용접불량의 원인과 대처방법
Oct 12, 2024
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현대 제조의 필수적인 부분인 용접 품질은 제품의 전반적인 성능과 안전성에 직접적인 영향을 미칩니다. 그러나 용접 공정 중 다양한 요인으로 인해 다양한 용접 결함이 발생하는 경우가 많습니다. 이러한 결함은 용접 조인트의 강도, 내구성, 외관을 저하시킬 뿐만 아니라 심각한 안전 사고로 이어질 수도 있습니다. 따라서 용접 결함의 원인과 해결 방법을 이해하는 것은 용접 품질을 향상하고 제품 성능을 보장하는 데 큰 의미가 있습니다.
▲ 용접불량
I 용접결함의 분류
용접 결함은 용접 위치에 따라 외부 결함과 내부 결함의 두 가지 유형으로 분류됩니다. 외관 결함이라고도 알려진 외부 결함은 용접 표면에 위치하며 육안이나 저배율로 관찰할 수 있으며 언더컷, 용접 스패터, 오목함, 용접 변형, 표면 기공, 표면 균열 등이 있습니다. 내부 결함은 용접 내부에서 발견되며 융합 부족, 불완전 침투, 내부 다공성, 슬래그 함유물 및 균열과 같은 파괴 테스트 또는 특수 비파괴 테스트 방법을 통해서만 감지할 수 있습니다.
II 용접불량의 원인
1. 외부 결함
(1) 언더커팅
언더커팅(Undercutting)이란 모재가 아크나 화염에 의해 녹은 후 용접 금속으로 채워지지 않고 용접 가장자리에 남는 함몰 또는 홈을 말합니다. 주요 원인으로는 과도한 용접 전류, 너무 긴 아크, 부적절한 전극(용접 와이어) 각도 또는 움직임, 잘못된 용접 속도 등이 있습니다.
▲ 언더커팅
(2) 용접 스패터
용접 스패터란 용접 공정 중 열이 부족하여 모재 또는 용접 모재에 흘러들어가는 용융된 용접 금속이 냉각 후 모재와 융합되지 않는 금속 덩어리를 형성하는 것을 말합니다. 원인으로는 전극 품질 불량, 용접 전류 과다, 아크 길이 증가, 용접 속도 저하, 전극 각도 및 움직임 부적절 등이 있습니다.
▲ 용접 스패터
(3) 오목부 및 용접 변형
오목한 부분은 일반적으로 아크 종료 시 전극(용접 와이어)을 짧은 시간 동안 유지하지 못하여 아크 크레이터가 발생함으로써 발생합니다. 용접 변형은 부적절한 준비, 열악한 고정 장치 또는 부적절한 작업 기술로 인해 발생할 수 있습니다.
▲ 오목함과 용접 변형
(4) 표면 다공성
표면 기공은 용접 중에 용접 풀에서 가스가 완전히 빠져나가지 못해 용접 금속 표면에 구멍이 생길 때 발생합니다. 주요 원인으로는 용접 재료 및 가공물의 공정 요구 사항 미준수, 낮은 용접 전류, 너무 빠른 용접 속도, 너무 긴 아크, 용접 영역의 부적절한 보호 등이 있습니다.
2. 내부 결함
(1) 융합 부족 및 불완전한 침투
융착 부족이란 용접 금속이 모재 금속과 융착되지 않거나 용접 층 사이에서 융착되지 않는 부분을 말합니다. 불완전한 용입은 용접 중에 조인트 루트가 완전히 융합되지 않은 것을 의미합니다. 이러한 결함은 용접 전류 부족, 용접 속도 너무 빠르다, 홈 설계 불량, 전극 각도 부정확, 용접 기술 부족 등으로 인해 발생합니다.
▲ 융합 부족과 불완전한 침투
(2) 슬래그 함유물
슬래그 함유물이란 용접 후 용접부에 남아 있는 잔류 슬래그를 말합니다. 원인으로는 낮은 용접 전류, 너무 빠른 용접 속도, 작업물 표면의 불결함, 다층 용접 시 슬래그 제거 불완전, 전극 품질 불량 등이 있습니다.
▲ 슬래그 함유물
(3) 균열
균열은 용접 접합에서 가장 위험한 결함 중 하나이며 원인은 복잡하고 다양합니다. 여기에는 열악한 용접 기술, 부적절한 용접 사양, 용접의 높은 내부 응력, 재료의 높은 균열 민감도, 필러 재료의 품질 저하 등이 포함됩니다. 또한 고온균열, 저온균열, 재가열균열 등 다양한 유형의 균열이 다양한 요인에 의해 발생합니다.
▲ 균열
III 용접 결함에 대한 구제책
1. 외부 결함 구제
(1) 언더커팅
작고 얕은 언더컷을 기계적으로 부드럽게 처리하여 부드러운 전환을 만들 수 있습니다. 심하고 깊은 언더커팅은 용접으로 수리해야 합니다. 예방 조치에는 적절한 용접 공정 매개변수 선택, 아크 길이 제어, 필요한 전극 이동 기술 숙달 등이 포함됩니다.
(2) 용접 스패터
용접 스패터는 기계적 연삭으로 제거할 수 있으며, 용접을 다시 수행하여 평활도를 회복해야 합니다. 예방 조치에는 적절한 용접 전류 및 전극 각도를 선택하고 일관된 용접 속도를 유지하는 것이 포함됩니다.
