용접모재의 재질 및 용접조건
용접모재의 재질 및 용접조건은 적용규격(KS, AWS, ISO, ASME, JIS 등)과 재질별 특성별로 차이가 있다.
1. 용접모재와 자재시험성적서(Mill Test Report, CMTR, Material Certificate)
(1) 자재시험성적서
성적서의 내용은 제조사(Maker)에서 발행한 증명서번호(Material Certificate), 제강번호 (Heat No), 재질, 규격, 각종 요구되는 파괴검사(기계적 성질시험/ 화학적 분석), 비파괴 검사(NDE), 열처리 등의 결과 기록서이다.
(2) 용접구조용 강재의 종류
일반구조용 압연강재(KS D 3503), 용접구조용 압연강재(KS D 3513), 용접구조용 내후성 열간 압연강재(KS D 3529), 고내후성 압연강재(KS D 3542), 보일러용 압강재(KS D 3560), 기계구조용 탄소강(KS D 3752), 교량구조용 압연강재(KS D 3868), 저합금 고장 력강, 저온용강 등이 있다. 기타 강관 및 형강으로는 일반구조용 탄소강관(KS D 3566),일반구조용 각형강관(KS D 3568), 일반구조용 경량형강(KS D 3530), 일반구조용 용접경량H형강(KS D 3558)등이 있다.
2. 용접절차사양서(WPS)와 용접조건들
용접시공에 앞서 승인된 용접방법과 용접절차사양서, 용접품질 검사방법 및 각종지침서를 사용하여야 한다. 용접절차사양서 및 절차기록서 작성에 필요한 용접기호, 용접용어는 KS B 0052/ KS B 0106 와 ASME Sec.IX / AWS D 1.1 / AWS D 1.5에 준한다.
(1)용접절차사양서(WPS) 파악
(가) 용접절차사양서(WPS)
특정 용접의 시행에 필요한 상세한 용접조건을 명시한 문서로서 용접작업자에게 필요한 지침을 제공하는 것이 목적이다.
(나) 용접절차기록서(PQR)
용접절차사양서(WPS) 인정시험용 시험재(Test Coupon)의 용접에 사용한 실제 용접 조건과 인정시험결과를 기록한 문서로서 품질검사자, 공인검사자, 입회검사자, 등에 게 용접절차사양서(WPS)의 적절성을 판단할 근거를 제공하는 것이 목적이다.
(다) 용접기량인증서-Welding Performance Qualification Records(WPQR)
제작자는 발주자의 입회아래 현장에서 서비스를 수행할 모든 용접인원에 대한 서 면의 용접기량인증서(WPQR)를 제출해야한다. 용접기량인증서(WPQR)은 적절한 용 접사의 자격인증 시험(Qualification Test)의 성공적인 완료를 상세히 기록해야 한다. 모든 용접사 자격인증 시험은 규정된 코드(KS, ASME, AWS)에 따라 수행한다. 제작 자는 용접사가 수행할 종류의 용접에 요구되는 제반 용접사 자격인증 시험에 합격 한 추가 서류를 제출해야 한다.
(라) 용접자세와 시험자세
ⓐ 용접자세의 종류는 아래보기(F), 수평보기(H), 수직보기(V), 위보기(O)가 있다.
ⓑ 시험자세의 종류는 1,2,3,4,5(강관), 6(경사관) + G(홈용접), F(필렛용접)가 있다.
ⓒ 스터드(STUD)용접은 용접자세나 시험자세 구분없이 1S, 2S, 4S로 분류 된다.
(마) 수동(Manual), 기계(Machine), 반자동(Semi-automatic), 자동(Automatic)
ⓐ 수동용접에서는 용가제 이송과 아크제어를 모두 수작업으로 한다.
ⓑ 기계 반자동용접은 용가재 이송은 자동이며 아크제어는 수작업으로 한다.
ⓒ 자동용접에는 용가재 이송 및 아크제어가 전부 자동으로 한다.
