보수용접

왜 배우는가: 보수용접은 결함이 발견된 구조물을 다시 쓸 수 있게 만드는 용접이라 현장 실무에서 자주 요구된다. 기술사 시험에서도 결함 종류별 보수 절차와 생산용접과의 차이를 묻는 문항이 여러 교시에 걸쳐 출제되었다.

출제 이력: 제123회 2교시 2번, 제120회 3교시 5번, 제117회 2교시 5번, 제114회 3교시 1번, 제111회 1교시 10번, 제110회 3교시 4번, 제92회 2교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

보수용접은 제작 중이나 사용 중에 생긴 결함과 손상을 제거하고, 그 부위를 다시 용접하여 구조물의 기능과 건전성을 회복하는 용접이다.

이 정의에서 핵심은 보수의 대상이 결함과 손상이라는 점과, 목적이 기능과 건전성의 회복이라는 점이다. 결함만 제거하고 재용접하지 않으면 보수가 아니라 단순 가공에 그치고, 재용접만 하고 결함 원인을 남기면 보수의 목적을 달성하지 못한다. 답안 첫 줄에는 위 정의를 쓰고, 이어서 아래 키워드를 함께 적는다.

• 보수용접: 결함부를 제거한 뒤 재용접하여 원래 상태를 회복하는 작업이다.
• 결함 제거: 보수용접의 첫 단계로, 결함을 완전히 없애는 가공이다.
• 재용접: 제거한 홈에 건전한 용접 금속을 채우는 작업이다.
• 생산용접: 설계도대로 부재를 처음 접합하는 제작 단계의 용접이다.
• 슬래그 혼입: 용접 금속 속에 슬래그가 떠오르지 못하고 갇힌 결함이다.
• 융합불량: 용접 비드가 모재와 충분히 녹아 붙지 않은 결함이다.
• 균열: 용접부에 생긴 선 모양의 파단으로, 보수 대상 중 가장 엄격하게 다뤄진다.
• 비파괴검사: 시험체를 손상하지 않고 결함을 찾아내는 검사이다.

2. 개념 풀이

보수용접은 용접 구조물에서 결함이나 손상이 확인된 부위를 대상으로 하는 용접이다. 생산용접이 설계 도면에 따라 부재를 처음 접합하는 작업이라면, 보수용접은 이미 존재하는 용접부와 모재의 결함을 없애고 원래의 기능을 되돌리는 작업이다. 따라서 보수용접은 결함을 찾는 검사, 결함을 깎아내는 가공, 재용접을 하나의 흐름으로 묶어서 이해해야 한다.

결함의 원인은 제작 단계와 사용 단계로 나뉜다. 제작 단계에서는 슬래그 혼입, 융합불량, 용입불량, 기공, 언더컷 같은 용접 결함이 생긴다. 사용 단계에서는 과부하나 반복하중으로 피로 균열이 생기고, 이것이 성장하여 구조물 손상으로 이어진다. 결함의 종류에 따라 검출 방법도 다르다. 표면 결함은 침투탐상검사로 확인하고, 표면 직하의 슬래그 혼입과 균열은 자분탐상검사로 찾는다. 내부 결함은 방사선투과검사나 초음파탐상검사로 확인한다. 이렇게 찾은 결함의 위치와 종류가 보수 범위와 절차를 정하는 기준이 된다.

보수의 원리는 결함이 강도를 떨어뜨리는 과정을 거꾸로 되돌리는 데 있다. 결함은 단면을 줄이고 응력 집중을 일으킨다. 정적 하중에서는 슬래그 혼입과 융합불량이 강도를 낮추고, 피로 하중이 걸리면 그 영향이 훨씬 커져 피로강도가 크게 떨어진다. 균열은 취성파괴의 발생 확률을 높이므로 세 가지 결함 중 가장 엄격하게 다룬다. 그러므로 보수의 기본 원리는 결함을 남김없이 제거하고, 제거한 부위를 건전한 용접 금속으로 채워 응력 집중의 원인을 없애는 것이다.

이 과정에서 쓰이는 핵심 용어는 다음과 같다. 응력 집중은 단면 형상이 바뀌거나 결함 끝에서 응력이 국부적으로 커지는 현상이다. 결함 끝의 응력 집중은 균열을 성장시키므로 보수에서는 결함 끝까지 완전히 제거하는 것이 중요하다. 피로강도는 반복하중을 받아도 파괴되지 않고 견딜 수 있는 응력의 한계이다. 취성파괴는 소성변형 없이 갑자기 일어나는 파괴이며, 균열이 있는 용접부에서 쉽게 발생한다.

3. 등장 배경과 필요성

용접 구조물은 선박, 압력용기, 교량, 플랜트처럼 규모가 크고 사용 기간이 길다. 제작 과정에서 용접 결함을 완전히 막기는 어렵고, 가동 중에도 과부하와 반복하중이 계속 작용하므로 결함이 누적된다. 이 때문에 제작 후 검사에서 발견된 결함과 운전 중 새로 생긴 손상을 처리할 방법이 필요해졌고, 그 방법이 보수용접이다.

특히 고장력강이나 경화 조직이 생기기 쉬운 강재는 용접 열영향부가 취화되어 균열에 민감하다. 이런 재료에서는 제작 단계에서부터 결함이 생기기 쉽고, 한 번 생긴 균열이 사용 중에 성장할 가능성도 높다. 탄소강 용접부에서도 고온 균열과 수소에 의한 저온 균열이 보수 대상이 된다. 보수 여부는 결함의 종류와 크기, 구조물의 중요도를 함께 보고 판단한다. 그래서 재료의 특성을 고려한 보수 절차가 별도로 필요하다.

결함을 방치하면 사고로 이어진다. 압력용기에서 결함이 누설이나 파열로 발전하면 인명과 설비에 큰 피해가 생긴다. 따라서 압력용기는 정기 검사 프로그램을 운영하여 보수가 필요한 부위를 미리 찾고, 설비 정지 시간을 줄이면서 운전을 유지한다. 이 과정에서 압력 경계 부재에 대한 수리 용접은 특별한 주의를 요구한다. 비압력 부재를 압력 경계 부재에 용접하는 수리는 NBIC(National Board Inspection Code)의 적용을 받으며, 용접부의 건전성과 압력 유지 능력을 확보하도록 요구된다.