알루미늄 레저 선박 생산 공정 Part.7 TIG 용접(2)

알루미늄 레저 선박 생산 공정 Part.7  TIG 용접(2)

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목차

알루미늄 레저 선박 생산 공정 계획

알루미늄 소재 관리

알루미늄 소재 절단 가공

알루미늄 레저선박 조립용 치공구 제작

알루미늄 소재 성형

알루미늄 부재 조리

알루미늄 소재 성형

알루미늄 부재 조립

알루미늄 MIG 용접

알루미늄 TIG 용접

알루미늄 용접 검사

알루미늄 레저선박 품질 관리 

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알루미늄 TIG 용접 (2) 

알루미늄 TIG 용접 (2) 

1. 알루미늄 TIG 용접, 비소모성 용접 전극 와 용접봉 및 불황성 보호가스를 이용하여 용접 시 조립도 상의 각목 각장을 준수하여 양호한 품질로 용접할 수 있다. 

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1. 알루미늄 TIG 용접  주변 기기 및 모재 준비 

 알루미늄 TIG 용접 작업 전 일반 준비

용접 환경은 용접 제품의 품질과 작업자의 안전과 직결된다.

때문에 용접 작업 전 용접 기와 주변 기기의 준비와 함께 용접 환경도 준비가 필요하다.

 

1. 알루미늄 TIG 용접 재료 

(1) 용접 모재

용접 모재는 적합한 방법으로 보관해야 한다.

모재에 이상 발생 시 용접 작업에 서의 균열이나 기포 등 결함과 직결된다.

모재 표면은 녹, 수분, 페인트, 기름 등이 제거된 청결한 상태를 유지해야 한다.

(가) 용접 표면의 청결 유지

- 모재와 모재 사이 통풍이 원활하도록 받침판 사용

- 습기가 발생하지 않도록 통풍이 잘되는 곳에 보관

- 높이 쌓아 보관하지 않도록 함

- 사용 용도에 따라 구분해 보관

- 용접 모재 산화막이 생길 경우, 사용 전 평줄이나 핸드 그라인더를 사용해 제거

- 모재 표면에 수분이 있으면 가열하여 제거 후 보관

(나) 모재의 보관 관리

- 용접 모재 두께별 보관

- 용접 모재 사용 방법에 따라 보관

- 용접 와이어 지름에 맞춰 보관

- 용접 모재 사용 시 오래된 것부터 사용

(2) 용가재

알루미늄 용가재는 1,000mm로 수동 용접, 와이어는 코일 형태로 자동 및 반자동용접에 사용된다.

강도나 연성에 따라서 사용하는 용접봉의 종류도 달라진다.

강도가 높은 순서는 5556, 5183, 5356, 5654, 5554, 4043, 1100이고 연성은 이와 반대이다.

(가) A1100, A1200(순 Al계) 용접성 및 내식성이 좋으며 인장 강도는 78.4~117.6 MPT(8~12 kgf/mm²) 정도로서 순 AI 및 AI – Mn합금의 용접에 사용된다.

(나) A4043(AI-Si 합금) 강도는 166.6~245 MPT(17~25 kgf/mm²) 정도이며, 고온 균열 저항성이 커서 용접 균열이 발생하기 쉬운 열처리 합금이나 주물에 사용된다.

(다) A5654, 5554(AI–Mn 합금) AI–Mn 합금의 용접에 사용되며 용접성, 내식성이 우수하다.

(라) A5356(AI–Mg 5% 합금) 용접성, 기계적 성질이 좋아 AI–Mg계, AI–Mg–Si계 합금의 용접에 사용된다.

(마) A5183(AI-Mg 4.5%-Mn 0.8% 합금) 용접성이 뛰어나며 내식성, 기계적 성질이 좋고 용착 금속의 연성이 좋아 A5083의 용접에 사용된다.

