[스크랩] 용접 방법

1 피복아크 용접의 원리

(1) 원 리
용 접봉과 모재간에 직류 또는 교류 전압을 걸고 용접봉 끝을 모재에 접근시켰다가 떼면 <그림1> 피복아크 용접의 원리와 같이 용접봉과 모재 사이에 강한 빛과 열을 내는 아크가 발생한다. 아크 열(약 5000℃)에 의하여 용접봉은 녹아서 금속증기 또는 용적(globule)으로 되어 용융된 모재와 융합하여 용착금속을 만든다. 이때 녹은 쇳물 부분을 용융지(molten weld pool), 모재가 녹아 들어간 깊이를 용입(penetration), 용접봉이 용융지에 녹아 들어가는 것을 용착이라고 한다.

그림 1 피복아크 용접의 원리

(2) 용접회로
< 그림2>와 같이 피복아크 용접 회로는 용접기(AC 또는 DC welding machine), 용접봉 홀더(electrode holder), 용접봉(coated or covered electrode), 아크(arc), 모재(base metal), 전극 케이블(electrode cable), 접지 케이블(ground cable)로 이루어진다. 용접기에서 발생한 전류는 전극 케이블, 용접봉 홀더, 용접봉, 아크, 모재 그리고 접지 케이블을 지나서 다시 되돌아 오는 길을 용접회로(welding circuit)라고 한다.

그림 2 피복아크 용접 회로

2 피복아크 용접의 실제

(1) 아크 발생 방법
아 크를 발생시킬 때에는 핸드 실드로 얼굴을 가리기 전에 용접봉의 끝을 모재에 가까이해서 아크를 일으킬 위치를 정한 뒤 핸드 실드로 얼굴을 가리고, 재빨리 용접봉을 모재에 접촉시켜 순간적으로 3∼4mm 끌어올리면 아크가 발생된다. 처음 이 동작을 할 때는 아크가 발생되는 것이 두려워 잘 안 되며 무의식 중에 아크를 보는 일이 많은데, 이렇게 되면 눈병이 생기므로 주의하지 않으면 안 된다. 아크를 발생시키는 방법으로는 <그림1> 과 같이 용접봉의 끝을 공작물 표면에 순간적으로 가볍게 대었다가 재빨리 끌어올리면 아크가 발생되는데, (a)나 (b)와 같이 용접봉을 공작물에 긁는 방법이 있다. 긁는 방법은 초심자가 이용하면 쉽게 아크를 일으킬 수 있고, 찍는 방법은 숙련된 자만이 이용할 수 있다.

아크 발생을 처음으로 해 보면 용접봉을 움직이는 속도가 느려 용접봉이 공작물에 붙는 일이 많다. 이 때는 당황하지 말고 용접봉을 공작물에 누르는 것처럼 하면서 홀더를 좌우로 2∼3회 움직이면 용접봉이 쉽게 떨어진다.

<그림1>에는 아크 발생의 3가지 방법이며, 숫자는 용접봉의 이동 순서이고 행로의 가는 부분은 침착하고도 재빨리 움직이는 것을 의미한다.

< 그림1 > 아크의 발생

 

(2) 아래보기 직선 비드

< 그림1 > 아래보기 용접자세

직선 비드는 용접봉의 끝을 좌우로 흔들지 않고 비드를 만드는 연습으로 용접의 첫걸음이며 용접 실습의 기본이다. 직선 비드는 실제로 용접을 할 때 가접 박판 및 V홈 이음 등의 제1층 용접에 많이 사용된다.

1) 용접봉을 겨누는 방법
< 그림2>과 같이 용접봉을 용접 진행 방향으로 70∼80˚(진행각)로 경사시키고 좌우에 대해서는 모재에 90˚(작업각)되게 하며, 아크의 길이는 용접봉의 지름을 기준으로 한다. 그러나, 실제로 용접은 피복제가 두껍게 부착되어 있으므로 용접봉을 경사시킬 때에는 봉 끝을 모재에 가볍게 접촉시키는 기분으로 하는 것이 좋다.

< 그림2 > 용접봉의 위치

< 그림3> 은 직선 비드의 운봉 요령이다. ①의 아크가 발생하면 ②,③과 같이 용접봉의 선단이 용융되어 ?와 같이 모재로 이행하기 때문에 용접봉은 짧아져서 아크가 길게 된다. 그러면 아크가 끊어질 위험성이 생기므로, 용접봉의 아크가 끊어지지 않도록 일정한 속도로 공급하여 아크의 길이를 일정하게 해야 하며, 직선을 긋는 기분으로 일정한 속도로 운봉한다. 이 때에 용접 비드의 길이와 용접봉의 길이는 거의 같은 정도가 적당하다.

< 그림3 > 직선 비드의 운봉 요령

2) 실습조건과 순서
먼 저 연습판에 백묵으로 여러 개의 직선을 평행하게 긋고 용접을 한다. 처음에는 백선 위를 덮지 못하고 탈선을 할 뿐 아니라 비드의 폭, 높이 및 파형 등이 고르지 못하지만 몇 번 반복하게 되면, 비드가 직선으로 되어 백선 위를 평행으로 덮개 되며 좋은 비드가 되면 다음 연습을 한다.

