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· 용접재료의 보관과 취급

철골구조물의 용접에서는 다음과 같은 방법이 채용된다.

1) 피복 아크용접

2) 탄산가스 아크용접

3) 넌가스 아크용접

4) 서브머지드 아크용접

5) 스터드 용접

6) 일렉크로 슬래그 용접

일반적인 건축, 토목, 교량등에서는 (1) ∼ (5)의 용접방법이 주로 채용되고, 일렉트로 슬래그 용접은 특별한 구조부위의 용접에 채용된다. 어떤 용접방법을 채용하더라도 용접재료의 선정에 대해서는 사용하는 모재의 재질, 연결형식, 개선형상 및 용접방법에 적절한 것이라야 한다. 또한 용접재료의 보관 취급에서는 특히 주의가 필요하다.

(1) 피복아크 용접봉 (수용접봉)

피복아크 용접봉은 피복재의 성분, 입도, 두께, 시간의 경과, 기온, 상대습도 등에 의해서 흡습이 진행되므로서 될 수 있는 한 습도가 낮은 건조한 장소에 보관하는 것이 좋다. 흡습한 용접봉을 사용하면 용접부에 기공등의 결함을 발생시키므로 흡습의 의혹이 있는 용접봉은 재건조해서 사용한다. 재건조를 위하여 장시간 고온건조하면 피복재 성분이 변질하는 때가 있으므로 필요이상의 건조는 피해야 한다. 건조기내는 봉의 종류, 봉경마다 구별시켜 놓지만, 일루미나이트계의 봉과 저수소계의 봉은 건조온도가 다르므로 건조기는 2대 있는 것이 바람직하다. 건조온도와 시간은 일루미나이트계의 봉은 6 ∼ 8시간, 저수소계의 봉에서 3 ∼ 4시간 정도이다. 따라서 재건조시킨 봉의 사용에 있어서는 열원장치가 있는 휴대용 건조기를 사용하는 것이 좋다.

(2) 가스시일드 아크용접봉

탄산가스 용접봉의 솔리드 와이어와 플럭스내장 와이어는 방청, 통전, 송급성을 고려한 표면처리가 되어 있고, 피복 용접봉과 비교해서 장시간 쉽게 흡습하지는 않지만, 장시간 방치하면 흡습, 발청의 염려가 있으므로 보관에 대해서는 건조한 장소를 선택하고, 포장을 개봉한 것은 될 수 있는 한 빨리 사용하며, 남은 것은 재포장 하는 등의 충분한 배려가 필요하 다.

· 용접재료 보관의 check point

1) 보관창고내의 용접재료는 종류, 경마다 정리되어 있는가.

2) 보관장소의 통풍, 건조는 충분한가. 또한 바닥위에 놓여 있지는 않은가.

3) 와이어류의 포장상태는 좋은가.

4) 용접재료의 사용전의 건조는 충분한가.

5) 건조기내의 온도설정은 봉종에 따라서 적절하게 되어 있는가. 그리고, 경마다 구분되어 있 는가.

6) 재 건조한 봉의 방치시간은 지켜지고 있는가.

7) 비닐봉지에서 개봉된 봉은 재건조되고 있는가.

8) 열원장치가 장착되어 있는 휴대용 건조기가 사용되고 있는가.