용접전류(A)				전극지름		아르곤 유랑
ACHF		DCSP	DCSP
순텅스텐봉	도륨 텅스텐봉	순토륨 텅스텐봉	순토륨 텅스텐봉	in	mm	cfh	lpm
5 ~15	5~20	5~20	-	0.02	0.5	6~14	3~7
10~60	15~18	15~18	-	0.04	1	8~15	4~8
50~100	70~150	70~150	10~20	1/16	1.6	12~18	6~9
100~160	140~235	150~250	15~30	3/32	2.4	15~20	7~10
150~210	225~325	250~400	25~40	1/8	3.2	20~30	10~15
↓	↓	↓	↓	↓	↓	↓	↓
325~475	500~700	800~990	800~990		6.4	40~60	20~30

 

2. 알루미늄 TIG 용접 지그 및 고정구 

용접 준비 작업이 끝나면 조립과 가접에 들어가게 된다.

이때 정확한 치수로 용접하는 게 중요한데, 이를 위해서는 정반 또는 적당한 용접대 위에서 행해야 한다.

용접 물을 정확한 치수로 작업하기 위해 필요한 게 용접 지그(welding jig)다.

부품을 누르는 고정 작업엔 용접 고정구(welding fixture)가 필요하다.

용접 작업을 위한 치공구는 ‘알루미늄 레저선박 조립용 치공구 제작’에 상세하게 알아보기로 한다. 

 

(1) 사용 목적

(1) 사용 목적

용접 지그(welding jig)의 주요 목적은 다음과 같다.

- 용접 작업을 쉽게 한다. 또 용접부의 신뢰성과 작업 능률을 높인다.

- 제품의 치수를 정확하게 한다.

- 가공 공정수를 줄인다.

- 다듬질 정밀도는 높이고, 결함은 줄인다.

(2) 용접 지그(wedling jig)의 선택 기준

용접 지그(wedling jig) 선택에서 중요한 건 용접물의 조립에 필요한 크기와 힘이다.

그리고 부착 및 탈취가 쉬워야 한다.

또 유리한 자세로 용접할 수 있는 위치여야 하고, 쉽게 움직일 수 있어야 한다.

변형 방지도 중요한 선택 기준이다.

3. 모재의 전처리 작업

사전에 모재 표면의 산화 피막, 수분, 유지, 이물질을 제거해야 건전한 용접부를 얻을 수 있다.

이와 같은 작업을 전처리라고 하는데, 가능한 한 용접 직전 하는 것이 좋다.

전치리 방법으로 주로 사용되는 것은 화학적인 부식 방법이다.

경우에 따라선 그라인드(grind)와 같은 기계적인 방법이 병행되기도 한다.

 알루미늄 TIG 용접 작업 전 이음 준비 

1. 용접 이음 특성

알루미늄선의 경우에도 기본적인 이음 형식은 강선과 유사해

맞대기 이음, T이음, 겹침 이음, 모서리 이음, 변두리 이음 등 5종류가 있다.

이 중 맞대기 이음과 T이 음이 선체 이음 90% 이상을 차지한다. 그 특성을 살펴본다.

(1) 맞대기 이음

<표 2-6>을 통해 맞대기 이음의 홈 형상을 확인할 수 있다.

선체 외판의 맞대기 용접의 경우,

반 자동 미그 용접에선 판 두께 6mm까지는 홈 형상을 I형 개선으로 해도 가능하다.

그 이상의 두께는 V형 개선을 한다.

이외 그렇게 두꺼운 판이 아니더라도 하향 이외의 자세는 개선해 용접하는 것이 강도 면에서 유리하다.

두께 8mm 이상은 <표 2-6>과 같이 X형 개선하여 양면 용접하는 것이 낫다.

다만 용접 시엔 가우징을 정확하게 행하고 해야 한다.

가우징이 불충분하면 뒷면 용접 시 슬러그가 용융 금속 중에 부상해 결함의 원인이 되기도 한다.

 

(2) T이음

두 개의 부재를 수직에 가깝게 조립하는 게 T이음이다.

외판과 보강재의 조립, 외판과 격벽 간의 이음에 주로 사용된다.

이음 강도가 높다. T이음의 종류는 <표 2-7>과 같이 필릿, L형, K형 이음으로 나뉜다.

