용접 품질 검사: 10가지 흔한 결함과 탐지 팁

용접 품질 검사

용접 구조물의 만족스러운 성능을 보장하기 위해 용접 품질은 적절한 시험 절차로 결정되어야 합니다. 따라서 현장에서 용접 구조물이 겪는 조건과 동일하거나 더 심각한 조건에서 검증 시험을 실시합니다.

이 페이지에는 육안 검사 팁이 포함되어 있습니다. 다음 페이지에는 GMAW 검사 방법과 물리적 용접 시험이 포함되어 있습니다.

이 시험들은 현장에서 사용하기 위해 재료가 출시되기 전에 수정할 수 있는 약하거나 결함 있는 구간을 드러냅니다. 또한 시험은 병기 장비에 적합한 용접 설계를 결정하고 요원의 부상과 불편을 예방합니다.

NDT는 비파괴 검사를 의미합니다. 손상을 주지 않고 용접을 평가하는 시험 접근법입니다. 원격 육안 검사(RVI), X선, 초음파 시험, 액체 침투 시험 등을 포함하여 시간과 비용을 절약합니다.

대부분의 용접에서 품질은 의도된 기능에 따라 시험됩니다. 기계 부품을 수리하는데 기계가 제대로 작동하면 용접이 종종 올바른 것으로 간주됩니다. 용접이 올바른지 알 수 있는 몇 가지 방법이 있습니다:

• 분포: 용접 재료가 결합된 두 재료 사이에 균등하게 분포되어 있습니다.
• 이물질: 용접부에 슬래그 같은 이물질이 없습니다. 냉각 후 슬래그는 프로젝트에서 벗겨져야 하고 쉽게 제거되어야 합니다. MIG 용접에서는 차폐 가스 잔여물도 쉽게 제거되어야 합니다. 가장 깨끗한 공정인 TIG도 이물질이 없어야 합니다. TIG에서 이물질이 보이면 용접되는 재료가 철저히 세척되지 않았다는 뜻입니다.
• 기공(포로시티): 용접 표면에 불규칙성이나 다공성 구멍(기공)이 없어야 합니다. 구멍은 약점을 만듭니다. 구멍이 보이면 베이스 메탈이 더러웠거나 산화 피막이 있었음을 보통 나타냅니다. MIG나 TIG 사용 시 기공은 용접 시 더 많은 차폐 가스가 필요함을 나타냅니다. 알루미늄 용접의 기공은 가스 부족의 핵심 지표입니다.
• 밀착성: 이음부가 밀착되지 않으면 용접 문제를 나타냅니다. 산소아세틸렌 용접에서 필러 재료 없이 오토게너스 용접을 하는 경우 용접은 밀착되어야 합니다. TIG 오토게너스 용접도 마찬가지. 다른 용접 유형에서는 필러 재료가 간극을 메우므로 간극이 덜 중요합니다. 하지만 일반적으로 간극은 잠재적 품질 문제를 나타냅니다.
• 누설 방지: 액체를 담는 품목 수리 시 누설은 문제의 확실하고 명백한 증거입니다. 가스를 담는 것도 마찬가지. 비누 거품을 사용해 문제 확인하는 시험 방법이 있습니다(스프레이 병으로 쉽게 적용 가능).
• 강도: 대부분의 용접은 요구 강도를 입증해야 합니다. 적절한 강도 보장 방법 중 하나는 강도 요구 사항보다 높은 등급의 필러 메탈과 전극으로 시작하는 것입니다.

용접 전(루트 페이스, 간극, 베벨 각도, 이음부 맞춤), 중(전극 소모율, 금속 흐름, 아크 소리와 빛), 후(언더컷, 루트 융합 문제, 핀홀, 과도한 스패터, 용접 치수) 육안 검사 방법도 포함됩니다.

육안 검사(VT)

육안 검사는 눈으로 용접부를 검사하여 표면 불연속을 판단하는 비파괴 시험(NDT) 용접 품질 검사 공정입니다. 가장 일반적인 용접 품질 검사 방법입니다.

비파괴 용접 품질 검사의 장점:

• 저렴함(보통 인건비만 듬)
• 저비용 장비
• 전력 불필요
• 결함 조기 발견 및 미포착 문제로 인한 후속 수리 비용 절감

단점:

• 검사원 교육 필요
• 양호한 시력 필요 또는 20/40로 교정
• 내부 결함 놓칠 수 있음
• 검사원이 보고서 기록해야 함
• 인적 오류 가능성

육안 용접 품질 검사 단계

일관된 접근법 적용을 위한 절차 연습 및 개발

1. 용접 전 재료 검사
2. 용접 중 품질 검사
3. 용접 완료 후 검사
4. 문제 표시 및 용접 수리

용접 중 육안 검사

• 전극 크기, 유형, 보관 상태 확인(저수소 전극은 안정화 오븐에 보관)
• 루트 패스 균열 취약성 관찰
• 각 용접 패스 검사. 언더컷과 요구 윤곽 확인. 각 패스 사이에 용접이 제대로 세척되었는지 확인.
• 채워야 할 크레이터 확인
• 용접 순서와 크기 확인. 게이지로 크기 확인.

