가스텅스텐아크용접기능사 열영향부 조직의 특징과 기계적 성질 — 경화·결함 분류·보수

용접 결함은 크게 세 갈래로 나눈다. 치수상 결함은 변형, 용접부 크기 부적합, 형상 부적당처럼 치수나 모양이 설계 기준에서 벗어난 것이다. 구조상 결함은 기공, 균열, 용입불량, 융합불량, 언더컷, 슬래그 혼입, 비금속 개재물 혼입처럼 용접부 내부나 표면의 구조에 흠이 생긴 경우다. 성질상 결함은 연성 부족이나 내식성 불량처럼 재질의 성질이 나빠진 것이다. 변형은 모재의 형상이 달라진 치수상 결함이고, 비금속 개재물 혼입은 용착금속 내부의 문제이므로 구조상 결함이다.

열영향부는 용접 열의 영향을 받아 조직이 변한 부분이다. 급냉되면 딱딱하고 부서지기 쉬운 조직이 되어 균열이 생기기 쉽다. 그래서 예열로 냉각 속도를 늦춰 열영향부의 경도를 낮추고 연성과 인성을 확보한다. 예열은 또한 수소가 빠져나갈 시간을 벌어 저온균열을 막고, 수축 변형과 잔류응력을 줄이며 작업성을 좋게 한다. '경도를 높게 한다'는 설명은 예열의 목적과 반대다.

균열을 막으려면 응력 집중을 피해야 한다. 좋은 강재를 쓰고, 모서리를 둥글게 다듬는 등 응력이 한곳에 몰리지 않게 설계하며, 예열과 후열 같은 올바른 시공을 한다. 노치는 응력이 극단적으로 집중되는 곳이라 균열의 시발점이 되므로 만들어서는 안 된다. 균열 대책은 응력 집중을 완화하는 방향이어야 하고, 집중을 조장하는 처리는 대책이 아니다.

균열 보수는 순서가 정해져 있다. 균열 양 끝에 정지구멍을 뚫어 응력 집중을 끊고 진행을 멈춘 뒤, 균열부를 완전히 깎아내고 재용접한다. 균열이 남은 채 위만 덮으면 속에서 다시 재발한다. 용접봉 굵기나 전류만 바꾸어 재용접하는 방법은 균열 자체를 제거하지 못한다.

기공은 용접 중 생긴 가스가 금속이 굳기 전에 빠져나가지 못하고 갇혀 생긴다. 수소나 일산화탄소가 과잉일 때, 급속히 응고할 때, 과대 전류에 용접 속도까지 빠를 때 잘 생긴다. 슬래그의 유동성이 좋고 냉각이 적절하면 가스가 빠져나갈 시간이 확보되어 기공이 줄어들므로, 이는 원인이 아니라 방지 조건이다.

잔류응력을 없애는 방법에는 노내 풀림법, 국부 풀림법, 기계적 응력 완화법, 저온 응력 완화법이 있다. 피닝법은 끝이 구면인 해머로 용접부를 가볍게 연속 타격해 소성변형을 주고 인장잔류응력을 완화하는 기계적 방법이다. 역변형법은 용접 전에 미리 반대 방향으로 휘게 해 두어 변형을 상쇄하는 예방법이므로, 이미 생긴 응력을 제거하는 방법에 들지 않는다.

결함별 보수도 짝이 있다. 언더컷은 파인 홈을 가는 용접봉으로 메우고, 오버랩은 녹아 붙지 않은 부분을 깎아낸 뒤 재용접한다. 균열은 정지구멍을 뚫고 완전히 제거한 뒤 재용접하며, 가는 용접봉으로만 덧살을 올리는 방법은 규정에 없다. 기공과 슬래그 섞임은 깎아내고 재용접한다.