용접결함

왜 배우는가: 용접결함은 강구조물의 내력과 안전을 직접 좌우하므로 설계·시공·검사 전반에서 반복적으로 확인해야 한다. 기술사 시험에서도 결함의 종류, 발생원인, 대책, 비파괴검사가 함께 출제되어 체계적으로 정리해 두어야 한다.

출제 이력: 제133회 1교시 10번, 제124회 4교시 4번, 제121회 1교시 4번, 제92회 3교시 6번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄에 쓸 정의는 다음과 같다.

용접결함은 용접부의 형상·치수·조직이 설계 요구조건과 허용기준을 벗어나 구조내력이나 사용성을 저해하는 불연속 또는 불량 부분을 말한다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 용접결함
• 슬래그 혼입
• 기공(블로홀, Porosity)
• 언더컷(Undercut)
• 용입불량
• 융합불량
• 균열(고온균열·저온균열)
• 잔류응력과 용접변형

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면 용접결함은 용접을 잘못해서 생긴 흠이다. 흠이 있으면 그 부분이 힘을 제대로 받지 못하고, 거기서 균열이 시작되어 구조물이 무너질 수 있다.

정식 정의는 용접 과정에서 발생하는 형상결함, 구조결함, 치수결함의 총칭이다. 형상결함은 언더컷·오버랩·비드 불균일처럼 겉모양에서 드러나는 결함이다. 구조결함은 기공·슬래그 혼입·용입불량·균열처럼 용접금속 내부나 이음부 조직에 있는 결함이다. 치수결함은 용접 후 변형과 잔류응력처럼 부재의 치수와 형상이 설계와 달라진 상태를 말한다.

용입(Penetration)은 모재가 녹아 용접금속이 들어간 깊이다. 용입이 부족하면 응력 전달 단면이 줄어든다. 융합(Fusion)은 용접금속과 모재, 또는 용접층 사이가 완전히 붙은 상태다. 융합이 안 되면 그 경계가 약점이 된다. 언더컷(Undercut)은 용접 끝단의 모재가 파여 홈처럼 남은 부분이다. 응력이 집중되는 노치(notch) 효과를 만든다.

용접결함은 원인에 따라 세 가지로 나눌 수 있다. 첫째는 작업자의 기량과 용접 조건에서 오는 결함이다. 둘째는 재료와 환경에서 오는 결함이다. 셋째는 열 사이클과 구속에서 오는 결함이다. 이 구분을 답안 서두에 쓰면 채점자가 원인을 체계적으로 이해한다고 판단한다.

3. 등장 배경과 필요성

강구조물은 용접으로 부재를 잇는 경우가 많다. 볼트 접합보다 시공이 빠르고 중량을 줄일 수 있기 때문이다. 그러나 용접은 짧은 시간에 가열과 냉각이 반복되므로 변형과 잔류응력이 생긴다. 이 과정에서 결함이 자연스럽게 발생한다.

용접 품질이 떨어지면 구조내력이 줄고 피로와 취성파괴에 취약해진다. 현장에서는 용접사의 기량, 예열, 입열량, 용접봉 관리, 환경 조건이 결함을 좌우한다. 그래서 결함의 종류와 원인, 보수 방법, 비파괴검사를 연결해서 아는 것이 실무와 시험 모두에서 중요하다.

용접 시에는 기온 등 환경 조건을 고려해야 한다. 바람이 강하면 기공이 생기므로 바람막이를 설치해야 한다. 이처럼 환경 조건을 관리하는 것 자체가 결함 예방의 출발점이다.