용접 후 검사

• 용접을 코드와 표준과 대조 확인
• 게이지와 도면으로 크기 확인
• 마감과 윤곽 확인
• 기준에 따른 균열 확인
• 오버랩 확인
• 언더컷 확인
• 스패터가 허용 수준인지 판단

알아야 할 10가지 흔한 용접 결함

용접 결함이란 무엇인가?

용접 결함은 잘못된 용접 공정이나 부정확한 용접 패턴 등으로 인해 주어진 용접 금속에 형성된 불규칙성으로 정의될 수 있습니다. 결함은 원하는 용접 비드 모양, 크기, 의도된 품질과 다를 수 있습니다.

용접 결함은 용접 금속 외부 또는 내부에서 발생할 수 있습니다. 일부 결함은 허용 한계 내라면 허용될 수 있지만 균열 같은 다른 결함은 결코 용납되지 않습니다.

공학은 항상 불완전성의 존재를 인식하고 공차와 함께 작업해 왔습니다. 공차는 불완전함이 허용되는 정도를 정의하는 용어입니다. 따라서 공차는 특정 응용, 공정, 사용 재료에 대해서만 정의되어야 합니다.

불완전성은 구조 설계에 관한 모든 차이로 알려져 있습니다. 공학에서 불가피하지만 모두 용납 불가능한 건 아닙니다.

용접 불연속성이란 무엇인가?

불연속성은 물질의 전형적인 물리적 구조가 중단되어 특성이 급격히 변하는 것입니다. 따라서 단순 특성 변화는 불연속성을 특징짓지 않습니다. 그러나 공차 한계를 초과하는 불연속성만 용접 결함으로 간주되어야 합니다.

따라서 특정 균열이 있는 용접은 다른 응용 분야에서는 승인되거나 불승인될 수 있습니다.

용접 결함의 종류

이제 용접 결함을 드러내는 방법을 알았으니, 어떤 종류의 용접 결함을 다루고 있는지 식별하는 법을 배워봅시다. 각각 고유한 특성을 가지며 다른 수리 접근법이 필요합니다.

• 융합 불량 또는 불완전 융합
• 언더컷
• 슬래그 포함
• 스패터
• 균열
• 기공(포로시티)
• 오버랩
• 휨(워페이지)
• 번스루

1. 용입 불량 또는 불완전 용입

용접 비드 루트가 이음부 루트에 도달하지 못해 부품의 반대쪽 면을 용접하지 못할 때 발생합니다. 이 불연속성을 수정하려면 전류를 높이거나 용접 속도를 줄이거나 이음부 형상을 변경할 수 있습니다.

원인:

• 함께 용접하는 금속 사이에 공간이 너무 많았습니다.
• 비드를 너무 빨리 이동시켜 이음부에 충분한 금속이 퇴적되지 않았습니다.
• 너무 낮은 전류 설정으로 전류가 금속을 제대로 녹일 만큼 강하지 않습니다.
• 큰 전극 직경
• 정렬 불량
• 부적절한 이음부

대책:

• 적절한 이음부 형상 사용
• 적절한 크기의 전극 사용
• 아크 이동 속도 감소
• 적절한 용접 전류 선택
• 적절한 정렬 확인

2. 융합 불량 또는 불완전 융합

이음부 모서리나 이전에 퇴적된 스트랜드 면에서 국부적 융합 부족이 발생합니다. 전류를 높이거나 용접 속도를 줄이거나 이음부 형상을 변경하거나 자기 불어내기 방지 기법을 사용해 수정할 수 있습니다.

원인:

• 낮은 열 입력
• 표면 오염
• 잘못된 전극 각도
• 용접 중인 재료 두께에 맞지 않는 전극 직경
• 이동 속도가 너무 빠름
• 용접 풀이 너무 커서 아크보다 앞서 나감

대책:

• 적절한 아크 전압으로 충분히 높은 용접 전류 사용
• 용접 전 금속 세척
• 용융 풀이 아크를 범람하지 않게 함
• 올바른 전극 직경과 각도 사용
• 퇴적 속도 감소

3. 언더컷

코드 발 부분에 노치 같은 함몰이 발생합니다. 전류를 줄이거나 용접 속도를 줄여 수정할 수 있습니다.

