용접부에 발생하는 결함 용어

용접부에 발생하는 결함 용어

◀ 용접부에 발생하는 결함 용어 ▶

용접부에 발생하는 결함 용어

1. 주요 용접 결함

 언더컷 (Under-Cut)

 언더컷은 용접과정 중 모재가 함몰되어 생기는 표면결함으로 날카로운 형상을 가지고 있어 응력

 집중에 의한 균열로 발전할 수 있는 결함이다.

 용접전류가 과다할 때, 아크(arc)길이가 길 때, 운봉 속도가 너무 빠를 때 생기기 쉽다.

 

 오버랩 (Over-Lap)

 오버랩은 용융된 금속이 모재면에 덮혀진 상태를 말한다. 오버랩의 원인은 언더컷이 생기는 원

 인과 반대로 용접전류가 너무 약할 때 또는 용접속도가 너무 느릴 때 생기기 쉽다. 오버랩 결함

 은 응력집중으로 발생된 균열이 오버랩 내부에 숨어 있을 수도 있기 때문에 매우 위험한 용접결

 함으로 분류된다.

 

 개재물 (Inclusion)

 개재물이란 슬래그 (Slag), 플럭스 (Flux), 텅스텐 (Tungsten)과 같이 용접부 내에 들어 있는 이물

 질을 말한다. 슬래그 개재물이란 용해된 금속을 보호하기 위해 사용되는 플럭스가 용착 금속의

 내부에 잔류하거나 또는 용접 표면에 박혀 있는 것을 말하며, 루트부, 용접 각 패스의 경계 및

 패스 내의 혼입 형태로 존재한다.

 슬래그 개재물은 용접사으 기량 미숙이 가장 큰 원인으로 부적절한 운봉과 용접 전 또는 용접

 각 패스간 슬래그 제거 부족 등의 원인으로 발생한다. 이 슬래그 개재물은 용접부으 강도 및 연

 성 등을 저하시키고 때로는 취성 파괴의 원인이 될 수 있으므로 완전히 제거하여야 한다.

 텅스텐 개재물은 GTAW, PAW처럼 텅스텐을 전극봉으로 사용하는 경우 발생하며 텅스텐 전극봉

 과 용접봉의 접촉, 스패터에 의한 텅스텐 전극봉의 오염, 전극봉의 과열, 과도한 전류 사용, 너무

 작은 구경의 전극봉, 부적절한 차폐가스의 사용 등이 원인이다.

 

 용입불량 (Incomplete Penetration)

 용입불량은 용접기술 관리상 중요한 문제가 되는 결함으로 개선용접 또는 필렛 용접을 할 때 용

 접전류가 너무 낮아 아크 열이 루트 밑부분까지 충분하게 용융시키지 못했을 때 발생한다. 용입

 불량은 용접속도가 부적당할 때, 개선각이 부적절할 때, 용접봉의 선택이 잘못되었을 때 발생하

 며 외부에서 잘 발견할 수 없는 결함으로 이음의 강도가 약하게 되고 특히 이 부분에 반복하중

 이 작용하면 균열이 일어날 수 있다.

 

 융합부족 (Lack of Fusion)

 융합부족은 완전히 용접조작의 실패에 의한 것으로 용접봉과 모재 또는 각 패스간 용접부 사이

 를 충분히 용융시키지 못한 상태에서 용접금속이 흘러 들어가 메워진 상태 (Cold Lap)의 결함이

 며 날카로운 선 모양의 끝단부를 형성하기 때문에 균열과 비슷하게 다루어 진다. 용접부의 모든

 위치에서 발생 가능하며 가장 큰 원인은 용접사의 운봉 기술이 부적절하기 때문이다. 일부는 부

 적절한 용접법을 선택하여 용접할 부위의 모재글 충분히 녹이지 못하여 용융부족을 발생시키기

 도 한다. 불충분한 개선각, 오염된 용접부, 부적절한 용접봉 크기 등이 원인으로 지적될 수도 있

 으며 특히 열원과 용가봉이 별도로 되어 있는 용접법 (가스용접, GTMA법)에 특히 많다.