※ 용접기의 점검정비

용접기와 케이블 : 피복아크 용접에서는 대부분이 교류용접기를 사용하고 있지만, 용접봉의 종류에 따라서는 직류용접기를 사용하는 때도 있다. 수용접의 경우, 사용하는 용접봉에 따라 사용전류, 전압이 다르므로, 용접작업전에 용접기의 조정 점검이 필요하다. 그리고, 사용전류와 케이블 길이 관계에서, 직류의 경우는 전압강하가 일어남으로 특히 전류와 케이블 경과 길이에 대해서 충분한 체크가 필요하다. 케이블 길이를 필요 이상으로 길게하면, 양호하고 안정된 아크를 유지하기가 어렵고, 특히 교류의 경우는 직류와 비교해서 그 경향이 크다. 용접전에는 케이블 길이와 경, 전류, 전압의 확인을 해서 작업에 임하나, 공장내에서 일시에 많은 용접기를 사용하는 경우는 용접의 도중에서 전류, 전압의 조정이 필요한 경우가 있으므로 주의가 필요하다. 탄산가스 반자동용접기는 일반적으로 직류 정전압 특성의 전원과 와이어 송급장치를 포함한 방식이 사용된다.

· 용접기 점검의 체크포인트

1) 용접케이블의 길이, 경은 적당한가.

2) 안전상 케이블의 균열손상은 없는가.

3) 용접기의 전류, 전압은 용접조건과 일치하고 있는가.

4) 접지 클램프의 사용방법은 바른가.

5) 용접호울더, 토오치의 보수점검은 양호한가.

6) 전격방지장치는 반드시 사용되고 있는가.

7) 용접관리자는 용접중에도 전류, 전압의 확인을 해서 관리하고 있는가.

(1) 용접용 지그

용접의 기본자세는 아래보기 용접이므로 작업의 합리화, 품질의 안정화, 작업성의 향상 등의 이유로 여러 종류의 용접용 지그가 사용되고 있다. 회전지그는 매우 큰 작업에 사용되는 것으로써, 기둥 전체를 조립용접의 상태에서 지그에 부착시켜, 하부의 로울러에 의해 자유로 회전시켜, 항상 아래보기 자세로, 용접변형을 최대한 발생시키지 않기 위해 용접순서를 고려해서 용접 될 수 있도록 한 지그이다.

(2) 용접용구

1) 양호한 용접을 위해서는 모재와의 통전이 중요하다. 일반적으로는 용접대에 접지를 하고, 그 용접대에 놓고서 용접을 하는 것이 많지만, 완전한 용접을 위해서는 접지를 직접 모재에 잡고, 바른 통전을 하는 것이다.

2) 용접 호울더 : 용접 호울더는 안전하고 확실한 용접작업이 될 수 있도록 KS 혹은 각국의 규격품을 사용하지만, 일상의 점검정비가 중요하고, 특히 반자동 용접토오치의 노즐 내측의 스패터 제거는 중요하며, 제거작업을 게을리하면 노즐내의 가스의 흐름이 나빠져 용접비이드에 영향이 크다.

· 용접용 지그의 check point

1) 사용하는 지그는 용접작업에 적합한가.

2) 작업상의 안전성은 좋은가.

3) 용접방법과 지그의 사용방법은 좋은가.

4) 품질관리, 능률향상에 도움이 될 수 있는 지그의 연구가 되고 있는가.

(1) 용접작업

양호한 용접을 위해서는 본 용접에 들어가기 전에 개선가공정도, 조립정도가 정확해야 하는 것과 용접조건, 용접순서의 검토가 충분하게 되어 있을 것과 용접공이 그 작업내용에 적합한 유자격자이고 풍부한 경험을 지니고 있는 것이 필요하다. 용접결함의 발생원인은 여러종류가 있으나 무엇보다도 많은 원인은 개선가공 정도의 불량과 부재의 집결정도의 나쁨에 있다.

루우트 간격이 좁고 개선 각도가 작고 루우트면이 크고 백플레이트의 밀착이 나쁜 경우의 어느 것이나 그중 하나에 해당 하게 되며 용접에 결함이 많이 생기는 것을 여러번의 경험에 의거 알 수 있다.

결함이 없는 용접을 하는 것은 매우 어렵지만 구조설계상 완전용입 용접부는 모재강도와 동일한 취급이고 최대한 결함이 없도록 하지 않으면 안된다.