* 전진 및 후진 직선 비드 : 백선 위의 바로 앞에서 먼쪽으로, 또 먼쪽에서 앞쪽으로 비드를 만들고, 비드가 직선으로 평행하게 되면 비드의 폭, 높이, 파형 등이 일정하고 고르게 될 때까지 연습한다.

3) 실습할 때의 주의
실 습을 할 때 가장 어려운 것은 아크의 길이를 일정하게 유지하는 일이다. 일단 아크가 발생되면 용접봉의 끝이 녹아서 용접봉의 길이가 짧아지게 되므로, 용접봉을 공급해 주지 않으면 아크의 길이가 길어져 불안정하게 되어 아크가 꺼지는 일이 많다. 그리고, 당황해서 용접봉을 너무 급히 공급하면 모재에 달라붙어서 아크가 꺼지므로 주의를 해야 한다.

아크 용접은 이 조작이 확실하게 되면 반 이상 숙련이 된 것으로 생각해도 좋다. 이 연습은 모든 용접의 기초가 되는 것이므로 충분히 연습해서 자연스럽게 손을 움직일 수 있을 때 까지 숙련 해야 한다. 또, 용접중에 슬래그의 유동이나 용융 금속의 상태를 잘 관찰하여 아크 길이 및 용접전류의 적부 등이 아크의 소리나 용접봉이 녹는 현상으로 판단되기까지 연습을 하지 않으면 안된다. 실제로 작업을 할 때는 다음 사항에 주의를 해야 한다.

용접 전류, 운봉 속도, 아크 길이 등이 정상적인 경우는 아크가 안정되어 마치 프라이팬에 기름을 떨어뜨린 것과 같이 ‘바작바작’하는 소리가 나게 되지만, 용접 전류가 약하면 ‘바작바작’하는 소리에 힘이 없고 용접봉이 녹는 속도가 늦어져 용적이 큰 것이 모재에 이동되어 용입불량이나 오버랩이 일어난다.

반대로 용접 전류가 너무 세면 ‘퍼럭퍼럭’하는 폭발적인 소리를 내면서 스패터가 많이 생기며 용접봉이 적열되고, 아크력이 커서 언더컷 현상이 생긴다.

한 편, 아크의 길이를 길게 하면 ‘붕붕’ 소리를 내면서 아크가 불안정하게 되고 큰 용적이 떨어져 용입 불량과 비드에 요철이 생긴다. 반대로 아크의 길이가 짧으면 ‘바작바작’하는 소리가 예리하지 않고, 용접봉이 마치 모재에 달라붙는 것 같은 느낌이 들며 꺼지기 쉽고 용입도 고르지 못하게 된다.

4) 비드 외관

< 그림4 > 직선 비드의 양부

① 양호한 비드 : 용접 전류를 알맞게 조정하여 아크의 길이를 일정하게 유지하고, 운봉 속도를 알맞게 하면 비드의 폭과 높이가 일정하게 되며, 파형도 깨끗하여 고르게 된다. 또 언더컷, 오버랩도 없고 스패터도 적어 양호한 비드가 생긴다.
② 불량한 비드 : 용접 전류가 세거나 약하고 운봉속도가 불규칙하든가, 또는 아크의 길이가 변화하면 비드의 폭, 높이와 파형 등이 고르지 못하여 언더컷, 오버랩을 일으키고 용입도 불량하게 된다.

(3) 아래보기 위빙 비드
직선 비드보다 폭이 넓은 비드를 만드는 경우에는 용접봉의 끝을 반달 모양으로 운봉시키면서 비드를 만든다. 이것은 모든 운봉법의 기초가 되는 것이므로 정확히 습득해야 한다.

1) 용접봉을 겨누는 방법
용접봉을 겨누는 방법은 직선 비드와 똑같으며 <그림1>과 같이 경사지게 하고, 좌우에 대해서는 서로 90˚가 되도록 잡는다. 아크의 길이는 사용하는 용접봉의 심선 지름과 거의 동일하게 한다.

< 그림 1 > 용접봉의 위치

2) 반달형 운봉 요령

< 그림 2 > 위빙 비드의 운봉 방법

용 접봉의 끝을 <그림2>와 같이 반달형으로 운봉시키며 그 폭은 용접봉 지름의 2∼3배가 적당하고, 만들고자 하는 비드의 폭보다 약간 좁게 운봉을 한다. 이 폭이 너무 넓으면 비드는 평평하게 되어 언더컷을 일으키기 쉽고 파형도 고르지 못하게 된다. 또 반달의 피치는 5∼6mm가 되게 한다. 용접봉 끝의 운봉 속도는 반달형의 중앙을 빠르게 양쪽 끝으로 감에 따라 느리게 하여 끝에서는 봉을 잠시 정지한다.