 

 기공 (Porosity)

 기공은 용접시 물리적 또는 화학반응에 의해 발생된 가스가 용접금속 내에 갇힌 상태로 응고한

 결함으로 용접부 전길이에 불균일하게 연속하여 발생하는 경우와 국부적으로 발생하는 경우가

 있다. 또한 기공의 형상에 따라 선형기공, 블로우홀 (Blow Hole), 웜홀 (Worm Hole), 파이프 (Pipe)과 같은 명칭으로 불리기도 한다.

 기공 결함은 아크 내에 공기가 침투하였을 때, 용접전류가 과다할 때, 아크 (arc) 길이가 길 떄,

 용접봉 또는 이음부에 습기가 많을 때, 이음부에 유지, 페인트, 녹 등을 완전히 제거하지 않았을

 때 발생한다. 또한 모재 중의 유황량이 많은 경우도 발생하기 쉬운데 이런 경우 저수소계 용접

 봉을 사용하므로써 예방할 수 있다. 기공의 형태 중 특히 파이프의 경우 용접 이음부의 미용착

 을 수반하여 용입부족이나 융합불량의 존재를 나타내는 증거가 되기도 하며 Back Chip을 밀착

 시킨 맞대기용접부나 T형 필렛 용접부와 같은 종류의 용접 이음부 중에 가스의 이탈방향으로 늘

 어진 형태로 갇히게 됨으로 발생한다. 또한 1 Pass 용접 시 용접아크가 불안정한 경우 루트부에

 가늘고 긴 선상의 기공이 발생하기도 하는데 이를 중공비드 (Hollow Bead)라고 한다.

 용접금속 내부에 존재하는 것을 기공 (Porosity)이라 하고 비드 표면에 입을 벌리고 있는 것을

 피트 (Pit)라고 한다.

 

 크레이터 (Crater)

 크레이터는 아크를 끊을 때 비드 끝부분이 오목하게 들어가는 것으로 이 부분이 균열이 일어나

 기 쉽다. 방지법으로는 갑작스럽게 아크를 끊지 말고 운봉을 멈춘 채로 크레이터가 생기지 않게

 이 부분을 채워 주거나, 일단 아크를 끊고 다시 몇 번 아크를 일으켜 크레이터를 채워주는 방법

 이 있다.

 

 균열 (Crack)

 용접균열은 용접부에 생기는 결함 중에서 가장 치명적인 것으로 모든 규격에서 균열은 허용되지

 않는다. 균열은 하중 또는 응력이 해당 재질의 인장강도를 초과하여 작용하면 시작되며, 균열 결

 함은 응력이 작용하면 성장하는 경향이 있어 가장 치명적인 결함으로 분류한다. (물론 다른 모든

 용접결함 또는 결함부에 응력이 작용하면 성장하는 경향이 있으며 이름 ‘결함성장’이라 한다)

 용접균열은 몇 가지 방법으로 분류되는데 균열이 발생하는 금속의 온도를 기준으로 고온균열과

 저온균열로 분류하며, 용접 축방향을 기준으로 종균열 (Longitudinal Crack, 용접부의 축과 평행

 한 방향으로 발생하는 균열)과 횡균열 (Transverse Crack, 용접부의 축과 수직으로 발생된 균열)

 로 분류한다. 균열의 발생부위에 따라 분류하기도 하는데 Throat, Root, Toe, Crater, Under Bead,

 HAZ Crack등이 있다.

• 고온균열

  고온균열은 용접금속이 응고되면서 발생하는 것으로 결정립계가 충분히 고상화되지 못한

  상태에서 응력이 작용하여 균열이 발생하는 것으로 알려져 있다. 고온균열은 용접금속내

   의 결정립계에서 발생하기 때문에 결정립 사이로 진행하는 균열이 대부분이나 때로는

   열영향부의 균열도 있다. 고온균열은 대체로 표면이 균열되어 균열면이 산화된다.

• 저온균열

  저온균열 온도 300℃이하에서 발생하거나 용접금속이 응고된 후 48시간 이내에 발생하는

  균열로 특히 응고 후 48시간 이내에 발생하는 균열을 지연균열이라고도 한다. 저온균열은

  수축응력이나 열변형에 의한 응력집중 등의 원인으로 인하여 발생하며, 결정립 사이 또는

  결정립을 관통하는 형태로 전파성장된다. 실제로 일어난 저온 균열의 발생 원인을 정리하

  면, 부적당한 용접봉 사용, 루트 간격의 과대, 예열 및 후열관리의 불충분, 용접순서의 부

  적당 등이다.