이 용접 결함은 용접 토에서 홈 형성이 일어나 베이스 메탈의 단면 두께를 줄입니다. 결과적으로 용접부와 공작물이 약해집니다.

원인:

• 너무 높은 용접 전류
• 너무 빠른 용접 속도
• 자유 모서리에 더 많은 열을 향하게 하는 잘못된 각도 사용
• 전극이 너무 큼
• 가스 차폐 잘못된 사용
• 잘못된 필러 메탈
• 열악한 용접 기술

대책:

• 적절한 전극 각도 사용
• 아크 길이 감소
• 전극 이동 속도 감소(하지만 너무 느려서도 안 됨)
• 용접할 재료 유형에 맞는 올바른 구성의 차폐 가스 선택
• 더 두꺼운 구성 요소 쪽으로 더 많은 열을 향하게 하는 적절한 전극 각도 사용
• 얇은 영역과 자유 모서리에 접근할 때 전류를 줄이는 적절한 전류 사용
• 과도한 위빙을 포함하지 않는 올바른 용접 기술 선택
• 다중 패스 기술 사용

4. 슬래그 포함

용접 금속 내에 금속성 또는 비금속성 고체 물질이 잔류할 때 발생합니다. 원인은 패스 간 용접 표면 부적절한 세척입니다. 단일 패스 용접에서도 슬래그가 용접 루트와 토에 갇히면 발생할 수 있습니다.

슬래그 포함은 용접에서 보통 쉽게 눈에 띄는 결함 중 하나입니다. 슬래그는 스틱 용접, 플럭스 코어 아크 용접, 서브머지드 아크 용접의 부산물로 발생하는 유리질 물질입니다. 용접 시 사용되는 고체 차폐 재료인 플럭스가 용접부나 용접 구역 표면에서 녹으면 발생할 수 있습니다.

원인:

• 부적절한 세척
• 용접 속도가 너무 빠름
• 새 패스 시작 전 용접 패스 세척 안 함
• 잘못된 용접 각도
• 용접 풀이 너무 빨리 식음
• 용접 전류가 너무 낮음

대책:

• 전류 밀도 증가
• 급속 냉각 감소
• 전극 각도 조정
• 이전 비드에서 슬래그 제거
• 용접 속도 조정

5. 스패터

용접 비드에서 용융 입자가 튀어 나올 때 발생합니다. 전류를 줄이고 금속 이송의 불안정성을 제어해 수정할 수 있습니다.

스패터는 용접에서 작은 입자가 주변 표면에 부착될 때 발생합니다. 가스 금속 아크 용접에서 특히 흔합니다. 아무리 노력해도 완전히 없앨 수는 없습니다. 하지만 최소화하는 몇 가지 방법이 있습니다.

원인:

• 실행 전류가 너무 높음
• 전압 설정이 너무 낮음
• 전극 작업 각도가 너무 가파름
• 표면 오염
• 아크가 너무 김
• 잘못된 극성
• 불규칙한 와이어 공급

대책:

• 용접 전 표면 세척
• 아크 길이 감소
• 용접 전류 조정
• 전극 각도 증가
• 적절한 극성 사용
• 공급 문제 없는지 확인

6. 용접 균열

야금학적 기원의 불연속성 중 균열을 들 수 있는데, 용접 영향 구역(용융 구역 또는 열영향부)에서 고체화되는 금속의 수축과 결정립 성장 등 여러 요인으로 나타날 수 있으며, 냉간 균열, 응고 균열, 재가열 균열로 분류됩니다.

가장 심각한 용접 결함 유형은 용접 균열로 업계 거의 모든 표준에서 용납되지 않습니다. 표면, 용접 금속 내부, 강한 열 영향을 받은 영역에서 나타날 수 있습니다.

발생 온도에 따라 다양한 균열 유형이 있습니다:

• 열간 균열: 용접 공정 중 또는 용접 이음부 결정화 공정 중 발생할 수 있습니다. 이 시점 온도는 10,000°C 이상 상승할 수 있습니다.
• 냉간 균열: 용접이 완료되고 금속 온도가 내려간 후 나타납니다. 용접 후 몇 시간 또는 며칠 지나 형성될 수 있습니다. 주로 강철 용접 시 발생. 이 결함 원인은 보통 강철 구조 변형입니다.
• 크레이터 균열: 작업자가 용접 이음부 패스를 마치기 전 용접 공정 끝에서 발생. 보통 용접 끝 근처에서 형성. 용접 풀이 식어 고체화될 때 용접 금속 수축을 극복할 충분한 부피가 필요. 그렇지 않으면 크레이터 균열 형성.

