용접 이음부, 기술 및 전문 지식은 자동차 및 항공우주 산업부터 제조 및 해운 산업에 이르기까지 수많은 분야에 적용됩니다. 용접공은 필요한 용접 작업이 예상만큼 수월하지 않을 때조차도 다양한 용접 방식과 그 시공 방법에 대한 폭넓은 지식을 갖추고 있어야 합니다.
다양한 용접 방식과 이음매를 능숙하게 다루는 것은 훌륭한 용접공이라면 누구나 갖추어야 할 기본 역량 중 하나이지만, 구체적으로 어떤 것들이 있으며 어떻게 다른지 궁금하신가요? 이 글에서는 이에 대해 자세히 살펴보고 설명해 드리겠습니다.
용접이란 무엇인가요?
본론으로 들어가기 전에 먼저 이 점을 명확히 해두겠습니다. 용접이란 열을 이용해 두 개의 재료(이 경우 금속)를 서로 결합하는 과정입니다. 용접부는 재료의 형태에 따라 접합점이나 모서리를 연결하도록 형성됩니다. 짐작하시겠지만, 두 개체를 용접으로 결합하는 방법은 몇 가지로 한정되어 있습니다. 다양한 각도와 기법의 조합은 모두 다음 다섯 가지 용어로 분류됩니다:
- 티 조인트
- 모서리 접합부
- 모서리 이음부
- 겹침 이음
- 맞대기 이음
이 내용들을 하나씩 좀 더 자세히 살펴보겠습니다…
티 조인트
아시다시피, 티 조인트는 T자 모양을 띠며, 두 개의 금속 부재를 90도 각도로 교차하도록 용접한 것입니다. 이 조인트의 가장자리는 판재나 부품에 접합되며, 용접부의 상단까지 용접이 충분히 침투하도록 각별한 주의를 기울여야 합니다.
티 조인트는 필렛 조인트의 한 종류이며(이에 대해서는 나중에 다루겠습니다), 티 조인트를 제작하는 데는 여러 가지 용접 방식이 사용됩니다:
- 필렛 용접
- 플러그 용접
- 경사 홈 용접
- 슬롯 용접
- J-그루브 용접
- 용융 관통 용접
- 이음-베벨-홈 용접
모재가 두꺼워서 양쪽 면을 용접한 후에도 하중을 견디지 못할 경우, 이럴 때 홈형 용접을 적용하게 됩니다.
티 조인트는 ‘층상 파단’ 현상이 발생하기 쉬워 완벽하다고 할 수 없습니다. 이는 단단하고 유연성이 없는 조인트에 과도한 압력이 가해져 균열이 생기는 현상을 말합니다. 이를 방지하기 위해 때로는 스토퍼를 사용하거나, 모재의 품질을 개선할 수 있습니다.
모서리 접합부
이 용접 방식은 판금 용접에서 가장 흔히 사용되는 방식이며, 특히 플랜지(곡선)가 있는 가장자리를 용접할 때 주로 사용됩니다. 또한 인접한 금속 부재를 연결할 때 널리 사용되는 용접 방식이기도 합니다. 예를 들어, 파이프의 1/4 길이의 두 조각을 나란히 용접해야 한다고 가정해 보십시오. 두 조각 사이의 빈 공간을 용접하는 대신, 인접한 두 부재가 만나는 상단 가장자리 표면을 용접합니다. 이러한 용접 방식은 금속이 받게 될 응력을 관리하는 데 도움이 되지만, 금속의 용도에 따라 보강을 위해 용가재를 추가하는 것이 좋을 수도 있습니다.
스트레스의 원인으로는 다음과 같은 것들이 있습니다:
- 인장
- 압축
- 굽힘
- 비틀림
- 전단
어떤 이음부는 다른 이음부보다 힘을 더 잘 견딜 수 있으며, 용접공은 이러한 점을 고려하여 결정을 내리게 됩니다.
모서리 이음매를 만드는 데 사용되는 용접 방식에는 다음과 같은 것들이 있습니다:
- 사각 홈 용접
- 맞대기 용접
- J-그루브 용접
- 경사 홈 용접
- V자형 용접
- U자형 용접
- 모지-플랜지 용접
- 모서리 플랜지 용접
모서리 이음부
에지 조인트와 마찬가지로, 이 방법은 판금 용접에서 가장 널리 쓰이는 기법 중 하나로, 두 개의 판재가 바깥쪽 가장자리가 맞닿아 모서리를 형성하는 경우에 적용됩니다. 가장자리가 직각으로 만나 L자 형태를 이루며, 주로 상자나 프레임을 용접할 때 사용됩니다.
이 용접 방식은 특히 금속이 매우 얇거나 유연한 경우, 두 금속 조각이 굽힘이나 정렬 불량에 상당히 노출되기 때문에 가장 견고한 용접 방식 중 하나는 아닙니다. 용접 부위를 보강하는 한 가지 방법은 접합부를 모든 면에서 용접하여 단면 용접으로 남기지 않도록 하는 것입니다. 용가재를 사용할 수도 있지만, 소량만 사용하고 모재보다 두께를 얇게 하는 것이 좋습니다.