이 중 선체 각 부위에서 가장 많이 사용되는 이음 형태는 필릿 이음이다

필릿 이음은 다시 3종류로 세분되는데 양측 연속, 병열 단속, 지그재그 단속 등이다.

양측 연속 용접은 선저부와 기관대 등 진동이나 반복 하중, 고 응력 부위 등에 적용된다.

단속 용접은 강도를 그다지 요하지 않는 부재나 수밀이 요구되지 않는 보강재 등 조립 때 사용한다.

단속 용접은 용접 변형 발생이 적다는 게 장점이다. 하지만 크레이터에 균열 발생이 쉽다는 단점도 있다.

반드시 크레이터 처리를 해야 한다.

지그재그 단속 용접 이음은 선 측 조골과 선측 종통재, 상갑판 빔과 갑판하종통재 등의 각 교차 부위에 적용한다.

각각 외판 혹은 갑판과의 하중을 전달하기 위해서 끝부분에서 적당한 범위에 걸쳐 용접한다.

2. 가접(tack weld)

가접(tack weld)은 본 용접 실시 전 잠시 고정하기 위한 짧은 용접이다. 특히 알루 미늄 합금은 용접 변형이 발생하기 쉬워 고정치구에 구속하는 것이 중요하다. 단 직 류를 이용하는 경우는 자기 흡입 방지를 위해 비자성재를 이용한다.

(1) 일반적인 주의사항

- 하중을 받는 중요 부분에는 가접을 피해야 한다. 대신 중요하지 않는 부분에는 가접을 충분히 한다.

- I형 맞대기 용접이나 필릿 연속 용접에서는 가접 부위에

본 용접을 행할 때 비드 외관이 거칠어질 염려가 있다.

따라서 비드 시작점이 끝나는 지점에는 가접을 피하고 결함부는 깎아낸다.

- 가접부의 슬래그를 충분히 제거한다.

- 용접열에 의한 열응력 작용으로 가접부에 균열이 생기면 삭제한다.

- 대체로 후판에는 가접이 불필요하다.

또 필요하다고 해도 그 영향이 적다.

반면 박판의 경우는 가접이 불가피하기 때문에 주의해야 한다.

 

 알루미늄 TIG 용접 용착법과 용접 순서 

 

1. 용접 방법에 따른 분류

(1) 전진법(progressive method)

가장 간단한 용접 방법이다. 한쪽 끝에서 다른 쪽으로 용접을 진행한다.

전진법은 주로 용접 길이가 짧거나 변형, 잔류 응력이 문제가 되지 않는 곳이나 자동 용접에서 쓰인다.

용접 길이가 길 경우 끝부분 쪽에서 수축과 잔류 응력이 커질 수 있다.

(2) 후퇴법(back step method)

전체 길이를 용접하되 단계적으로 후퇴하면서 실행한다. 수축과 잔류 응력을 줄 일 수 있다.

(3) 대칭법(symmetric method)

용접 전 길이에 걸쳐 중심에서 좌우로 또는 용접물 형상에 따라 좌우 대칭으로 용접한다.

변형과 수축 응력을 경감할 수 있는 방법이다

(4) 스킵법(skip method)

용접 길이를 나누고, 간격을 짧게 두면서 실행한다.

구조물의 변형이 작게 오는 쪽이 전체로서의 굴곡이나 변형 발생보다 유리한 경우에 이용된다.

특히 잔류 응력이 적어야 할 경우에 적합하다.

2. 용접 순서

용접선을 완료시키는 것을 말한다. 순서는 다음과 같은 기준에 따라 결정한다.

(1) 같은 평면 안에 이음 작업이 많으면 수축은 가급적 자유단으로 보낸다.

(2) 물품의 중심에 대해선 대칭으로 용접한다.

(3) 먼저 용접할 순서는 수축이 큰 이음이다. 수축이 작으면 후에 용접한다

.(맞대기 용접과 필릿 용접이 있다면, 맞대기 용접이 먼저다.)

(4) 용접물의 중립축에 대하여 용접으로 인한 수축력 모멘트의 합이 ‘0’이 되도록 한다.

이렇게 하면 용접선 방향에 대한 굴곡이 없어진다.