원인:

• 철금속 용접 시 수소 사용
• 고체화 수축으로 인한 잔류 응력
• 베이스 메탈 오염
• 높은 용접 속도지만 낮은 전류
• 용접 전 예열 안 함
• 불량한 이음부 설계
• 금속 내 높은 황과 탄소 함량

대책:

• 필요한 만큼 금속 예열
• 용접 구역 적절한 냉각 제공
• 적절한 이음부 설계 사용
• 불순물 제거
• 적절한 금속 사용
• 충분한 단면적으로 용접
• 적절한 용접 속도와 전류 사용
• 크레이터 균열 방지를 위해 크레이터가 제대로 채워지도록 함

7. 기공(포로시티)

용융 구역 내에 가스 기포가 잔류하여 형성됩니다. 내부적으로 발생할 수도 있고 표면에 나타날 수도 있습니다. 차폐 가스 흐름을 교정하고 더 순도 높은 가스(구성 성분 순도 높음)를 사용해 수정할 수 있습니다.

기공은 용접 금속 오염 결과로 발생합니다. 갇힌 기체가 기포로 찬 용접을 만들어 약해지고 시간이 지나면 붕괴될 수 있습니다.

원인:

• 부적절한 전극 탈산제
• 긴 아크 사용
• 수분 존재
• 부적절한 가스 차폐
• 잘못된 표면 처리
• 너무 높은 가스 흐름 사용
• 오염된 표면
• 녹, 페인트, 그리스, 오일 존재

대책:

• 용접 전 재료 세척
• 건조한 전극과 재료 사용
• 올바른 아크 거리 사용
• 가스 유량계 확인하여 적절한 압력과 유량 설정으로 최적화되었는지 확인
• 아크 이동 속도 감소로 기체 탈출 허용
• 올바른 전극 사용
• 적절한 용접 기술 사용

8. 오버랩

용접 면이 용접 토를 훨씬 넘어 확장될 때 발생합니다. 주로 너무 큰 전극 사용이나 열악한 용접 기술로 인해 발생합니다.

원인:

• 부적절한 용접 기술
• 큰 전극 사용으로 이 결함 발생 가능
• 높은 용접 전류

대책:

• 적절한 용접 기술 사용
• 작은 전극 사용
• 낮은 용접 전류

9. 휨(워페이지)

금속 부품의 모양과 위치에서 원치 않는 변화입니다. 열 사용이 잘못되어 용접 부품의 수축/팽창으로 인해 발생합니다.

원인:

• 잘못된 토치 각도
• 큰 전극 사용
• 부적절한 용접 기술

대책:

• 적절한 토치 각도 사용으로 금속 응력 감소
• 작은 전극 사용으로 크레이터 감소
• 적절한 기술 사용

10. 번스루

용접 금속이 베이스 부품을 관통하면 번스루라고 합니다. 얇은 부품 용접 시 흔한 불연속성입니다. 루트 개구부가 너무 크거나 전압을 너무 많이 사용할 때 발생합니다.

용접 불연속성인지 용접 결함인지 구별하는 방법

용접 불연속성은 정상 흐름이 중단된 것처럼 보여 쉽게 인식할 수 있습니다. 용접 결함이라고도 하며 용접 금속이나 모재에서 발견될 수 있습니다. 불연속성은 잘못된 용접 패턴이나 기술로 인해 용접 금속에서 발생합니다. 용접 비드 모양과 두께, 궁극적으로 품질과 다를 수 있습니다.

일반적으로 불연속성은 피하고 처리해야 하지만, 용접 결함보다는 약간 덜 심각합니다. 그래도 용접 불연속성을 발견하면 수리해야 합니다.

하지만 용접 불연속성 그룹이 프로젝트에 명시된 한계를 초과하면 용접 결함이 될 수 있습니다. 이는 국가, 재료, 환경 유형에 따라 달라집니다.

결국 좁은 공간에서 용접 작업을 검사하는 가장 효과적인 방법은 용접 카메라를 사용하는 것입니다. 작동 방식을 보여주는 동영상 예시가 있습니다.

너무 늦기 전에 용접 결함 식별하기

제때 용접 결함을 포착하는 것의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. 사소한 결함도 치명적일 수 있습니다. 용접 기술 관리부터 용접 전류와 감독까지, 용접은 최대한의 주의가 필요한 복잡한 기술입니다.

올바른 도구에 투자하면 작업을 쉽고 안전하게 완료할 수 있습니다. 석유, 가스, 광업 업계 기업들이 가장 흔한 용접 결함을 식별하는 방법을 이해하여 조치할 수 있도록 하는 것이 중요합니다.