용접결함

왜 배우는가: 용접결함은 구조물의 강도와 안전을 직접 좌우하며, 용접 품질 검사와 보수 판단의 기초가 되므로 기술사 시험에서 반복해서 출제된다. 결함의 종류를 치수상·구조상·성질상으로 나누어 원인과 대책을 함께 아는 것이 답안의 핵심이다.

출제 이력: 제130회 1교시 8번, 제129회 2교시 6번, 제96회 4교시 6번, 제90회 1교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

용접결함은 용접부의 형상·치수나 내부 조직이 설계와 규격에서 벗어나 강도·내구성을 떨어뜨리는 불연속부이다.

• 용접결함, 치수상 결함, 구조상 결함, 성질상 결함
• 기공(Porosity), 용입부족(Incomplete penetration), 언더컷, 오버랩
• 슬래그 혼입, 융합불량, 용접균열, 잔류응력
• 비파괴검사(Non-Destructive Testing, NDT)

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 용접부에 생긴 흠과 모자람이다. 겉에서 보이는 모양이 나쁜 것과 안에 숨어 있는 틈이나 이물질이 있는 것으로 나뉜다. 두 경우의 발견 방법이 다르므로 답안에서도 구분해 써야 한다.

정식으로는 용접결함을 형상치수 결함, 구조상 결함, 성질상 결함으로 분류한다. 치수상 결함은 각장부족, 목두께부족, 육성부족·과대, 치수 불량 등 용접부의 형상과 크기가 설계치수에 맞지 않는 결함이다. 육안과 계측으로 판단한다. 구조상 결함은 기공, 슬래그 혼입, 융합불량, 용입불량, 균열처럼 용접금속 내부나 이음부 조직에 있는 결함이다. 방사선 투과검사나 초음파 탐상검사로 확인한다. 성질상 결함은 재질 변화로 기계적 성질이 나빠지는 결함으로, 경화, 취화, 잔류응력에 따른 특성 저하 등이 여기에 든다.

결함이 구조 내력에 미치는 영향은 결함의 종류·크기·위치에 따라 다르다. 노치 효과가 큰 결함은 응력집중을 일으켜 피로강도와 취성파괴 저항을 낮춘다. 따라서 검출된 결함은 발생원인, 종류, 위치를 검토한 뒤 보수 여부를 정한다. 이때 판단 기준은 설계도서와 적용 규격에 따른다.

용입불량(Incomplete penetration)은 용접금속이 개선 홈의 루트까지 도달하지 못해 빈 틈이 남는 결함이다. 그 틈에 부식성 물질이 쌓이면 배관에서 특히 문제가 된다. 융합불량(Lack of fusion)은 용착금속과 모재, 또는 각 층 사이가 충분히 녹아 붙지 않은 상태이다.

기공(Porosity)은 용융금속이 응고할 때 가스가 빠져나가지 못하고 남아 생긴 구멍이다. 수소, 일산화탄소 등이 원인이며 수분과 기름이 많은 용접봉이나 모재에서 자주 생긴다.

3. 등장 배경과 필요성

용접은 짧은 시간에 국부적으로 가열·용융하여 재료를 접합하는 방식이라 열사이클이 급격하다. 이 과정에서 가스, 슬래그, 용입 상태, 냉각속도가 함께 변하므로 결함이 필연적으로 생긴다. 용접이 조선, 압력용기, 플랜트, 철골구조물 등 중요 구조물에 널리 쓰이면서 결함을 찾아내고 허용 범위를 정하는 체계가 필요해졌다.