개념 한 쪽
용접준비는 용접 시 발생하는 열에 의한 변형과 잔류응력을 최소화하도록 작업 조건과 보조 수단을 마련하는 일련의 절차를 마련한다. 조립과 가용접으로 부품을 잠정 고정하여 변형을 억제하고, 지지대와 냉각 장치, 타격법 등으로 잔류응력을 낮추는 방법을 적용한다. 시험문제는 가용접의 목적, 변형 방지용 보조구의 기능, 피닝·도열·스킵 등 개별 기법의 원리와 적용을 묻는다.
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출제기준 단원 「용접준비」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 굽힘 변형 방지법 판별 | 1 | 굽힘 변형을 막는 적절한 방법과 부적당한 방법을 가리는 능력 |
| 열제어에 의한 변형 억제 | 1 | 도열법·스킵법 등 열관리 기법의 정의와 적용을 구분하는 능력 |
| 잔류응력 완화 기법 식별 | 1 | 연속 타격에 의한 응력 완화가 피닝법임을 판별하는 능력 |
가용접은 본 용접 전에 부품을 잠정적으로 고정하는 짧은 용접 공정으로, 부품의 위치를 유지하고 용접 중 이동이나 변형을 방지하는 목적을 가진다. 시험에서는 가용접을 '잠정 고정'으로 연결하여 기억하도록 제시한다.
변형 방지를 위한 물리적 구속 수단으로 스트롱 백(Strong back)과 주변 고착 같은 보조 지지대가 있다. 스트롱 백은 판재를 단단히 지지하여 용접 중 뒤틀림이나 휨 발생을 억제하는 보조 지지대 역할을 한다. 이러한 구속은 용접 수축에 의한 형상 변화를 직접적으로 억제하는 수단이다.
잔류응력 완화를 위한 방법으로는 기계적 타격에 의한 피닝법이 있다. 피닝법은 용접 비드 표면을 특수 해머로 연속 타격하여 표면층에 소성 변형을 발생시키고, 이 소성 변형이 내부 수축 응력을 상쇄하여 잔류응력을 감소시키는 원리이다. 피닝은 '두드려 소성 변형을 유도'하는 기계적 방법이라는 점이 핵심이다.
열적 제어를 통한 변형 억제 기법으로 도열법과 스킵법, 역변형법이 있다. 도열법은 용접부에 구리 덮개판을 대거나 뒷면에서 수냉을 하여 열을 빠르게 빼앗아 모재의 온도 상승을 억제하는 방법이다. 스킵법은 띄엄띄엄 용접한 뒤 냉각된 구간 사이를 메우는 순서로 열입력을 분산시키는 방법이다. 역변형법은 용접 수축을 상쇄하도록 용접 전 모재에 반대 방향의 변형을 미리 가해 최종 형상을 보정하는 방법이다.
모든 변형 제어 기법은 적용 원리로 구분하여 기억해야 한다. 구속과 보정은 변형 발생 자체를 억제하는 수단이고, 열제어는 열입력을 조절하여 변형을 감소시키는 수단이며, 타격 등 기계적 처리는 잔류응력을 직접 완화하는 수단이다. 냉각을 이용한 급격한 식힘은 오히려 잔류응력 증가와 균열 유발 위험이 있어 변형 방지의 적절한 방법으로 보지 않는다는 점을 유의한다.
문제 유형 예시는 다음과 같다. 조립 및 가용접 관련 문항에서는 '가용접=잠정고정'이라는 키워드를 떠올려 가용접의 목적을 묻는 선지를 정답으로 선택한다. 변형 방지용 보조구를 묻는 문항에서는 '변형을 막는 지지대'라는 설명과 스트롱 백의 기능을 연결하여 정답을 고른다. 잔류응력 완화 기법을 묻는 문항에서는 '연속 타격으로 소성 변형을 유도'한다는 서술이 나오면 피닝법을 골라야 한다.
맞대기 이음 용접부의 굽힘 변형 방지법 중 부적당한 것은?
정답 ④ · 맞대기 이음 용접부의 굽힘 변형을 방지하기 위한 방법으로는 스트롱 백(Strong back) 등을 이용한 강력한 구속, 주변을 고정하는 고착법, 미리 반대 방향으로 각도를 주어 용접 수축에 의해 평면으로 돌아오게 하는 역각도법 등이 있습니다. 수냉각법은 변형 방지를 위해 입열을 빼앗는 도열법 등에 쓰일 수는 있으나, 일반적인 맞대기 이음의 굽힘 변형 방지법으로 분류되지 않아 부적당합니다.
수냉각법은 열을 급격히 빼앗아 잔류응력을 유발하거나 균열을 일으킬 수 있어 굽힘 변형 방지법으로는 부적당하다.
용접 변형의 경감 및 교정방법에서 용접부에 구리로 된 덮개판을 두든지 뒷면에서 용접부를 수냉 또는 용접부 근처에 물끼 있느 석면, 천 등을 두고 모재에 용접입열을 막음으로써 변형을 방지하는 방법은?
정답 ③ · 용접부 주변에 구리 덮개판을 설치하거나 뒷면을 수냉하는 방법, 또는 젖은 석면 등을 배치하여 모재의 온도 상승을 막는 방법은, 용접 입열에 의한 열팽창을 억제하고 온도 구배를 조절함으로써 결과적으로 변형을 방지하는 효과를 냅니다. 이와 같이 열을 빠르게 빼앗아 변형을 방지하는 방법을 도열법(Cooling method 또는 Heat sink method)이라고 합니다.
용접부에 열을 빠르게 빼앗아 온도 상승을 억제하고 변형을 방지하는 방법은 도열법입니다.
피닝(peening)법의 설명으로 옳은 것은?
정답 ② · 질문은 피닝법(peening)의 설명으로 옳은 것을 고르는 문제이다. 피닝은 특수 해머나 롤러 등으로 용접부 표면을 반복적으로 두드려 표면층에 소성 변형을 주어 잔류응력을 완화하고 피로수명을 향상시키는 기계적 방법이다.
피닝(peening)법은 특수 해머로 용접부를 두드려 표면층에 소성 변형을 주어 잔류응력을 완화하는 방법이다.
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