(바) 용접부(Weld Zone)에는 용착금속(Weldment)과 열영향부(HAZ)를 포함 한다.
(사) 스트링(String)과 위빙(Weaving)
ⓐ 스트링은 토치의 움직임이 직선으로 향 한다.
ⓑ 위빙은 토치의 움직임이 지그재그로 향 한다.
(아) 패스(Pass), 층(Layer), 비드(Bead)
ⓐ 패스는 한번 용융시켜서 생긴 용착금속이다.
ⓑ 층은 용접단면으로 볼 때 한 패스두께에 해당하는 용착금속이다.
ⓒ 비드는 용입이 완성된 용착금속을 말 한다.
(2) 용접조건의 파악
(가) 용접절차사양서의 용접변수는 용접사에게 제공하는 생산용접의 상세한 용접조건을 말하는 것으로 다음과 같은 변수로 구분된다.
ⓐ 필수변수가 변경시는 용접절차사양서(WPS) 재인정이 요구된다.
ⓑ 비필수변수는 변경해도 용접절차사양서(WPS) 재인정이 요구되지 않는 용접조건이다.
ⓒ 추가필수변수는 설비기준에서 충격시험이 요구되면 필수변수가 되는 용접조건이 된다.
(나) 용접모재의 분류번호는 다음과 같다.
ⓐ P 번호는 주로 화학성분을 기준으로 용접성을 분류한 번호로서 Fe(1~11), Al(21~25), Cu(31~35), Ni(41~47), Ti(51~53), Zr(61~62)이 있다. ⓑ Group 번호는 강의 동일 P-번호에서 파괴인성을 기준으로 용접성을 분류한 번 호이다. ⓒ S 번호는 배관기준 또는 적용사례에 분류된 번호로서 P 번호와 동일한 개념이다.
(다) 용접전류
전류가 높으면 용접봉이 너무 빨리 녹고 또한 융융풀도 커지고 불규칙하게 된다. 너무 낮으면 모재를 충분히 융융시켜주지 못하고 융융풀도 작게 된다. 전류가 맞지 않으면 아크의 불안정, 용입부족, 스패터, 언더컷, 오버랩 등이 생기므로 용접모재 의 재질, 모양, 크기, 용접자세, 용접속도, 용접봉의 굵기 등에 따라서 적정전류를 선택하여야 한다. 용접전류는 후판이나 필릿 용접이음에서는 열이 급속히 확산되므 로 높은 전류가 필요하고 박판의 경우는 약간 낮은 전류를 사용하는 것이 좋다.
(라) 용접속도
모재에 대한 용접선 방향의 아크 속도를 용접속도라고 하며, 운봉속도 또는 아크속 도라고도 한다. 용접모재의 재질, 이음형상, 용접봉의 종류 및 전류값, 위빙의 유무 등에 따라 용접속도는 달라지며 아크전류와 아크전압을 일정하게 유지하고 용접속 도를 증가시키면 비드폭은 좁아지고 용입이 얕아진다.
용접이음부 형상 및 용접기호
1. 용접이음형상 및 용접기호
(1) 용접이음의 종류
용접 이음은 용접 방법, 판의 두께, 재질, 구조물의 종류와 모양 등에 의하여 여러 가 지 형식이 채택되고 있다. 그 대표적인 용접 이음의 기본 형식에는 [그림 1-8]에 나타 낸 바와 같다.
용접부를 형상적으로 보면, 맞대기 용접(butt weld, groove weld), 필릿 용접(fillet weld), 플러그 용접(plug weld), 덧살올림 용접(built-up welding)의 4 종류로 크게 분류 되고 있다.
(2) 맞대기 용접 이음
(가) 용접 이음의 홈 형상 및 용접기호
용접법의 선택과 용접 조건 즉 전류, 전압, 용접 속도 그리고 루트간격의 조절만으 로 용접 이음부에 충분한 용입이 이루어지지 못할 때에는 이음부의 한쪽 면 또는 양면에 개선가공하여 용접작업을 하면 두꺼운 모재라하여도 완전한 용입을 얻을 수 있다. [그림 1-9]는 맞대기 이음에서 쓰이는 홈의 형태를 나타낸 것이다. ″I″ 형 홈은 모재 두께가 6mm 이하에 적용하며, ″V″형 홈은 6~20mm, 그 이상은 ″ X″형, ″U″ 형, ″H″형 홈을 만들어 용접한다.
