용접성

[박성배]

1. 개 요
금속의 용접의 난이를 표시하기 위하여 ‘용접성(Weldability)'이란 술어가 쓰인다.
용접의 난이는 채용되는 용접법이나 시공법과도 상관성이 크다.
따라서 금속재료의 용접성을 상대적으로 비교하는 경우에는 사용하는 용접법과 시공법을 같게하여
비교해야 한다.
또한 고가이고 번거로운 용접법 및 시공법을 필요로 하는 재료일수록 용접성이 떨어진다고
생각해야 할것이다.
용접용의 금속재료는 결함없이 접합되는 성질(접합성)을 갖고 있음과 동시에, 용접 구조물이
하중에 충분히 견디고 또한 노치인성, 부식성, 시험성(때로는 고온 크리이프)이란 점에서 보아
충분히 장기간의 사용에 적합한 성능(사용성능)을 갖는 것이 절대적으로 필요하다.
따라서 오늘날에 와서는 용접성의 개념으로는 접합성(Jointability)과 사용성능(Performance)을
포함한 광의의 것이 필요하다고 생각되고 있다.

2. 용접성(Weldability)의 정의
(1) 재료에 최적이라고 생각되는 용접자세와 용접법을 사용하여 양호한 용접시공을 할 수 있느냐
없느냐 하는 재료의 성질을 나타내는 말.(모재의 용접의 난이를 나타내는 용어)
(2) ‘스터트(Stout)'의 제안
용접성(Weldability) = 접합성능(Jointability)과 사용성능(Performance)의 두가지를 만족
시키는 정도로 해석

3. 용접성(Weldability)에 영향을 주는 인자
(1) 접합성능(Jointability)(공작상의 용접성)에 대한 용접성 인자
(가) 모재와 용접금속의 열적 성질
- 융점, 열전도율, 온도확산율, 열팽창계수, 판두께 -> 낮을수록 용접중의 가열용이
(나) 용접 결함
- 균열, 기공, 슬래그 섞임, 용입불량, 언더컷, 오우버랩, 치수불량, 외관불량(산화,
질화를 포함)등 -> 적을수록 접합성 좋음
(A) 모재 - 고온, 냉간균열
(B) 용접금속 - 고온, 냉간균열 / 기공, 슬래그 섞임 / 형상, 외관불량
(2) 사용성능(Performance)에 대한 용접성 인자
(가) 모재와 용접부의 기계적 성질
- 인장강도, 연성, 노치인성, 피로강도, Creep강도
(나) 모재의 놋치취성(Notch Brittleness)
(다) 용접부의 연성(Ductility)
- 노치의 존재로 인하여 연성을 잃게되기 쉬움
- 용접금속과 모재의 열영향부가 산화, 질화, 수소탄화, 소입경화, 조립화와
연화(軟化), 템퍼링 취화, 시효, 흑연화등
(라) 모재 혹은 용접부의 물리적, 화학적 성질
- 열팽창계수, 열전도율, 내식성, 내산화성 등
(마) 변형과 잔류응력
- 모재의 열적성질, 고온의 항복점, 구속, 시공법 등이 영향

4. 용접성 시험
(1) 기초시험
(가) 모재의 화학조성(분석시험)
(나) 모재의 기계적 성질(인장, 굽힘, 충격, 피로시험)
- 항복점, 인장강도 및 연신, 때론 피로강도
(다) 모재의 결함(내부조직, 비파괴검사)
- 라미네이션, 설파밴드, 불순물(청정도) 등
- 단면검사 또는 초음파탐상검사(UT)

