가스텅스텐아크용접기능사 용접 전·후처리 — 예열과 역변형, 입열과 잔류응력

예열은 용접 전에 모재를 미리 데우는 작업이다. 냉각 속도가 느려져 경화와 균열이 방지되고, 온도 차가 줄어 변형과 잔류응력이 감소하며, 급냉에 따른 취성을 막아 인성 같은 기계적 성질이 좋아진다. 예열이 노리는 것은 열적·기계적 효과이지 재료의 화학 조성이나 내식성 같은 화학적 성질을 좋게 하는 것이 아니다. 균열이 잘 생기는 재질일수록 예열이 중요하다. 주물은 탄소가 많아 냉각 수축 때 균열이 잘 생기고, 내열합금도 열영향으로 균열에 취약하므로 둘 다 예열이 필요하다. 열전도가 큰 후판이나 구리·알루미늄합금은 200~400℃로 예열한다.

역변형법은 용접 전에 모재를 용접 후 변형될 방향의 반대로 미리 굽혀 놓는 방법이다. 냉각 수축으로 다시 펴지면서 변형이 상쇄된다. 변형 대책에는 역변형법, 지그 구속법, 클램프법 등이 있고, 그중 미리 반대로 꺾어 두는 방법이 역변형법이다.

용접입열은 용접부에 들어가는 열량이다. 전류가 세고 용접 속도가 느릴수록 커진다. 입열이 모자라면 모재가 완전히 녹지 못해 용접금속과 모재가 융합하지 못하는 용융 불량이 생긴다. 반대로 입열이 과다하면 언더컷이나 변형이 생기고, 균열은 주로 급랭이나 수소와 관련된다.

잔류응력을 없애는 방법에는 노내 풀림법, 국부 풀림법, 기계적 응력 완화법, 저온 응력 완화법이 있다. 노내 풀림법은 용접물을 로에 넣어 천천히 가열·냉각하며 응력을 푸는 처리이고, 기계적 응력 완화법은 해머로 두드리거나(피닝법) 진동을 주는 방법이다. 역변형법은 용접 전에 미리 반대 방향으로 휘게 해 두는 변형 예방법이므로, 이미 생긴 응력을 제거하는 방법에 해당하지 않는다.

크레이터는 아크를 끊을 때 용접 끝부분에 남는 움푹 패인 자리다. 처리를 소홀히 하면 냉각 수축에 의한 크레이터 균열이 생기고, 이 균열이 파손이나 부식의 시발점이 되며, 끝부분에 슬래그가 섞이는 결함도 생긴다. 용접봉의 단락은 전류가 너무 낮거나 아크 길이가 지나치게 짧을 때 생기는 현상이므로 크레이터 처리 미숙과 관계가 없다.

아크 스트라이크는 용융부 밖의 모재에 아크가 실수로 닿아 생기는 결함이다. 아크열로 모재 표면이 순간 녹았다 굳으면서 흠집과 딱딱한 경화부가 남고, 나중에 균열의 시작점이 되기도 한다. 언더컷은 용접부 가장자리의 모재가 파인 홈이고, 언더필은 덧살이 모재면보다 낮은 것이며, 슬래그 섞임은 용착금속 속에 찌꺼기가 끼는 결함이라 위치와 원인이 다르다.

용접부 결함은 치수상·구조상·성질상으로 구분한다. 치수상 결함은 변형이나 치수불량처럼 치수가 틀어진 것이고, 성질상 결함은 연성 부족이나 내식성 불량처럼 재질의 성질이 나빠진 것이다. 구조상 결함은 기공, 용접균열, 용입불량, 융합불량, 언더컷처럼 용접부의 형태가 갈라지거나 뚫린 경우다. 세 분류가 섞인 보기에서 순수한 조합만 골라내는 문제가 나온다.

결함 보수는 성격에 맞춘다. 언더컷은 모재가 파인 표면 홈이므로 전부 깎아낼 필요 없이 직경이 작은 용접봉으로 낮은 전류의 덧살을 올려 홈을 메운다. 균열 대책은 응력 집중을 완화하고 노치를 만들지 않으며 좋은 강재를 쓰고 적정하게 시공하는 방향이어야 한다. 응력이 집중되게 하는 처리는 균열 대책과 반대다.