(나) 용접 이음부의 명칭 맞대기 이음부의 홈 명칭은 [그림 1-10]과 같다.
(2) 필릿 용접 이음
거의 직교하는 두 면을 용접하는 삼각상의 단면을 가진 용접으로서, 필릿 용접은 이음 형상에서 보면 겹치기와 T형이 있고, 표면의 모양에 따라 볼록한 필릿과 오목한 필릿 이 있다. 용접선에 대한 하중의 방향에서 볼 때에는 [그림 1-11]과 같이 전면 필릿과 측면 펼릿 및 경사 필릿으로 분류된다.
연속성에서 볼 때에는 [그림 1-12]와 같이 연속 필릿과 단속 필릿로 분류되며, 또 단속 필릿은 병렬과 지그재그로 구분된다.
일반적으로, 필릿 용접의 용접 변형량은 홈 용접의 경우 보다 작으나 이음부의 응력 집 중도는 높다. 또, 루트부에 용접 결함 발생하기 쉽고 결함 검출에 대한 비파괴 시험을 실시하기가 어려운 형상이다. 그러나, 용접 시공은 비교적 용이한 것 둥의 특징이 있다.
(가) 용접 이음의 형상 및 용접기호
[그림 1-13]는 필릿 이음에서 사용되는 용접기호를 나타낸 것이다.
F.P : Back gouing 있음.
P.P : Back gouing 없음.
백 가우징(Back gouging)이란 용접하는 면의 뒷면의 용접 비드 결함을 사전에 제거하고 융착 금속의 양호한 용접부를 구하기 위한 작업을 일컸는다.
(나) 필릿 이음부의 명칭
필릿 이음부의 명칭은 [그림 1-14]와 같다.
2. 강판의 용접이음형상에 대한 시험항목 규정 및 용접자세 규정은 <표 1-1>과 <표 1-2> 와 같다
용접이음의 청결상태 검사
용접부가 청결하지 못하고 모재표면에 수분, 페인트, 기름, 녹, 스케일 등의 이물질이 잔존 하면 다음과 같이 용착금속에 악영향을 초래 한다.
1. 수분 중 수소가 용접부에 미치는 영향
수분속의 수소(H)의 경우 철의 결정격자 속에 침투 확산하여 수소가 응축되었다가 추후강 재속에 작은 결함의 틈이라도 생기면 수소분자의 압력이 집중되어 강재를 파괴할 수도 있 다. 이 이유 때문에 용접시에 물, 습기에서 분해되어 발생하는 수소를 줄이기 위하여 비온 후 또는 저온 시에 용접할 때는 예열을 요구한다.
2. 수분 중 산소가 용접부에 미치는 영향특성
수분속의 산소(O2)가 관계하는 반응은 용접 중에는 기공이나 기포 또는 스패터(Spatter)를 증대시키고 산화물계 비금속 개재물로 존재하여 연성 및 충격특성의 열화, 적열취성, 청열 취성, 담금질 경화성의 열화 등 용접부이음에 유해한 작용을 한다.
3. 용접할 표면의 청결유지
용접할 표면은 깨끗하고 스케일, 녹, 기름, 그리스, 슬래그, 유해한 산화물 등 해로운 이물 질이 없어야 한다. 청소방법과 범위는 용접할 재료와 제거하여야 할 오염물질에 따라서 결 정하여야 한다. 용접금속이 이전에 용접된 표면 위에 용착될 경우, 용접부에 불순물이 혼 입되지 않도록 모든 슬래그는 끌, 치핑해머, 또는 기타 적당한 수단으로 제거하여야 한다.
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