▣ File 801-1005 Sheet - 02
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(2) 주요 용접성
(가) 모재의 노치인성(노치시험)
- V 샤르피 충격시험 또는 기타의 노치시험으로 판정
(나) 용접부의 연성(재료 비드 굽힘시험, 경도시험)
- 코머젤 시험이나 킨젤시험등의 세로비드 굽힘시험
- 비드 용접 열영향부의 최고경도시험
(다) 모재와 용접금속의 터짐 감수성(터짐시험)
- 바텔연구소의 비드 밑터짐시험, 철연식, 또는 라이하이형 구속터짐시험 및
T형 터짐시험 등
(3) 이음시험
(가) 이음의 건전성(비파괴검사, 단면시험)
- 용접부의 X선투과시험, 자기굴절, 초음파탐상, 형광시험, 단면육안시험 등
(나) 이음의 기계적 성질(인장, 굽힘, 충격, 피로시험)
- 맞대기 이음의 인장 및 굽힘시험 외에 세로, 가로 필렛이음, 또 +자형 필렛이음의
인장시험 등
- 경우에 따라서는 이음의 피로시험도 실시
(4) 특수시험
- 구조물의 사용목적에 따라서 내식성시험, 고온성능시험(고온강도), 크리이프, 흑연화,
고온피로, 저온성능시험, 가공법, 또는 열전도등의 물리적성질에 대한 시험이 실시

* 용접성 시험과 검사를 다음과 같은 방법에 의하여 판정하게 된다.
(A) 사용성능의 시험인 놋치취성은 충격시험(Impact Test)
(B) 용접부의 연성은 인장시험(Tension Test)
(C) 용접균열은 굽힘시험(Bending Test)
(D) 접합성능의 검사는 비파괴검사(Non-destructive Inspection)
방법으로 용접부의 결함요소를 확인한다.
* 상기의 시험으로서 용접구조물의 사용성능과 접합성능에 대한 충분한 능력을 발휘할 수 있는
재료의 용접성을 결정하게 된다.

5. 용접에 있어서의 작업성
(1) 용접봉의 작업성
* 용접봉의 작업성
꠆ꠏ 1. 아크발생의 난이 ꠏꠇꠏ 초(初)아크발생의 난이
ꠐ ꠌꠏ 재(再)아크발생의 난이
ꠐ ꠆ꠏ 아크의 안정성 가부
ꠉꠏ 2. 아크상태의 양.불량 ꠏꠊꠏ 아크의 집중성 적부
꠆ꠏ 직접작업성 ꠏꠋ ꠌꠏ 아크의 스트레이 강도의 적부
ꠐ ꠉꠏ 3. 용접봉 용융상태의 양.불량 ꠏꠇꠏ 용접봉 단부의 피복통 형상가부
ꠐ ꠐ ꠌꠏ 용접봉 용융의 균일성
용접봉의 작업성 ꠏꠋ ꠐ ꠆ꠏ 하향유동성
ꠐ ꠐ ꠉꠏ 입향유동성
ꠐ ꠉꠏ 4. 용융 슬래그의 유동상태의 양.불량 ꠏꠊꠏ 상향유동성
ꠐ ꠐ ꠉꠏ 수평필렛 유동성
ꠐ ꠐ ꠌꠏ 특수용접 유동성
ꠐ ꠉꠏ 5. 스패터링의 유무 ꠏꠇꠏ 스패터 립(粒)의 대소
ꠐ ꠐ ꠌꠏ 스패터량의 다소
ꠐ ꠌꠏ 6. 용접봉 보관의 난이
ꠌꠏ 간접작업성 ꠏꠇꠏ 1. 고착한 슬래그 및 스패터제거의 난이(비드외관, 결함발생율)
ꠌꠏ 2. 기타, 용접에 부수한 작업의 난이


(2) 작업성의 판정 시험법
(가) 아크발생의 난이
(A) 초아크발생의 난이
용접기의 개로전압(開路電壓)과 단로전압(短路電壓)을 정하고 신품의 용접봉 10본을