3. 예열

예열이란 용접 전 피용접물의 전체 또는 이음부 부근의 온도를 올려주는 작업이다.

저온 균열을 방지하기 위해서다. 알루미늄에 예열하면 용접부와 모재 간의 온도가 고르게 분포한다.

이렇게 되면 용착 금속이 응고할 때 응력을 덜어준다. 알루미늄 합금은 대략 250℃까지 예열이 필요하다.

그러나 9~13톤까지는 15 0℃~180℃까지 예열해도 충분하다.

4. 용접 조건

모재의 재질 및 두께, 용접봉의 종류, 홈과 용접부 형상이 용접 조건을 결정한다.

알루미늄 용접 조건은 다음과 같다.

 

 알루미늄 TIG 용접 후처리 하기 

1. 용접 후 용접부 처리

용접 후처리 외에 용접부 형상 가공, 치공구 제거, 용접 변형 수정 등은 용접 후 용접 부 처리에 해당한다.

이밖에 잔류 응력 저감 처리, 용접 결함 제거와 보수, 시험 검사, 표면 처리 등도 후처리 공정이다.

용접 후처리는 반드시 선급의 승인을 받아야 한다.

1. 응력 제거와 완화

국부적으로 집중적인 열이 가해지는 용접 작업에서 구조 부재는 급속한 열팽창과 수축으로 열 변형이 발생해 주위에 의해 구속된다.

부재에 발생한 응력은 용접 종료 후에도 잔류하게 되는데, 이를 용접 잔류 응력이라고 한다.

이 같은 잔류 응력을 제거하기 위해 풀림 처리가 진행된다.

이 작업엔 열이 가해지므로 잔류 응력이 제거되고, 다음과 같은 효과도 얻을 수 있다.

2. 잔류 응력 제거법

(1) 노내 풀림법 적당한 온도와 일정 시간을 유지한 노속에서 제품을 서랭시키는 방법이다.

잔류 응력 제거법 중 가장 효과가 크고 널리 이용된다.

(가) 유지 온도가 높고 시간이 길수록 효과가 크다.

(나) 노 내의 출입 허용 온도는 300℃를 넘어서는 안 된다.

(다) 일반적인 유지 온도는 625±25℃, 판 두께는 25mm, 1시간으로 한다.

(2) 국부 풀림법 큰 제품이나 현장 용접된 경우 용접부 부근에서 실시하는 게 국부 풀림이다.

용 접선의 좌우 양측 각각 250mm의 범위나 판 두께의 12배 이상의 범위를 가열한 후 서행한다.

이 방법은 온도가 균일하지 않고, 잔류 응력 발생 가능성도 있어 주의가 요구된다.

유도 가열 장치를 가열에 이용한다.

(3) 저온 응력 완화법 저온 응력 완화법은

미국의 개발사 이름을 따 린데법이라고도 부른다.

정속도로 이동하는 가스 불꽃을 이용해 용접선의 좌우 양측 150mm 정도 폭을 150~20 0℃로 가열한 뒤 수중 급랭시키는 방법이다. 용접선 방향의 인장 응력을 완화 시 킬 수 있다.

(4) 기계적 응력 완화법 기계적 응력 완화법의 경우 큰 구조물에서는 한정된 조건 하에서만 사용할 수 있다.

잔류 응력이 있는 제품에 하중을 주고, 용접부에 약간의 소성 변형을 일으킨 다음, 하중으로 제거하는 방법이다.

(5) 피이닝 완화법 끝이 원형인 특수한 피이닝 해머를 사용한다.

해머로 용접부를 연속 타격해 표면에 소성 변형을 준다. 용접부의 인장 응력을 완화시키는 데 효과가 있고, 용착 금속의 균열 방지에도 이용된다.

작업은 상온에서 행하는 게 좋지만, 열간의 경 우 700℃ 부근이 적당하다.

용착 금속과 그 주위까지 작업하는 게 좋다.

