철골용접 결함

왜 배우는가: 철골 용접결함은 접합부의 내력과 피로 성능을 직접 좌우하며, 철골공사 품질검사와 현장 보수의 기준이 된다. 기술사 시험에서는 결함의 종류, 원인, 방지대책, 검사, 보수를 묻는 문제가 여러 회차에 걸쳐 반복 출제되었다.

출제 이력: 제136회 2교시 2번, 제129회 4교시 2번, 제126회 1교시 11번, 제112회 3교시 5번, 제103회 4교시 3번, 제90회 3교시 3번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의 문장:

철골용접 결함은 용접 작업 중 형상·치수 또는 내부 조직에 발생한 불연속부로, 접합부의 강도·피로·내식 성능을 저하시키는 불량 상태를 말한다.

핵심 키워드

• 용입불량(Incomplete Penetration)
• 융합불량(Lack of Fusion)
• 언더컷(Undercut)
• 기공(Blow Hole, Pit)
• 슬래그 혼입(Slag Inclusion)
• 균열(Crack)
• 라멜라 티어링(Lamellar Tearing)
• 각장부족(Leg Length Deficiency)

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 용접을 했는데 쇳덩이가 제대로 붙지 않았거나, 구멍과 금이 생긴 상태다. 그런 부위는 하중을 받을 때 먼저 파괴가 시작된다.

정식 정의는 다음과 같다. 용접결함은 용접부의 형상치수 결함과 구조상의 결함(내부결함)으로 나뉜다. 형상치수 결함은 육안과 계측으로 판단할 수 있다. 내부결함은 방사선 검사나 초음파 탐상 검사를 해야 유무를 확인할 수 있다.

핵심 용어를 풀이하면 다음과 같다.

• 용입불량: 용접 금속이 모재 홈의 뿌리(루트)까지 도달하지 않아 틈이 남는 결함이다. 틈에 부식성 물질이 고이기 쉽다.
• 융합불량: 용접 비드가 모재와 제대로 녹아 붙지 않은 결함이다. 전류 부족, 모재 오염, 부적합 용접봉이 주요 원인이다.
• 언더컷: 용접 가장자리의 모재가 파여 홈처럼 남는 결함이다. 응력 집중의 원인이 된다.
• 기공: 용접 금속 내 가스가 빠져나가지 못해 생긴 구멍이다. 표면에 노출된 것을 Pit, 내부에 남은 것을 Blow Hole이라 한다.
• 슬래그 혼입: 용접봉 피복재가 녹아 생긴 슬래그가 용접 금속 안에 갇힌 결함이다.
• 균열: 용접 금속이나 열영향부가 갈라진 결함이다. 응력 집중이 크므로 가장 위험한 결함으로 본다.
• 라멜라 티어링: 압연 강재의 두께 방향으로 작용하는 용접 수축응력 때문에 모재 내부가 층상으로 찢어지는 현상이다.
• 각장부족: 필렛 용접의 다리 길이(각장)가 설계값보다 짧은 결함이다.

3. 등장 배경과 필요성

강구조물은 고층화와 대형화에 따라 용접 접합 의존도가 높아졌다. 접합부 한 곳의 결함이 부재 전체의 내력을 떨어뜨릴 수 있다. 용접은 현장 작업 여건, 기상, 작업자 기량에 따라 품질 편차가 생긴다.

용접결함의 원인은 크게 세 부류로 나뉜다. 첫째, 용접 조건 불량(전류, 전압, 용접속도, 아크 길이, 용접봉 각도)이다. 둘째, 모재와 자재 문제(표면 오염, 수분, 적합하지 않은 용접봉)다. 셋째, 환경과 시공 조건(풍우, 저온, 습도, 예열 부족)이다.

특히 두꺼운 강재에서는 용접 수축에 의한 라멜라 티어링과 저온 균열이 문제가 된다. 이 결함은 육안으로 보이지 않는 경우가 많아 사전 예방과 검사 체계가 함께 필요하다. 그래서 설계, 자재 관리, 용접 기량, 검사를 하나의 품질관리 체계로 묶어 다루는 것이 시험에서 요구하는 관점이다.