▣ File 801-1005 Sheet - 03
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준비하여 모재를 가볍게 1회만 두드려서 아크가 나오는 것의 갯수의 차이에 따라
판정한다.
(B) 재아크발생의 난이
피복통을 깨지 않아도 아크가 나오는 것, 피복통을 깨면 아크가 나오기 쉬운 것,
피복통을 깨도 아크가 나오기 힘든 것으로 구별하여 판정한다.
(나) 아크상태의 가부
(A) 아크 안정성의 가부
아크를 길 게 또는 짧게하여 아크가 지속되는 아크길이의 범위로 나타낸다.
(B) 아크 집중성의 적부
용접속도를 매우 빨리 한 경우의 Bead의 균등정도에 의하여 나타낸다.
(다) 용접봉 용융상태의 가부
용접통 선단의 소위 ‘용구(熔口)’를 보아, 그 깊이, 치우침에 의하여 판정한다.
용융의 균일성은 용접봉 선단의 20 mm, 피복이 있는 최종부터 20 mm 전 및 그 중간의
피복통의 용구를 비교한다.
(라) 용융 슬래그 유동상태의 적부
용융 슬래그의 온도와 점도, 표면장력과의 관계에서 구한다.
또는 모재를 경사시켜서 Slag가 흐르는 길이에 의하여 판정한다.
(마) Spattering의 가부
용접 Bead부터 어떤 거리의 단위면적의 Spatter를 모아 그 입자의 크기와 양을 측정한다.
(바) 고착한 Slag 및 Spatter 제거의 용이
치핑해머로 Slag를 거의 깨지 않고 제거될 수 있다.
크게 깨서 제거, 잘게 깨지 않으면 제거될 수 없음 등의 세가지로 구별한다.
Spatter는 Wire Brush로 문지르는 횟수로 결정한다.
(3) 작업성을 좋게하는 요소
(가) 아래보기 용접
(A) 아크의 안정 및 집중이 좋을 것.
(B) 아크가 조용히 나올 것.
(C) Slag의 응고온도가 낮을 것.
(D) Slag가 가볍고 유동성 및 Cover가 양호할 것.
(E) Slag의 부양, 빠져나감이 양호할 것.
(F) 용입의 깊이 및 폭이 적당할 것 등이 필요하다.
(나) 또한 위보기용접의 작업성을 좋게 하기 위하여는,
(A) Slag가 적당한 점성을 갖고, 큰 용융방울의 생성이 용이할 것.
(B) 가스발생이 왕성하여 용융방울이나 Slag의 낙하를 받칠 수 있을 것.
(C) Slag가 쳐져 매달리지 않을 것.
(D) 피복통이 얇을 것(Slag량이 너무 많지 않을 것.) 등 사항이 필요하다.
(다) 경험에 의하면, 작업성을 판정하는 인자로서는,
(A) 아크의 안정성
(B) 편심도
(C) Undercut, Overlap
(D) Slag의 유동성
(E) Slag제거의 난이
(F) Bead 외관
(G) 용융의 균일성
(H) Spatter량
(I) Slag의 덮임
(J) Pit(表面小孔) 또는 터짐의 발생
(K) 피복통 형상 등이 있다.
(라) 작업성은 봉의 종류, 봉지름 및 용접자세 등에 따라 달라지는 것은 당연한 일이다.
(A) 아크의 안정성
아크전압을 낮게 되도록 하는 피복물질은 아크를 안정시키는 것으로 알려져 있다.
일반적으로 알루카리 및 알루카리 토금속(土金屬)원소는 아크전압을 낮게하고,
아크를 안정시킨다.

▣ File 801-1005 Sheet - 04
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(B) Spattering
용융금속의 소립자가 비산하는 소위 ‘스패터링(Spattering)'이 일어나기 쉬운 것은,
(a) Slag의 점도가 높을 때
(b) 과대전류
(c) 피복중의 수분
(d) 긴 Arc
(e) 운봉각도 부적당
(f) 모재온도가 낮은 경우이며, 또한
(g) 직류보다 교류용접 쪽이 Spatter가 적다.
(C) Slag의 성질
Slag의 용융점, 응고범위, 점성 및 표면장력은 작업성에 크게 영향을 미친다.
표면장력이 적을수록 용융금속을 잘 커버한다.
산화철(FeO)은 Slag의 표면장력을 적게하고 용융방울을 적게 한다.
또한 참고로서 Slag를 고온부터 서냉한 경우의 응고온도역의 일례를 비교해 보면,
반유동상태의 온도역이 높고 넓은 것이 작업성이 좋은 것 같다.

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