• Throat  Crack

  Throat Crack은 필렛 용접부의 중앙부에서 잘 발생하기 때문에 붙여진 이름이다. 용접축의 횡방향으로 강한 응력이 작용하는 경우 얇은 루트패스와 오목한 필렛 용접과 같은 것들은 Throat균열이 잘 발생된다.

• Root  Crack

  Root  Crack은 Root 간격이 너무 넓은 경우, 루트용접부에 응력이 집중되는 경우 발생된다.

• Toe  Crack

  Toe 균열은 용접부의 Toe에서 발생되는 모재의 균열이다. 용접 덧살 또는 지나치게 볼록한 용접부의 형상에서 기인한 응력의 집중으로 발생된다.

• Crater  Crack

  Crater 균열은 용접패스가 끝나는 지점에서 발생된다. 용접 마무리 지점에서 용접부가 완전히 채워지지 않은 경우 그 부위에 얇은 용착 부위가 형성되어 용접 수축응력에서 균열이 발생된다.

• Under  Bead  Crack

  Under  Bead 균열은 용착금속이 아닌 열영향부에서 발생한다. 언더비드 균열은 용접이 완료된 후 많은 시간이 지나도록 진행되지 않을 수도 있기 때문에 특별히 위험한 균열이다. 때떄로 지연균열 (delayed crack)로 불리기도 한다. 지연균열에 민감한 강재의 용접에

  대한 최종 육안검사나 비파괴검사는 용접완료 후 48시간~72시간 후에 수행되어야 한다.

  고강도의 강재는 특히 이러한 균열에 매우 민감하다.

  Under  Bead  Crack은 용접부위에 수소가 있을 때 잘 발생된다. 용접봉, 오염된 모재, 대기 등으로부터 흡수된 수소는 용착금속에 포함되어 있다가 냉각 후 열영향부로 이동하게 된다. 열영향부에서 모인 수소는 분자 형태로 모이려고 하고 그 만큼 많은 체적이 필요하게 된다. 이때에 주위의 금속이 충분한 연성을 갖지 않는다면 갇힌 수소분자에서 형성된

  내부응력이 언더비드 균열을 유발하게 되는 것이다.

 

2. 기타 결함

 

 아크 스트라이크 (Arc Strike)

 아크 스트라이크는 용접이음의 용융부위 밖에서 아크를 발생시킬 때 아크열에 의하여 모재에 결

 함이 생기는 것으로 때로는 스패터보다 훨씬 더 심한 용접결함이 될 수 있다.

 금속은 급랭하게 되면 단단하고 취약한 구조로 바뀌는데 이것이 취성이라 하며 균열의 원인이

 된다. 마찬가지로 모재에 아크 스트라이크가 발생한 경우 아크로 인해 발생한 열이 주위의 모재

 로 급격히 열을 빼앗기게 되어 급랭되면서 취성을 갖게 된다.

 

 스패터 (Spatter)

 스패터는 용융금속의 소립자가 비산하는 것으로 슬래그의 점도가 높을 때, 전류가 과대한 때, 피

 복재에 수분이 있을 때, 긴 아크, 운봉 각도 부적당, 모재 온도가 낮은 경우 등에 발생하기 쉽다.

 스패터는 완전히 제거되어야 한다.

 

 언더필 (Under-Fill)

 용접부 윗면이나 아랫면이 모재의 표면보다 낮게 된 것을 말하는 것으로 용접사가 충분히 용착

 금속을 채우지 못하였을 때 생긴다. 특히 루트부에 발행하는 것을 루트오목부 (Root Concavity)

 라 한다.

 

 취부 불량에 의한 Hi-Low 또는 Misalignment

 이 결함은 부적절한 취부로 인해 발생하는 것으로 맞대기용접부의 경우 루트부의 용입부족 및

 윗면부의 언더필 결함의 원인이 된다. 특히 로보트용접 등의 자동용접을 주요 공정으로 하는 경

 우 용입불량을 초래하는 제일 큰 원인을 제공하므로 매우 위험한 결함으로 분류하기도 한다.

 

 용락 (Burn Throuth)

 용접 금속이 국부적으로 떨어져 나간 것을 용략이라 하며 주로 루트부에 과대한 용입이 원인이

 된다.