※ 용접준비 : 용접준비는 일반적으로 경시되기 쉽지만 용접시공중에서 가장 중요한 것이다. 용접의 양부는 ① 용접재료의 선정 ② 용접방법의 선택 ③ 용접공의 기량 ④ 개선가공 정도 ⑤ 조립정도 ⑥ 용접순서 ⑦ 용접면의 청결 ⑧ 예열여부 등 여러 가지 검토하는 것에 따라서 크게 영향을 받는다. 이들이 용접전 준비가 완전하다면 용접의 90%는 성공했다고 해도 좋다. 용접준비 중 특히 주의해야할 것에 대해서 서술한다.

ⓐ 용접면의 청소 :

용접에 앞서서 해야할 것은 우선 용접면을 청소하는 것이다. 개선내의 먼지, 수분, 기름, 녹 등 용접에 지장을 주는 것은 적절한 방법으로서 완전히 제거해야할 필요가 있다. 특히 백플레이트나 모재의 갭사이에 수분등이 남아 있으면, 기공이나 용접균열의 원인이 되므로 충분히 건조시키는 것이 중요하다. 또한, 용접중의 각 층간의 용접슬래그는 꼼꼼하게 제거시키지 않으면 슬래그 혼입 결함의 원인이 되므로 특히 주의가 필요하다.

ⓑ 용접전류, 전압의 조정

용접전류는 용접의 종류, 봉경 및 용접자세에 따라서 적정전류가 달라진다. 그리고 공장내의 전력의 사용상황에 의해서도 전압이 강하할때가 있다. 따라서 용접조건에 따라 결정되는 용접전류, 전압의 조정에는 충분한 주의가 필요하고 전류계를 휴대해 놓고서 용접호울더 근방에서 계측한 적정치를 유지하는 것이 좋다.

반자동용접에서는 강종, 판두께, 용접자세 등으로서 용접전류, 전압, 가스유량이 다르므로 용접에 임할시는 충분한 주의가 필요하다. 전류의 강약은 언더컷이나 오버랩에 직접 영향을 끼치므로 관리가 중요하다.

ⓒ 기상과 기온

용접작업과 기상, 기온은 관계가 깊고 기온이 낮은 경우와 풍우가 강한날의 용접은 주의가 필요하다. 기온이 0℃ 이하인 경우는 필요에 따라 예열을 해서 용접하면 좋지만 습도가 높은날의 용접과 공사현장 등에서 바람이 강한날의 용접은 충분한 방풍대책과 용접면의 건조 등 용접에 대한 주의사항을 염두해 두는 것이 중요하다.

· 용접작업의 체크포인트

1) 용접재료의 선정은 적정한가.

2) 용접기, 케이블의 점검상태는 양호한가.

3) 부재 개선가공 정도는 확인했는가.

4) 용접면의 청소상태는 양호한가.

5) 용접전류, 전압의 조정은 양호한가.

6) 용접자세와 작업환경은 좋은가.

7) 용접용 지그는 적절한가.

8) 예열의 여부, 방풍, 습도대책 등의 검토는 했는가.

9) 용접재료의 취급은 좋은가.

1) 전격방지를 포함한 안전대책은 되어 있는가.

(1) 용접결함의 종류에는 형상치수 결함과 구조상의 결함 (내부결함)이 있다.

형상치수 결함은 육안, 계측에 의해서 결함의 정도를 판단할 수 있으나, 구조상의 결함, 즉 용접내부 결함은 방사선 검사나 초음파탐상 검사에 의하지 않으면, 결함의 유무를 확인할 수가 없다. 결함의 종류와 정도에 따라서는 구조물의 구조내력에 장해가 되므로 신중하게 검사를 행하고 검출된 결함은 그 발생원인과 결함의 종류, 위치를 검토하고 공사관계자와의 협의를 거쳐 보수의 여부를 결정하는 것이 바람직하다.