반달의 중앙을 빨리 운봉하는 것은 양 끝보다 중앙이 너무 고온도로 과열되지 않게 하기 위해서이고, 끝에서 잠시 정지하는 것은 언더컷을 막아 비드 폭을 맞추기 위해서이다. 초심자는 용접부 중앙을 지날 때는 입으로 “하나”, 용접부 끝에서 정지할 때는 “둘, 셋”하고 박자를 셀 정도의 시간으로 운봉하면 좋다.

< 그림 3 > 위빙 비드의 운봉 요령

실 제 작업에 있어서 아크를 발생시키면 모재는 갑자기 녹아 용융풀이 된다. 이것과 동시에 용접봉 끝도 녹아 용적이 모재에 이동해서 용융 풀 전체에 퍼진다. 용적이 용융 풀을 충분히 채우면 용접봉을 반달 모양으로 그리면서 오른쪽으로 이동시켜 그 끝에서 봉을 잠시 정지한다. 끝에서 봉을 정지시키면 용융 풀은 달걀 모양으로 되고 모재는 점선 부분까지 녹아서 용접봉에서 옮겨간 용적은 이 녹은 부분 전체에 퍼지고 용적의 표면 장력으로 둥글게 된다. 용적의 쌓임이 적당하면 용접봉을 왼쪽으로 이동시켜 앞에서와 같이 반달형의 끝에서 잠시 정지하고 용적의 쌓임을 기다린다. 이상의 운봉을 반복하면 비드는 볼록하게 쌓이고 언더컷, 오버랩 등도 일으키지 않으며 비드의 폭, 높이도 균일하게 아름다워진다.

이 운봉법에서 특히 주의할 것은 운봉의 폭을 쌓으려고 하는 비드의 폭보다 약간 좁게 하고, 반달형의 양끝에서 봉을 잠시 정지시킨 다음 용적이 쌓이는 것을 기다려야 한다. 이 봉을 정지하는 시간은 용적이 용융 풀을 충분히 채우는 정도로 하면 좋고, 너무 길면 오버랩이 생기며 너무 짧으면 언더컷이 생긴다.

(4) 비드의 시작점, 크레이터의 연속 이음

1) 비드의 시작점
모재는 일반적으로 상온이므로 아크를 일으켜서 비드를 만들기 시작하면 모재가 녹기 전에 용접봉이 녹아 용융된 것이 떨어져 모재와 융합되지 않고 중첩을 이루므로 용입 불량의 원인이 된다.

따 라서, 비드의 시작점을 충분히 예열하지 않으면 안 된다. 그러기 위해서는 용접봉을 수직으로 하고 아크를 길게 하여 잠시 봉을 정지시켜 그대로 있으면 용적이 떨어지므로 용접봉의 끝에서 용적이 떨어지는 순간, 봉 끝을 가볍게 왼쪽이나 오른쪽으로 흔들어 이 용적을 날리고, 다시 용접봉을 원 위치에 가져와 아크를 발생시킨다. 이것을 2∼3회 반복하면 모재는 예열이 되어 용적과 모재가 잘 융합되고 용입도 양호하게 된다.

< 그림 1 > 비드의 시작점의 운봉 요령

2) 크레이터의 처리법
아 크를 끊으면 비드의 끝에 크레이터(crater)가 남는다. 이 크레이터는 최후의 용융 풀이 응고 수축될 때 생기는 것으로 슬래그의 섞임이 되기 쉽고, 수축될 때 균열이 생기기가 쉽다. 따라서 이것을 그대로 두면 파손이나 부식, 기타 결함의 원인이 되므로 반드시 완전히 덮지 않으면 안 된다.

< 그림 2 > 크레이터

크 레이터의 처리법은 용접이 끝나는 부분에 가서 아크를 짧게 하여 천천히 운봉을 하며, 다시 용접봉을 뒤로 보내서 재빨리 아크를 끄도록 한다. 아크를 끈 후 움푹 파여져 그대로 있으면 다시 되풀이하여 충분히 쌓아올려야 한다. <그림3>에는 크레이터의 처리법을 나타내었다.

< 그림 3 > 크레이터의 처리법

3) 비드의 연속 이음
작 업중 용접봉이 녹아 짧아져서 쓸 수 없게 되면 아크를 일단 끈 다음, 크레이터의 슬래그를 제거하고 새 용접봉을 홀더에 끼워서 용접을 계속한다. 이것을 봉 이음 또는 비드 이음이라 한다. 이 경우 일단 아크를 끄면 비드는 즉시 냉각한다. 냉각된 곳에서 용접을 계속하면 먼저 만들어진 비드가 녹기 전에 용접봉이 녹아 떨어져 겹치게 되므로 완전히 용접이 되지 않고 균열이나 부식의 원인이 된다. 따라서 <그림4>에 표시한 것과 같이 크레이터의 약간 전방에서 아크를 발생시켜 크레이터를 충분히 예열하면서 용접봉을 크레이터 위로 이동시키며, 용입에도 주의하면서 용적을 이행하도록 해야 한다. 또한 봉 이음의 경우 한 곳에 오래 봉을 정지시켜 두면 그 부분에 비드가 너무 많이 쌓이게 된다. 또 운봉 속도가 너무 빠르면 크레이터를 충분히 묻지 못하고 오목한 부분이 남게 된다.