(3) 오목부 및 용접 변형
오목한 부분과 용접 변형은 연삭, 기계적 교정 또는 열처리를 통해 교정할 수 있습니다. 예방 조치에는 용접 전 적절한 준비, 자격을 갖춘 고정 장치 사용, 잔류 변형 제거 조치 등이 포함됩니다.
(4) 표면 다공성
공극을 채우기 위해 연삭 및 재용접을 통해 표면 다공성을 제거할 수 있습니다. 예방 조치에는 용접 재료 및 작업물의 청소, 적절한 용접 전류 및 속도 선택, 용접 영역 보호 강화가 포함됩니다.
2. 내부 결함 구제
(1) 융합 부족 및 불완전한 침투
융합 부족 및 불완전한 관통 결함은 일반적으로 용접 수리 또는 가우징 및 재용접이 필요합니다. 개방형 구조물의 경우 불완전한 용입 부위에 직접 용접 보수를 실시할 수 있습니다. 직접적인 수리가 불가능한 중요한 용접물의 경우 결함이 있는 부분의 용접 금속을 완전히 제거한 후 재용접해야 합니다.
(2) 슬래그 함유물
재용접 전 결함 부위를 도려내어 슬래그 함유물을 제거해야 합니다. 예방 조치에는 표면 청소 개선, 적절한 용접 전류 및 속도 선택, 용접층 간 슬래그 제거 등이 포함됩니다.
(3) 균열
균열 수리는 더욱 복잡하며 균열 유형과 위치에 따라 구체적인 조치가 필요합니다. 고온 및 재가열 균열의 경우, 용접 중 향상된 온도 제어 및 응력 완화 조치를 통해 결함 영역을 파내고 용접을 다시 수행해야 합니다. 차가운 균열은 수리 및 예방을 위해 가열, 압력 보정 또는 기타 방법이 필요할 수 있습니다.
IV 특정 용접 결함에 대한 사례 연구
1. 언더커팅 결함
- 현상:용접 중에 용접 토우나 루트를 따라 나타나는 함몰부 또는 홈으로, 모재 표면보다 낮습니다.
- 원인:용접 전류 과대, 아크 길이 너무 길다, 전극(용접와이어) 각도 부적절, 용접 속도 너무 빠르다 등
- 영향:용접 접합 강도를 약화시키고 응력 집중을 생성하며 피로 수명을 단축시킵니다.
2. 용접 스패터 결함
- 현상:용융 금속이 용접 외부로 용융되지 않은 모재 위로 흘러가면서 형성된 금속 덩어리입니다.
- 원인:용접전류 과대, 용접속도 느림, 전극(용접와이어) 각도 부적합 등
- 영향:외관에 영향을 주고 응력 집중 지점을 생성하며 파이프라인의 효과적인 매체 흐름을 방해합니다.
3. 다공성 결함
- 현상:용접 중 가스가 빠져나오지 못하여 용접 금속의 내부 또는 표면에 가스 포켓이 형성됩니다.
- 원인:용접 재료의 수분, 불순한 보호 가스, 너무 빠른 용접 속도, 너무 긴 아크 등
- 영향:용접 밀도를 줄이고, 용접의 유효 작업 단면을 감소시키며, 용접의 기계적 특성에 영향을 줍니다.
4. 슬래그 혼입 결함
- 현상:용접 금속의 비금속 개재물.
- 원인:용접전류가 낮고, 용접속도가 너무 빠르며, 홈이 불결하고, 다층용접시 층간 슬래그 제거가 불완전한 등
- 영향:용접 기계적 특성과 조밀도에 영향을 미쳐 잠재적으로 용접 균열이 발생할 수 있습니다.
5. 융합 부족 및 불완전한 침투 결함
- 현상:융착부족이란 용접금속과 모재 사이 또는 용접층 사이의 융착이 불완전한 것을 의미합니다. 불완전 용입이란 용접 시 조인트 루트의 불완전한 융합을 의미합니다.
- 원인:용접 전류 부족, 용접 속도 너무 빠르다, 홈 디자인 불량, 전극(용접와이어) 각도 부적합 등
- 충격: S용접의 기계적 특성을 크게 감소시켜 용접에서 가장 위험한 결함 중 하나가 됩니다.
6. 균열 결함
- 현상:용접 접합의 국부적인 영역에서 원자 결합력이 파괴되어 새로운 인터페이스가 형성됩니다.
- 원인:용접으로 인한 잔류 응력, 모재 또는 충진재의 재료 품질 불량, 용접 공정 매개변수의 부적절한 선택 등
- 영향:날카로운 균열 팁은 상당한 응력 집중을 생성하여 교번 및 충격 하중을 받는 구조에 심각한 영향을 미치고 구조적 파손을 초래할 수 있습니다.
V 결론
용접 결함의 원인은 다양하므로 특정 상황에 맞게 해결 방법을 맞춤화해야 합니다. 실제 용접 공정에서는 용접 절차 사양을 엄격히 준수하고, 품질 관리를 강화하며, 용접 결함을 시기적절하게 감지하고 해결하는 것이 용접 접합 품질과 전반적인 제품 성능을 보장하는 데 필수적입니다. 또한 용접 기술의 지속적인 개발과 발전으로 새로운 용접 방법과 재료가 등장하여 용접 품질과 효율성을 더욱 향상시키는 데 강력한 지원을 제공하고 있습니다.