적으로 최종 사용에 적합하지 않을 정도로 샘플을 파괴하거나 변경합니다. 파괴 테스트는 용접 절차 개발, 생산 품질에 대한 주기적인 감사 또는 고장 분석에 필수적입니다. 표준 파괴 테스트에는 다음이 포함됩니다.

인장 테스트: 이 테스트는 용접부가 파손될 때까지 당겨서 용접 강도를 평가합니다. 용접이 파손되기 전에 견딜 수 있는 최대 힘을 기록하여 인장 강도를 결정합니다.

• 굽힘 테스트: 이는 관절의 강도와 유연성을 결정하는 데 사용됩니다. 테스트에는 조각을 특정 각도로 구부리거나 파손될 때까지 균열이나 결함을 노출시키는 작업이 포함됩니다.
• 샤르피 V 노치 테스트: 충격 인성을 측정합니다. 노치가 있는 시편을 파손하는 데 필요한 에너지는 측정 가능합니다.
• 경도 테스트: 용접 금속 및 열 영향부(HAZ)의 압입에 대한 저항성을 테스트합니다. 이는 용접이 재료 특성에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 통찰력을 제공합니다.

파괴적인 테스트

• 새로운 용접 절차를 개발할 때 성능 기준을 설정하는 것이 중요합니다.
• 모든 생산 용접의 주기적인 샘플링은 일관된 품질을 보장합니다.
• 부품의 고장 원인을 파악하려면 고장 분석이 필요합니다.

파괴적인 테스트를 사용하는 방법:

• 재료 및 용접조건 등을 고려하여 제작샘플과 동일한 대표샘플을 선정합니다.
• 일관성과 신뢰성을 보장하려면 관련 표준 및 절차에 따라 테스트를 수행하십시오.
• 결과를 분석하여 예상 성능과의 편차를 식별합니다. 시정 조치가 필요할 수 있습니다.

용접 결함 수리

용접 결함의 수리는 용접 조인트의 구조적 완전성과 내구성을 보장하므로 용접의 필수적인 측면입니다. 용접 결함 수리는 결함의 심각도와 유형, 용접 구조에 대한 특정 요구 사항에 따라 달라집니다.

일반적인 방법으로 용접 수리하기

• 재용접 및 연삭: 균열, 언더컷 등의 표면 결함을 재용접하여 보수할 수 있습니다.
• 수리하다: 결함이 심각하거나 구조적 구성 요소가 손상된 경우 수리 패치가 필요할 수 있습니다.
• 열처리: 용접 후 열처리(PWHT)는 잔류 응력이나 경도 문제와 같은 특정 결함을 해결할 수 있습니다.
• 피닝: 이 기술은 용접부의 피로 저항성을 향상시키고 균열 형성을 최소화합니다. 용접 표면이나 토우를 기계적으로 작업하면 압축 응력이 생성되어 균열을 일으키는 인장 응력에 대응됩니다.
• 필러 금속 선택: 선정된 용가재는 기계적 특성이 양립해야 하며, 모재 및 용접방법에 적합해야 합니다.

용접 수리의 과제

용접 결함을 수리하는 것은 어려울 수 있습니다. 수리 결정은 수리가 무결성과 성능에 미치는 영향을 고려해야 합니다. 용접 수리는 여러 가지 이유로 어려울 수 있습니다.

• 재료 특성: 수리 중 열은 강도와 인성을 포함한 재료의 기계적 특성에 영향을 미칠 수 있습니다.
• 결함 접근： 어떤 경우에는 결함이 도달하기 어려운 영역에 있을 수 있으므로 수리 프로세스가 복잡하고 시간이 많이 걸립니다.
• 흉한 모습: 보수과정에서 추가적인 열투입으로 얇은 단면의 소재가 변형될 수 있습니다.
• 코드 및 사양 준수： 용접 수리는 관련 규정 및 사양을 준수해야 합니다. 이로 인해 수리 유형 및 방법이 제한될 수 있습니다.

결론

이러한 일반적인 용접 결함을 방지함으로써 용접 강도와 수명을 늘리고 기술을 향상시킬 수 있습니다. 적절한 지식과 실습을 통해 용접 문제를 극복할 수 있습니다.

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추가 자료:

비파괴 검사(NDT) 방법 – 출처 : 비행성

용접 방법이 환경에 미치는 영향 – 출처 : 트럼프

용접 설계 – 출처 : Welding-Advisers

용접 금속 특성 – 출처 : 웰딩포리스