가스텅스텐아크용접기능사 용접결함과 변형 방지 — 결함별 원인·보수와 잔류응력 완화

스패터는 용접 중 금속이 사방으로 튀는 현상이다. 습한 용접봉을 쓰거나 용접 전류가 너무 크거나 아크 길이가 너무 길 때 많이 생긴다. 반대로 용접봉을 잘 건조해서 쓰면 수분이 줄어 스패터도 적어진다. 결함마다 원인도 다르다. 균열은 모재에 탄소·망간 같은 합금원소가 많을 때 잘 생기고, 기공은 용접 분위기에 수소나 일산화탄소가 과잉일 때 생기며, 용입 불량은 이음 설계에 결함이 있을 때 발생한다.

TIG 용접은 텅스텐 전극과 아르곤 가스, 가봉을 쓴다. 피복제나 용제(플럭스)가 없으니 슬래그 자체가 만들어지지 않아 슬래그 혼입은 나타날 수 없는 결함이다. 대신 가스가 갇혀 생기는 기공, 텅스텐 전극 조각이 용착금속에 들어가는 텅스텐 혼입 같은 비금속 개재물, 균열은 생길 수 있다. 슬래그 혼입은 피복아크용접이나 서브머지드아크용접처럼 플럭스를 쓰는 공정에서 문제가 된다.

잔류응력은 외부 힘이 없는데도 용접부 안에 남아 있는 응력이다. 하중 방향의 인장 잔류응력은 피로강도를 낮추고, 압축 잔류응력은 피로에 유리하다. 연성이 있으면 정적강도에는 영향이 적다. 용접부 근처에 항복점급 잔류응력이 있고 여기에 하중에 의한 응력이 더해지면 취성파괴 위험이 있으며, 시즌 크랙도 잔류응력의 영향으로 설명한다.

잔류응력을 완화하는 방법은 힘을 쓰는지 열을 쓰는지로 갈린다. 피닝법은 특수해머로 용접부 표면층을 연속해서 두드려 소성변형을 주는 방법으로, 늘어난 표면층이 인장응력을 압축 방향으로 눌러 상쇄한다. 기계적 응력 완화법은 제품에 하중을 주어 용접부에 약간의 소성변형을 일으킨 뒤 하중을 제거해 응력을 재분산시키는 방법이다. 노내 풀림법과 국부 풀림법은 가열하는 방법이고, 저온 응력 완화법은 가열과 수냉을 병행한다. 예열의 목적은 냉각속도를 늦춰 잔류응력과 변형을 줄이고 경화에 따른 균열을 막는 것이며, 수소를 빼내는 일은 용접 후 후열처리가 맡는다.

결함 보수는 결함의 모양과 크기에 맞춘다. 언더컷은 모재와 비드가 만나는 토우부가 파인 얕은 홈이므로 가는 용접봉으로 덧살을 올려 채우는 보수용접이 가장 적당하다. 오버랩은 용가금속이 모재에 융착되지 않고 넘쳐 겹쳐 붙은 결함이므로 그라인더 등으로 넘친 부분을 깎아낸 뒤 재용접한다. 균열은 드릴로 정지 구멍을 뚫어 진행을 막고, 결함이 크거나 범위가 넓으면 절단한 뒤 다시 용접한다.

치수상 결함은 용접 열에 의한 국부 팽창과 수축이 원인이다. 역변형법, 지그로 고정하기, 올바른 시공 순서, 적정한 용접조건과 자세·운봉법이 방지대책이다. 습기·녹·기름을 제거해 용접부를 깨끗이 하는 일은 기공이나 슬래그 혼입 같은 내부 결함을 막는 대책이지 치수·변형을 잡는 대책과는 거리가 멀다.