< 그림 4 > 비드의 연속 이음

 

(5) 수평 자세 용접
수평 용접(horizontal welding)은 비드가 흘러내리기 때문에 비드의 위쪽에 언더컷, 아래쪽에 오버랩이 생기기 쉽다. 운봉 요령은 <그림1>와 같이 홀더를 잡고, 아크를 짧게 기울여 반원 운봉을 작게 하고 천천히 움직인다.

비드를 <그림2>과 같이 여러 개 만드는 경우는 앞의 비드에 약 1/3겹쳐서 비드를 만든다.

< 그림 1 > 수평 자세 용접

< 그림 2 > 수평 자세 용접 직선 비드 운봉법

 

 

(6) 수직 용접
수직 용접(vertical welding)은 수직면을 용접하는 것을 말한다. 연습은 처음부터 수직 용접이 곤란하므로 처음에는 45˚로 경사시켜서 하고, 순차적으로 60˚, 90˚로 경사도를 변경시켜 연습을 하도록 한다.

1) 수직 용접 자세
수직 용접자세는 앉아서 하는 것과 연습판을 가슴 높이 정도로 올려 서서 하는 것이 있으나, 어느 것이나 몸을 안정된 자세로 해야 한다.
특히 서서 할 때에는 두 발을 벌리고 몸의 무게를 양 발에 똑같이 나누어 약간 앞쪽으로 기울여서 한다.
홀더를 겨누는 방법은 <그림1>에서와 같이 용접봉을 130∼150˚로 끼워서 가볍게 잡고 어떤 방향으로도 자유로이 움직일 수 있도록 해야 한다.

< 그림 1 > 수직 자세 때 용접봉을 겨누는 방법

2) 수직 용접의 직선 비드
수직 용접에서 직선 비드는 상진 비드, 하진 비드가 있으며 용접봉의 끝을 움직이지 않고 직선 비드를 만드는 방법이다. 현장에서는 V형, X형 이음의 제1층 비드에 잘 쓰인다.

* 용접봉을 겨누는 방법과 운봉 요령 : 용접봉을 겨누는 방법에는 상진과 하진이 있는데 <그림2>과 같이 조금 다르다.

< 그림 2 > 용접봉을 겨누는 방법

운봉 요령은 아래보기 용접에 비하여 대단히 어렵고 비드가 처져서 용융금속이 흘러내린다. 이것을 막는 데는 아크를 짧게 하고 용접봉 끝을 연습판에 밀어 붙이는 기분으로 비드를 만든다.

① 상진 용접(vertical upper welding) : 상진 용접은 아래에서 위로 진행해 가는 것으로 아크를 발생시켜 모재의 일부를 녹이고, 용접봉 끝에는 용적이 생긴 순간에 모재로 이행시킨다. 용적이 모재로 이행하면 중력으로 용적이 조금 흘러내리며 모재와 융합이 되어 용융 풀이 생긴다. 그 후에 이 풀을 메우는 기분으로 용접을 계속한다. 상진 용접은 비드 끝이 뾰족하게 흘러내리고 언더컷이 생기기 쉽다. 전류가 강한 경우나 운봉이 늦는 경우에는 용접 결함이 심하게 일어난다.

② 하진 용접(vertical down welding) : 하진 용접은 상진의 반대로 위에서 아래로 용접을 하는 것으로 용접봉 끝을 모재에 알맞은 거리로 해서 용적이 모재로 이행되도록 한다. 하진 용접은 슬래그가 아래로 흘러내려 항상 풀 끝에 오게 되므로 풀을 보기가 어려워 용접하기가 곤란하나 이 어려움에 구애받지 말고 같은 상태로 운봉을 하면 된다. 이 용접법은 운봉 속도가 자연히 빠르게 되므로 용입 불량이 되기 쉽고, 비드가 평평하게 된다.

③ 수직직선 비드의 양부 : 비드가 직선으로 되어 있는가, 비드 폭과 높이가 고른가 또는 언더컷, 오버랩, 슬래그의 섞임 등의 유무를 잘 조사한다. 수직 직선 비드는 결함이 생기기 쉬우므로 충분한 주의를 해야 한다.

3) 수직 상진 위빙 비드
수직 상진 위빙 비드를 만들 때 용접봉을 겨누는 방법은 <그림3>와 같으며, 그 운봉 방법에는 조개형과 반달형이 있다.

① 상진 조개형 운봉 요령
<그림4>에서와 같이 1에서는 봉을 잠깐 멈추어 모재를 잘 녹이고, 2의 부근에서는 아크를 짧게 하여 천천히 운봉을 하여 언더컷을 방지하며 중앙을 향해서는 운봉을 약간 빠르게 하여 용철이 흘러 내리는 것을 막는다. 그리고 3의 부근에서 가장 운봉을 빨리, 4부근에서 안쪽으로 가볍게 돌리는 것 같이 하여 1‘로 옮기고, 다시 2’, 3‘, 4’와 같이 되도록 운봉 요령을 반복한다.