(2) 형상치수 결함

ⓐ 치수부족 및 과대 : 치수부족에는 각장부족, 목두께부족, 육성부족, 육성과대 등이 있고 이와같은 결함에 대해서는 보수용접을 행하여 적정한 형상으로 한다. 그리고 형상이 나쁜 것은 용접부에 노치효과를 주므로 디스크샌드로서 절삭해서 형상을 정리한다. 비이드형상 보수에 사용하는 용접봉은 직경 4mm 이하의 봉을 사용하는 것이 좋다.

ⓑ 언더컷 용접에 의한 언더컷은 모재의 유효 단면적을 감소하므로 구조내력상 큰 문제가 되는 결함이다. 언더컷의 길이가 1mm를 넘는 경우는 반드시 보수하는 것이 중요하며 보수용접은 짧은 비이드가 되지 않도록 주의하고 작은경의 봉을 쓰는 것이 바람직하다. 언더컷은 전류가 너무 강한 경우에 발생하는 결함이고 특히 반자동용접에 의한 보수용접은 적정치보다 낮은 입열에서 행하여 결함을 없앨 수 있다. 용접의 단부에 발생한 언더컷은 구조적 입장에서 생각하면 기둥플랜지재에 노치적 효과를 주고 있어, 모재강도상 큰 문제가 되므로 특히 신중하게 시공해야 할 것이다.

ⓒ 비이드의 불균일

용접 비이드 각장이 균일하지 않은 것, 비이드폭이 불균일한 것 등 비이드 중간에 있어서의 각장의 과대, 과소도 형상 결함의 하나이다. 각장이 부족한 비이드는 내력상 문제가 있으므로 보강 육성이 필요하다.

ⓓ 크레이터

크레이터는 용접비이드의 종단부에서 아크를 급히 끊음으로서 용융푸울이 움푹한 상태이다. 크레이터부의 수축에 의한 작은 "균열"이라도 이 균열은 계속 진행하므로 크레이터에 재차 용접육성해서 크레이터 부분을 평평하게 하는 것이 중요하다. 크레이터는 용접봉을 연결할 경우에도 발생하므로 봉연결시의 아크발생에도 주의가 필요하다.

ⓔ 돌림용접

재료단부의 용접에서 엔드탭이 없는 부분은 연속할 비이드를 돌림용접을 하는 것이 원칙이다. 양측을 용접할 때 최후의 단부를 짧은 비이드로서 마무리하고 있는 예를 종종 볼 수 있으나 단부에 인장력이 작용하는 경우에는 구조적인 문제로 되므로 절대로 피해야 할 것이다. 그래서 올바른 용접사는 용접이 끝난 부위에 용접 비이드를 연속해서 돌리는 등 바른 돌림용접을 실시한다.

(3) 구조상의 결함

ⓐ 기공 및 피트

기공과 피트라고 불리는 용접결함은 용착금속이 응고할 때에 발생한 가스가 빠져나가지 않은 경우에 발생하고 용접금 속내에 잔류한 것을 기공이라고 하고 가스가 비이드 표면에 빠져나간 구멍을 피트라고 한다. 에어 가우징한 기공은 용착금속내에 동그란형태 결함이 남아있는 경우가 있으므로 충분히 검사해서 보수하는 것이 좋다.

이들 결함의 주된 원인은

-용접봉의 불량 및 흡습한 경우

-용접부가 습기를 품고 있다.

-아크길이, 전류, 조작이 부적당.

-용접부에 기름, 도료, 녹 등이 부착.

등을 들 수 있다.

이러한 결함은 둥그런 형태를 가지고 있으므로, 초음파 탐상검사에서는 검출하기 어려워결함을 적게하기 위해서는 용접봉의 취급, 용접부의 건조에 주의가 필요하다.

