용접 결함의 종류, 원인, 검출 및 해결 방법 완벽 가이드

용접 결함의 종류

오늘은 용접 결함의 종류, 원인, 검사, 해결 방법에 대해 알아보겠습니다. 결함은 모든 제조 공정에서 흔히 발생하는 현상입니다. 이는 공정의 한계와 인적 요인 때문입니다. 결함 없는 용접 접합부를 만드는 것은 불가능하지만, 적절한 예방 조치를 통해 어느 정도 줄일 수 있습니다. 오늘은 모든 종류의 용접 결함에 대해 알아보겠습니다.

용접 후 접합부 강도를 약화시키는 결함들이 발견되는데, 이를 용접 결함이라 합니다. 주요 용접 결함은 다음과 같습니다.

기공 (Porosity)

가장 일반적인 유형입니다. 용접부에 기포나 가스가 존재하는 결함으로, 기포 분포는 무작위적입니다. 용접부 용융 시 가스 방출, 용접 중 화학 반응, 오염물질 등으로 인해 기체가 응고 과정에서 갇히면서 발생합니다. 적절한 전극/보충재 선택, 용접 기술 개선, 용접 준비 시 주의, 가스 배출을 위한 저속 용접 등으로 최소화할 수 있습니다. 성능에 미치는 영향은 기공의 품질, 크기, 응력 방향에 따라 달라집니다.

스패터 (Spatter)

용접에서 튀어나온 금속 방울이 주변 표면에 달라붙는 현상입니다. 용접 조건을 바로잡아 최소화할 수 있으며, 연마로 제거해야 합니다.

원인:

• 용접 전류가 너무 높음
• 아크가 너무 김
• 잘못된 극성
• 가스 차폐 부족

해결책:

• 용접 전류와 아크 길이 감소
• 용접 조건에 맞는 올바른 극성 사용
• 토치-판 각도 증가 및 올바른 가스 차폐 사용

슬래그 개재물 (Slag Inclusions)

산화물, 플럭스, 전극 성분 등의 화합물이 용접부에 갇히는 결함입니다. 언더컷, 불완전 관입, 융합 불량과 관련이 흔합니다. 다중 패스 용접 시 층간 세척 부족, 부적절한 전극과 전류로 인해 슬래그와 미융합 구간이 용접 이음선을 따라 남을 수 있습니다. 단면적 강도 감소뿐만 아니라 심각한 균열의 기점이 될 수 있습니다. 연마 또는 굴착 후 재용접으로만 수리 가능합니다.

불완전 융합 (Incomplete Fusion)

용융 금속이 간극을 완전히 채우지 못하는 결함입니다. 용접공의 부정확함으로 인한 용접 금속의 조기 응고가 원인입니다.

원인:

• 열 입력이 너무 낮음
• 용융 풀이 너무 크고 아크보다 앞서 나감
• 이음부 포함 각도가 너무 작음
• 전극 및 토치 각도 부적절
• 불리한 비드 위치

해결책:

• 용접 전류 증가 및 이동 속도 감소
• 증착률 감소
• 이음부 포함 각도 증가
• 전극 또는 판 각도를 조정하여 판 가장자리가 녹도록 함
• 비드를 배치하여 다른 비드나 판과의 날카로운 모서리 회피

불완전 관입 (Incomplete Penetration)

용접 이음부의 깊이가 불충분할 때 발생합니다.

언더컷팅 (Under Cutting)

모재가 용접부에서 녹아나가 날카로운 홈이나 노치 형태의 요강이 생기는 결함입니다. 접합부의 피로 강도를 감소시킵니다.

원인:

• 아크 전압 과다 또는 아크 과장
• 부적절한 전극 사용 또는 전극 각도 오류
• 전극 직경 과대
• 전극 속도 과다

해결책:

• 아크 전압 낮추기 또는 아크 길이 단축
• 서 있는 다리 기준으로 전극 각도 30~45° 적용
• 더 작은 직경의 전극 사용
• 이동 속도 감소

언더필링 (Under Filling)

이음부가 적절한 양의 용융 금속으로 채워지지 않을 때 발생합니다.