② 상진 반달형 운봉 요령
이것은 아래보기 자세의 반달형 운봉 요령과 똑같은 것으로 아크를 짧게 하고 천천히 운봉을 하여 언더컷을 방지하는 것이 중요하다. 또한 운봉 폭은 조개형, 반달형 운봉을 다 같이 너무 넓게 하지 말고, 용접봉 지름의 2∼3배 되게 풀에 용적을 쌓은 것 같은 요령으로 한다.

< 그림 3 > 수직 상진 위빙 비드	< 그림 4 > 상진 조개형과 반달형 운봉법

 

 

 

(7) 수평 필릿 용접

< 그림 1 > 수평 필릿 용접

수평 필릿 용접(H-Fil : horizontal fillet welding)은 <그림1>과 같이 강판의 평평한 면에 다른 강판 끝을 세워서 T자형으로 만들어 그 구석 부분을 용접하는 방법으로, V형 맞대기 용접과 함께 현장 작업 중 가장 많은 작업이며, 이 작업은 매우 중요한 용접의 하나이다.

1) 용접봉을 겨누는 방법과 운봉요령
용접봉은 진행 방향에 70∼80˚ 기울이고 양 판에 대해서는 θ각 일 때 θ/2로, 90˚일 때 45˚로 유지하며 구석의 중심을 향하도록 겨눈다. 제1층 비드는 보통 직선 운봉법으로 용접하고, 제2층 비드부터는 삼각이나 반달형 운봉법을 사용한다.

삼각 운봉법은 <그림2>의 (a)에 표시한 것과 같이 1, 2, 3, 4의 순서로 운봉을 하며 각각의 위치에 따르 운봉 속도가 다르다. 1, 2 사이는 보통 속도로 운봉하고, 2, 3 부근에서는 좀 느리게 해서 비드의 다리 길이(leg length)를 맞춘다. 3, 4 사이는 빠르게, 4에서는 구석을 충분히 녹이기 위하여 봉을 잠시 정지한다. 또 3, 4사이는 빨리, 5에서는 언터컷을 방지하기 위해서 다시 봉을 잠시 정지시키도록 한다. 비드 길이(폭)은 1, 3에서 결정되므로 이 사이는 특히 아크를 짧게 운봉한다. 또 필릿 용접 치수는 일반적으로 그림 4.22 (b)와 같이 다리 길이 L은 모재 두께와 거의 같게 하거나 최소한 70∼80%로 하고 목의 두께(actual throat)는 다리 길이의 약 70% 정도로 한다.

< 그림 2 > 필릿 용접의 운봉 요령

2) 필릿 용접의 검사
필릿 용접은 어더컷 및 오버랩을 일으키기 쉬우므로 먼저 이런 것을 잘 조사함과 동시에 슬래그의 섞임, 비드의 폭 등을 잘 조사한 다음에 필릿부의 다리 길이가 수평, 수직면에 같은 길이로 되어있는가를 조사한다.
<그림3>은 필릿 용접에서 일어나기 쉬운 결함을 표시한 것이다.

< 그림 3 > 필릿 용접에서 일어나기 쉬운 결함

 

 

(8) 아래보기 V형 맞대기 용접

V 형 홈 가공법에는 여러 가지 방법이 있으나, 연습판 등과 같이 공작물이 작을 경우에는 그라인더, 셰이퍼, 밀링 등을 사용하나 공작물이 크고 두꺼운 판이면 플레이너(planer)라는 홈 가공 전용 기계를 사용한다. 그러나 최근에는 가스 절단이 대단히 발달하여 V형 홈 가공은 거의 가스 절단법에 의한다.

이 방법은 <그림1>에 표시한 것과 같이 가스 절단 팁을 2개 혹은 3개를 구비하여 한쪽만을 가공할 때나 양쪽을 모두 가공할 때 자동 절단기로써 한번에 가공하며, 이 홈의 가공면은 형상이나 치수도 상당히 정밀하게 완성되는 방법이다. 이 밖에 U형 홈은 가스 불꽃과 산소로써 홈을 가공하는 가스 가우징(gas gouging) 방법을 이용하기도 한다.

< 그림 1 > 가스 절단에 의한 V형 홈 가공

2) 용접봉을 겨누는 방법과 운봉 효과
용 접봉을 <그림2>와 같이 진행 방향으로 50∼60˚경사시켜 제1층은 직선 비드를 만들고 제2층, 제3층은 반달형 비드법을 사용한다. 제1층에 직선 비드를 만드는 것은 V홈의 폭이 좁고 깊이가 깊어서 슬래그의 섞임이 되기 쉽고, 용입 불량이 되기 쉬우므로 이것을 방지하기 위해서이다.

< 그림 2 > V형홈 맞대기 운봉 요령

제 2층은 좁게 반달형 위빙을 한다. 제3층은 좀 넓게 반달형 위빙을 하는데, 위빙의 폭을 V홈의 폭보다 약간 좁게 하고, V홈의 끝선보다 약 1mm 안에서 봉을 일단 정지시켜 언더컷을 방지하고 비드의 폭을 고르게 한다. 또 V홈의 양끝 선에서는 용접봉을 약간 안쪽으로 기울여 슬래그의 섞임을 방지한다. 운봉이 너무 넓어지면 언더컷이나 슬래그의 섞임이 생긴다.