ⓑ 슬래그 혼입

용접봉의 피복재는 용융해서 용착금 속의 표면에 부상하여 슬래그로 되어 박리되지만 슬래그 혼입결함은 슬래그의 일부분이 용착 금속의 내부에 잔류한 것이다. 슬래그 혼입의 결함은 용접전류가 낮고 운봉법이 부적당한 경우와 다층 용접에서의 층 간의 슬래그 제거가 불충분한 경우에 발생하기 쉽고 용접결함 중에서는 매우 많은 결함으로 방사선이나 초음파 탐상으로 검출하기 쉽지만 용착금속 내부이고 그 보수는 매우 번거로움으로 결함방지를 위한 용접 층간의 슬래그 청소와 전류, 운봉법에 주의가 필요하다

ⓒ 용입부족

용입부족은 두꺼운 판을 개선가공하지 않고 맞대기 용접을 한 경우, 판의 중앙부분은 절단면의 상태 그대로 용융되지 않은채 남아있는 상태의 결함이다. 또한 용입부족은 용접봉의 아크집중이 나쁘기 때문에 국부적으로 발생할 수도 있다. 용입부족은 완전 용입용접의 개선내에 루우트면의 치수가 크고 개선각도가 작은 경우에 루우트면 부분에 발생하기 쉽다. 용입부족 결함을 방지하기 위해서는 개선 가공정도를 좋게하는 것과 용접공이 용접전의 조사해서 부적합이 있다면 디스크샌드로서 보수하는 등 용접위치와 용접공의 눈높이 단계에서 결함이 발생하기 쉬운 위치가 다르므로 용접공의 주의가 필요하다.

용입부족의 발생위치에 따라서는 용착금 속의 대부분을 가우징해서 재용접하는 보수로 되기 때문에 모재에의 입열량이 크게 되고 열영향부의 재질변화 등을 유발시키는 것이 된다. 이와같은 결함은 용접작업을 신중히 행함으로써 방지될 수 있는 것이다.

ⓓ 비이드 균열

용접금속 균열은 고온균열과 저온균열로 나눌 수 있다. 고온균열은 응고직후 연성이 적은 용접금속이 수축응력으로 인장되어져 결정입계에서 균열한 것이다. 한편, 저온균열은 용접금속에 약 300℃ 이하에 냉각할 때 발생하는 것으로서 용접의 첫 패스에 루우트 균열로서 발생하기 쉽다.

균열은 용접부에 발생한 결함중 무엇보다도 중대한 것이고 위험한 것이며, 용접부에 있어서는 안되는 결함이다. 이 결함이 발생하기 쉬운 장소는 전술한 조립용접 (가붙임용접)부, 크레이터부, 구속이 큰 용접부이다.

균열은 주로 저온균열로서 발생하고 그 원인으로서 생각되는 것은 용접봉의 흡습에 의한 수소의 영향, 모재의 탄소당량이 높은 것, 용접부의 구속이 큰 것, 급격한 가열, 급냉등이 있다.

따라서 용접부 및 봉의 건조, 저수소계 용접봉의 사용, 필요에 따라 예열 등의 대책이 필요하다. CO2 반자동 용접의 경우는 용접금속에 마이크로 균열이 발생하기 쉬우므로, 1패스의 두께가 비이드폭보다 두껍게 되지 않도록 되는 개선형 상이 필요하다. 또한 이 결함은 표면에서 발견할 수 없으므로 특히 주의하지 않으면 안된다.

(4) 용접의 결함과 대책

용접은 사용목적에 따라서 수밀성, 기밀성이 요구되는 것, 용접면의 외관을 중시하는 것, 용접부가 모재와 동등이상의 강도를 필요로 하는 것 또는 단지, 붙어있을 정도라도 좋은 것 등의 요구가 있다. 용접은 냉각시킨 재료를 급격히 가열, 용융 시켜 접합하는 것이고 안이하게 용접을 하면 결함의 발생을 피할 수 없다. 그래서 발생한 결함의 원인과 그 대책을 표에 나타낸다. 

· 피복아크 용접부의 결함과 대책