다음과 같은 용접 방식을 사용하여 모서리 이음매를 만들 수 있습니다:
- 스폿 용접
- V자형 용접
- 필렛 용접
- U자형 용접
- 경사 홈 용접
- 사각 홈 용접
- 맞대기 용접
- 플레어 V자 홈 용접
- 모서리 플랜지 용접
- 모서리 용접
- J-그루브 용접
티 조인트와 코너 조인트가 매우 비슷하다는 것을 눈치채셨을 텐데, 실제로 그렇습니다. 이 둘을 구분하는 것은 용접 위치인데, 티 조인트는 중간에 위치하여 사실상 두 개의 직각을 형성합니다.
겹침 이음
랩 조인트는 두께가 다른 두 금속 부재를 용접할 때 흔히 사용됩니다. 어떤 이들은 이 조인트 방식이 두 금속 부재가 겹쳐지는 방식에서 유래한 이름인 만큼, ‘오버랩 조인트’라고 부르는 것이 더 적절하다고 말하기도 합니다.
두 금속 조각을 겹치면 용접할 부분이 두 군데 생겨 이음매의 강도가 높아집니다. 용접 품질을 최상으로 유지하려면 이 두 모서리 모두를 용접하는 것이 좋습니다.
겹맞춤 용접의 용접 방식에는 다음과 같은 것들이 있습니다:
- 플러그 용접
- 슬롯 용접
- 스폿 용접
- J-그루브 용접
- 경사 홈 용접
- 플레어-베벨-그루브 용접
맞대기 이음
다섯 번째이자 마지막으로 소개할 용접 이음 방식은 맞대기 용접(Butt Joint)으로, 아마도 가장 흔하고 경제적이면서도 간단한 용접 방식일 것입니다. 두 개의 금속 부재를 끝과 끝을 맞대거나 나란히 배치한 뒤, 가장자리가 만나는 부분을 용접합니다. 용접할 가장자리가 서로 맞닿기만 한다면, 이 원리는 평면 금속과 파이프 모두에 적용됩니다.
어떤 사람들은 맞대기 이음(Butt Joint)을 ‘사각 홈 용접’이라고 부르기도 하며, 평판이나 파이프뿐만 아니라 플랜지, 밸브, 피팅 등 기본적으로 평행한 금속 부품을 접합하는 데에도 사용할 수 있습니다.
이 용접 방식은 대부분의 초보자가 가장 먼저 배우는 것으로, 다음과 같은 용도로 사용할 수 있습니다:
- 사각 홈 맞대기 용접
- V형 홈 맞대기 용접
- U자형 홈 맞대기 용접
- J-Groove 맞대기 용접
- 플레어-V-그루브 맞대기 용접
- 베벨 홈 맞대기 용접
- 플레어-베벨-그루브 맞대기 용접
필렛 조인트
이 기사에서 몇 번 언급되었고 용접 업계에서 매우 흔히 사용되는 용어가 바로 ‘필렛’입니다. 이는 코너(Corner), 티(Tee), 랩(Lap) 조인트를 포괄하는 총칭으로, 전체 용접의 대부분을 차지합니다. 필렛 조인트는 준비 작업이 거의 필요하지 않고, 파이프 용접에 더 적합하며, 맞대기 용접(Butt Welding)보다 용접 비용을 절감해 줍니다. 기본적으로 맞대기 조인트는 용접되는 가장자리 사이에 용가재나 여분의 재료를 사용하는 반면, 필렛 조인트는 모서리에 용가재를 사용하여 추가적인 강도를 확보합니다.
다음 인포그래픽에서 이 5가지 용접 이음매의 실제 모습을 확인해 보세요:
다음은 용접 분야를 처음 접하는 초보자라면 반드시 알아야 할 5가지 기본 용접 이음 방식입니다. 하지만 전문 용접공이라면 더 고급스럽고 구체적이며 복잡한 용접 이음 방식에 대해서도 숙지해야 합니다. 이러한 Advanced 이음 방식은 용접공이 종사하는 분야에 따라 달라집니다. 예를 들어, 자동차 산업에서는 알루미늄을 주로 사용하는 반면, 항공우주 산업에서는 고강도 티타늄 이음부를 제작할 때 TIG 공정을 사용합니다.
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심지어 실제 용접 접합부를 증강 현실(AR)로 구현할 수 있어, 기업들은 비용과 위험을 줄이면서 자사의 용접공들에게 특정 용접 접합부, 재료, 작업 자세 등에대한 교육을 제공할 수 있습니다. 산업용 용접 멀티조인트에 대해 더 자세히 알고 싶으시면 저희에게 문의해 주십시오.