3) 실습조건
① 제1층 비드 : 제1층은 앞에서 말한 바와 같이 V홈의 폭이 좁고 깊이가 깊어서 슬래그의 섞임, 용입 불량등이 되기 쉬우므로 용접 전류를 85∼90A(φ3.2mm 용접봉 사용시)정도로 한다.

용 접봉 끝을 V홈의 바닥 옆 가장자리에 가볍게 접촉시켜 아크를 일으켜 봉이 녹는대로 진행하고, 직선을 긋는 기분으로 직선 비드를 만든다. 이 때 주의해야 할 것은 V홈의 밑면을 잘 녹이고 <그림3>과 같이 뒷면에 파형, 즉 이면 비드가 생기도록 연습해야 한다.

< 그림 3 > 제1층 비드와 이면 비드

이렇게 하기 위해서 전류를 잘 조정하는 것은 물론이고 용융 풀을 잘 보고 V 홈의 밑을 적당히 녹여서 용융 풀의 직전에 녹은 용철이 떨어지지 않을 정도로 약 3mm의 열쇠 구멍(key hole)을 만들며, 이것이 용융 풀의 진행과 같이 연속적으로 옮겨 가도록 해야 한다. 이 열쇠 구멍이 너무 커지면 밑으로 용락이 되어 큰 구멍이 생기며 용적이 흘러내리고 용접이 되지 않는다. 또, 열쇠 구멍(key hole)이 생길 정도가 아니면 밑부분이 녹지 않아 용입 불량이 된다.

이 용접은 제1층 용접이 가장 중요하고 어렵다. 용접 중에 열쇠 구멍(key hole)은 용접봉의 경사 각도를 바꿈으로써 어느 정도 조절할 수가 있다. 열쇠 구멍(key hole)이 커졌을 때는 용접봉을 진행 방향으로 눕히고 열쇠 구멍(key hole)이 생기지 않으면 봉을 일으켜 세워 준다. 이 조작으로 용융 풀의 녹는 상태를 조절 하여 작은 구멍을 일정한 크기로 유지하면서 진행한다.

② 제2층 비드 : 제1층 비드가 끝나면 슬래그를 슬래그 해머로 제거한 후 다시 와이어 브러시로 청소하고 제2층 비드를 만든다. 용접 전류는 φ3.2mm 봉일 때 100∼120A로 조정하여 작은 반달형 위빙을 하면서 제1층 비드의 표면을 충분히 녹이며 슬래그의 섞임에 주의한다. 이때, 아크 길이가 길어지면 용입 불량이나 슬래그의 섞임 생긴다.

 

출처:  http://www.weldnet.co.kr

1. 주요 용접 결함

언더컷 (Under-Cut)
언더컷은 용접과정 중 모재가 함몰되어 생기는 표면결함으로 날카로운 형상을 가지고 있어 응력집중에 의한 균열로 발전할 수 있는 결함이다.
용접전류가 과다할 때, 아크(arc) 길이가 길 때, 운봉 속도가 너무 빠를 때 생기기 쉽다.

오버랩 (Over-Lap)
오 버랩은 용융된 금속이 모재면에 덮혀진 상태를 말한다. 오버랩의 원인은 언더컷이 생기는 원인과 반대로 용접전류가 너무 약할 때 또는 용접속도가 너무 느릴 때 생기기 쉽다. 오버랩 결함은 응력집중으로 발생된 균열이 오버랩 내부에 숨어 있을 수도 있기 때문에 매우 위험한 용접결함으로 분류된다.

개재물 (Inclusion)
개재물이란 슬래그(Slag), 플럭스(Flux), 텅스텐(Tungsten)과 같이 용접부 내에 들어 있는 이물질을 말한다.슬래그 개재물이란 용해된 금속을 보호하기 위해 사용되는 플럭스가 용착 금속의 내부에 잔류하거나 또는 용접 표면에 박혀 있는 것을 말하며, 루트부, 용접 각 패스의 경계 및 패스 내의 혼입 형태로 존재한다.
슬래그 개재물은 용접사의 기량 미숙이 가장 큰 원인으로 부적절한 운봉과 용접 전 또는 용접 각 패스간 슬래그 제거 부족 등의 원인으로 발생한다. 이 슬래그 개재물은 용접부의 강도 및 연성 등을 저하시키고 때로는 취성 파괴의 원인이 될 수 있으므로 완전히 제거하여야 한다.
텅스텐 개재물은 GTAW, PAW처럼 텅스텐을 전극봉으로 사용하는 경우 발생하며 텅스텐 전극봉과 용접봉의 접촉, 스패터에 의한 텅스텐 전극봉의 오염, 전극봉의 과열, 과도한 전류 사용, 너무 작은 구경의 전극봉, 부적절한 차폐가스의 사용 등이 원인이다.