개재물 (Inclusion)

두꺼운 판을 플럭스 코어드 또는 플럭스 코팅 봉으로 V-이음 접합할 때 여러 패스를 수행하는데, 각 패스 후 슬래그 피복이 완전히 제거되지 않고 다음 패스가 진행될 때 발생하는 결함입니다.

라멜라 티어 (Lamellar Tears)

주로 저품질 강재에서 발생합니다. 압연 공정 중 연신된 황화물, 산화물 등 비금속 개재물로 인해 두께 방향 연성이 낮은 판에서 발생합니다. 필렛 및 맞대기 용접 모두에서 발생할 수 있지만, 융합 경계가 압연 평면과 평행한 T-이음과 코너 이음에서 가장 심각합니다.

균열 (Cracks)

용접부 다양한 위치와 방향에서 발생할 수 있습니다. 대표적인 유형으로 종균열, 횡균열, 크레이터 균열, 언더비드 균열, 토우 균열 등이 있습니다. 접합부가 고온 상태에서 균열이 발생하면 열간 균열(hot crack), 용융 금속 응고 후 발생하면 냉간 균열(cold crack)이라고 합니다.

원인:

• 용접이 너무 갑작스럽게 종료되어 응고 수축으로 인한 용접 크레이터의 보이드에서 균열 시작

해결책:

• 마무리 시 전극을 뒤로 이동시켜 크레이터 채우기
• 루트 패스 용접 시 아크를 용융 풀에서 판 가장자리로 빠르게 이동
• 전원으로 크레이터 채우기 시간 증가

아크 블로우 (Arc Blow)

원인:

• 접지 클램프 반대 방향으로 자기 효과에 의한 아크 편향
• 공작물 무거운 부분 방향(특히 모서리 및 에지)으로 자기 효과에 의한 아크 편향

해결책:

• 가능한 곳에서는 AC 전극 사용
• 접지 클램프 연결부에서 멀리 용접. 접지 클램프를 분할하여 이음 양쪽에 연결
• 아크를 가능한 짧게 유지

용접 검사 유형

대부분의 용접 검사 및 검사는 두 가지 범주로 나뉩니다.

파괴 검사 (Destructive Testing)

일반적으로 더 저렴한 검사 방법입니다. 대량 생산 부품에 적합하며, 테스트를 위해 1~2개 부품 희생이 허용됩니다. 용접 장비 세팅에 매우 유용합니다. 교육 과정에서도 좋은 학습 도구로, 최소 비용으로 많은 테스트가 가능하고 일부 비파괴 검사(NDT) 방법보다 이해하기 쉽습니다. 교육에서 가장 흔히 사용되는 두 가지 테스트는 매크로 에치 테스트(Macro Etch Testing)와 루트/페이스 벤드 테스트(Root and Face Bend Testing)입니다.

비파괴 검사 (Non-Destructive Testing)

용접 결함을 찾기 위한 다양한 NDT 방법이 있습니다. 일부는 비교적 간단하지만, 다른 일부는 전문 운영자와 고가 장비(예: X-선 검사)가 필요합니다. 염료 침투 시험(dye penetrant testing)처럼 최소 장비로 대부분의 작업장에서 수행 가능한 간단한 방법도 있습니다. 형광 침투 시험은 염료 침투 시험의 고급 방법입니다. 기타 일반적인 NDT 방법으로는 초음파 검사, 자분 탐상 검사, X-선 검사 등이 있습니다.

이상으로 용접 결함 종류와 검사 방법에 대해 알아보았습니다. 궁금한 점이 있으시면 아래 댓글로 문의해 주세요. 유익했다면 소셜 네트워크에 공유하고, 더 많은 정보를 위해 구독해 주세요. 읽어주셔서 감사합니다.