용입불량 (Incomplete Penetration)
용 입불량은 용접기술 관리상 중요한 문제가 되는 결함으로 개선용접 또는 필렛 용접을 할 때 용접전류가 너무 낮아 아크 열이 루트 밑부분까지 충분하게 용융시키지 못했을 때 발생한다. 용입불량은 용접속도가 부적당할 때, 개선각이 부적절할 때, 용접봉의 선택이 잘못되었을 때 발생하며 외부에서 잘 발견할 수 없는 결함으로 이음의 강도가 약하게 되고 특히 이 부분에 반복하중이 작용하면 균열이 일어날 수 있다.

융합부족 (Lack of Fusion)
융합부족은 완전히 용접조작의 실패에 의한 것으로 용접봉과 모재 또는 각 패스간 용접부 사이를 충분히 용융시키지 못한 상태에서 용접금속이 흘러 들어가 메워진 상태(Cold Lap)의 결함이며 날카로운 선 모양의 끝단부를 형성하기 때문에 균열과 비슷하게 다루어 진다. 용접부의 모든 위치에서 발생 가능하며 가장 큰 원인은 용접사의 운봉 기술이 부적절하기 때문이다. 일부는 부적절한 용접법을 선택하여 용접할 부위의 모재를 충분히 녹이지 못하여 용융부족을 발생시키기도 한다. 불충분한 개선각, 오염된 용접부, 부적절한 용접봉 크기 등이 원인으로 지적될 수도 있으며 특히 열원과 용가봉이 별도로 되어 있는 용접법 (가스용접, GTMA법)에 특히 많다.

기공 (Porosity)
기 공은 용접시 물리적 또는 화학반응에 의해 발생된 가스가 용접금속 내에 갇힌 상태로 응고한 결함으로 용접부 전길이에 불균일하게 연속하여 발생하는 경우와 국부적으로 발생하는 경우가 있다. 또한 기공의 형상에 따라 선형기공, 블로우홀(Blow Hole), 웜홀(Worm Hole), 파이프(Pipe)과 같은 명칭으로 불리기도 한다.
기공 결함은 아크 내에 공기가 침투하였을 때, 용접전류가 과다할 때, 아크(arc) 길이가 길 때, 용접봉 또는 이음부에 습기가 많을 때, 이음부에 유지, 페인트, 녹 등을 완전히 제거하지 않았을 때 발생한다. 또한 모재 중의 유황량이 많은 경우도 발생하기 쉬운데 이런 경우 저수소계 용접봉을 사용하므로써 예방할 수 있다. 기공의 형태 중 특히 파이프의 경우 용접 이음부의 미용착을 수반하여 용입부족이나 융합불량의 존재를 나타내는 증거가 되기도 하며 Back Chip을 밀착시킨 맞대기용접부나 T형 필렛 용접부와 같은 종류의 용접 이음부 중에 가스의 이탈방향으로 늘어진 형태로 갇히게 됨으로 발생한다. 또한 1 Pass 용접 시 용접아크가 불안정한 경우 루트부에 가늘고 긴 선상의 기공이 발생하기도 하는데 이를 중공비드(Hollow Bead)라고 한다.
용접금속 내부에 존재하는 것을 기공(Porosity)이라 하고 비드 표면에 입을 벌리고 있는 것을 피트(Pit)라고 한다.

크레이터 (Crater)
크 레이터는 아크를 끊을 때 비드 끝부분이 오목하게 들어가는 것으로 이 부분이 균열이 일어나기 쉽다. 방지법으로는 갑작스럽게 아크를 끊지 말고 운봉을 멈춘 채로 크레이터가 생기지 않게 이 부분을 채워 주거나, 일단 아크를 끊고 다시 몇 번 아크를 일으켜 크레이터를 채워주는 방법이 있다.

균열 (Crack)
용접균열은 용접부에 생기는 결함 중에서 가장 치명적인 것으로 모든 규격에서 균열은 허용되지 않는다. 균열은 하중 또는 응력이 해당 재질의 인장강도를 초과하여 작용하면 시작되며, 균열 결함은 응력이 작용하면 성장하는 경향이 있어 가장 치명적인 결함으로 분류한다. (물론 다른 모든 용접결함 또한 결함부에 응력이 작용하면 성장하는 경향이 있으며 이를 '결함성장'이라 한다)
용접균열은 몇 가지 방법으로 분류되는데 균열이 발생하는 금속의 온도를 기준으로 고온균열과 저온 균열로 분류하며, 용접 축방향을 기준으로 종균열(Longitudinal Crack, 용접부의 축과 평행한 방향으로 발생하는 균열)과 횡균열(Transverse Crack, 용접부의 축과 수직으로 발생된 균열)로 분류한다. 균열의 발생부위에 따라 분류하기도 하는데 Throat, Root, Toe, Crater, Under Bead, HAZ Crack 등이 있다.

- 고온균열
고온균열은 용접금속이 응고되면서 발생하는 것으로 결정립계가 충분히 고상화 되지 못한 상태에서 응력이 작용하여 균열이 발생하는 것으로 알려져 있다. 고온균열은 용접금속내의 결정립계에서 발생하기 때문에 결정립 사이로 진행하는 균열이 대부분이나 때로는 열영향부의 균열도 있다. 고온균열은 대체로 표면이 균열되어 균열면이 산화된다.

- 저온균열
저 온균열 온도 300℃이하에서 발생하거나 용접금속이 응고된 후 48시간 이내에 발생하는 균열로 특히 응고 후 48시간 이내에 발생하는 균열을 지연균열이라고도 한다. 저온균열은 수축응력이나 열변형에 의한 응력집중 등의 원인으로 인하여 발생하며, 결정립 사이 또는 결정립을 관통하는 형태로 전파성장된다. 실제로 일어난 저온균열의 발생 원인을 정리하면, 부적당한 용접봉 사용, 루트 간격의 과대, 예열 및 후열관리의 불충분, 용접순서의 부적당 등이다.

- Throat Crack
Throat Crack은 필렛 용접부의 중앙부에서 잘 발생하기 때문에 붙여진 이름이다. 용접축의 횡방향으로 강한 응력이 작용하는 경우 얇은 루트패스와 오목한 필렛 용접과 같은 것들은 Throat 균열이 잘 발생된다.

- Root Crack
Root Crack 은 Root 간격이 너무 넒은 경우, 루트용접부에 응력이 집중되는 경우 발생된다.

- Toe Crack
Toe균열은 용접부의 Toe에서 발생되는 모재의 균열이다. 용접 덧살 또는 지나치게 볼록한 용접부의 형상에서 기인한 응력의 집중으로 발생된다.

- Crater Crack
Crater 균열은 용접패스가 끝나는 지점에서 발생된다. 용접 마무리 지점에서 용접부가 완전히 채워지지 않은 경우 그 부위에 얇은 용착 부위가 형성되어 용접 수축응력에서 균열이 발생된다.

- Under Bead Crack
Under Bead 균열은 용착금속이 아닌 열영향부에서 발생한다. 언더비드 균열은 용접이 완료된 후 많은 시간이 지나도록 진행되지 않을 수도 있기 때문에 특별히 위험한 균열이다. 때때로 지연균열(delayed crack)로 불리기도 한다. 지연균열에 민감한 강재의 용접에 대한 최종 육안검사나 비파괴검사는 용접완료 후 48~72시간 후에 수행되어야 한다. 고강도의 강재는 특히 이러한 균열에 매우 민감하다.
Under Bead Crack은 용접부위에 수소가 있을 때 잘 발생된다. 용접봉, 오염된 모재, 대기 등으로부터 흡수된 수소는 용착금속에 포함되어 있다가 냉각 후 열영향부로 이동하게 된다. 열영향부에서 모인 수소는 분자 형태로 모이려고 하고 그 만큼 많은 체적이 필요하게 된다. 이때에 주위의 금속이 충분한 연성을 갖지 않는다면 갇힌 수소분자에서 형성된 내부응력이 언더비드 균열을 유발하게 되는 것이다.


2. 기타 결함

아크 스트라이크 (Arc Strike)
아크 스트라이크는 용접이음의 용융부위 밖에서 아크를 발생시킬 때 아크열에 의하여 모재에 결함이 생기는 것으로 때로는 스패터보다 훨씬 더 심한 용접결함이 될 수 있다.
금 속은 급랭하게 되면 단단하고 취약한 구조로 바뀌는데 이것이 취성이라 하며 균열의 원인이 된다. 마찬가지로 모재에 아크 스트라이크가 발생한 경우 아크로 인해 발생한 열이 주위의 모재로 급격히 열을 빼앗기게 되어 급랭되면서 취성을 갖게 된다.

스패터 (Spatter)
스패터는 용융금속의 소립자가 비산하는 것으로 슬래그의 점도가 높을 때, 전류가 과대할 때, 피복재에 수분이 있을 때, 긴 아크, 운봉 각도 부적당, 모재 온도가 낮은 경우 등에 발생하기 쉽다. 스패터는 완전히 제거되어야 한다.

언더필 (Under-Fill)
용접부 윗면이나 아랫면이 모재의 표면보다 낮게 된 것을 말하는 것으로 용접사가 충분히 용착금속을 채우지 못하였을 때 생긴다. 특히 루트부에 발생하는 것을 루트오목부(Root Concavity)라 한다.

취부 불량에 의한 Hi-Low 또는 Misalignment
이 결함은 부적절한 취부로 인해 발생하는 것으로 맞대기용접부의 경우 루트부의 용입부족 및 윗면부의 언더필 결함의 원인이 된다. 특히 로보트용접 등의 자동용접을 주요 공정으로 하는 경우 용입불량을 초래하는 제일 큰 원인을 제공하므로 매우 위험한 결함으로 분류하기도 한다.

용락 (Burn through)
용접 금속이 국부적으로 떨어져 나간 것을 용락이라 하며 주로 루트부에 과대한 용입이 원인이 된다.

각장 및 목두께의 부족

과잉 용접 및 과잉 침투

불규칙한 용접 비드

부적절한 사상

출처 : 사과소리

글쓴이 : 베비페스 원글보기

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