용접부와 그 주위를 두들기게 된 데 따른 가공경화 현상으로 연성이 줄어드는 결점 도 있다

 

 알루미늄선박 TIG 용접 용접 결함의 종류와 검사

1. 용접 균열

(1) 종류와 원인

알루미늄 합금에선 크게 응고 균열과 용해 균열이 나타난다.

용접 금속 내의 균 열은 대부분 응고 균열이다.

용해 균열은 다층 용접 시 재가열 구역 및 열 영향 부에서 발생하는 미세 균열이 대표적이다.

균열은 고온 균열이 대부분이고, 주로 결정 입계에 있어서 합금 원소의 편석 또는 저 융점 물질의 존재에 기인한다.

응고 균열은 용접 금속이 응고 시 수축 응력 또는 외력이 작용할 때 발생하고, 용해 균열은 고온에서 가열된 입계가 국부적으로 용융하여 팽창할 때 발생한다.

(2) 모재, 용접 재료와 용접 균열

1,000·3,000·4,000·5,000시리즈는 균열 발생에 대한 저항성이 있다.

용접성도 양호하다. 5,000시리즈의 Al-Mg계 합금에선 가능한 한 Mg 함유량이 많은 재료를 선정하는 게 좋다.

Mg양이 늘어남에 따라 용접 균열 가능성이 낮아지기 때문이다.

단 Mg양이 너무 많아도 가공성 또는 고온에서의 내식성 등이 떨어지는 단 점이 있다.

6,000시리즈의 Al-Mg-Si계 합금에서는 같은 조성의 용접 재료 용접 시 균열 발생이 우려된다.

Al-Mg계 또는 Al-Si계의 용접 재료를 이용하면 균열 방지에 도움이 된다.

6,000시리즈의 모재는 Mg과 Si이 주요 원소다. 과대한 입열 시 모재에 미세한 균열이 발생할 수도 있다.

(3) 용접 시공과 용접 균열

용접 조건 중에서 용접 속도의 영향이 가장 크다.

용접 속도에 따라 균열 감수성 이 비례한다.

개선 내 버트(butt) 용접 초층, 필렛(fillet) 용접 시에는 용착량을 많이 하는 게 낫다.

용접 전류는 너무 세면 변형이 커진다. 반면 너무 낮으면 급속한 응고를 초래하기 쉽다.

적정한 전류 유지가 무엇보다 중요하다.

아크(arc) 전압은 균열에 거의 영향을 미치지 않는다.

비드(bead)의 처음과 끝나는 부위, 이음부는 균열이 쉽게 발생한다

엔드 탑(end tab) 설치가 균열 발생 예방에 도움이 된다.

이게 여의치 않을 경우 크레이터(crater) 처리가 권장된다.

다층 용접 시, 다음 층의 용접 열에 의해 전층의 입계가 국부적으로 용융하는 경우가 있다.

이때 미소 균열이 발생하기도 한다.

용접 입열기 클수록, 층간 온도가 높을수록 이 같은 균열의 발생 가능성이 높다

2. 기공

알루미늄 합금 용접 시 기공 발생에 주의해야 한다.

기공이 용접 금속에 균일하게 분산되면 이음부 강도에는 큰 영향을 주지 않는다.

하지만 국부적으로 집중되거나 크기가 클 경우엔 미치는 영향이 만만찮다.

기공은 주로 수소에 의해 발생한다. 알루미늄 합금의 용융 응고 시 수소의 용해도 변화가 현저한 탓이다.

용해도 차이에 의해 빠져나온 수소가 외부로 방출되지 못하고 조직 내에 남으면 기공이 된다.

수소 발생원은 다양하다. 모재, 용접 재료 중의 용해 수소, 표면에 부착한 수분 등이 대표적이다.

이밖에도 유기물, 산화막에 부착한 수분, 보호가스 중의 수소 등이 영향을 미친다.

이 중에서 공기 중의 수분 침입이 가장 큰 문제다. 다음이 용접 재료 표면에서 발생하는 수소다.

이와 같은 기공 방지 대책은 아래 <표 4-1>과 같다.

3. 기타 결함

알루미늄합금에서 산화 피막에 기인하는 융합 불량이 발생하기 쉽다.

개선부 부근의 산 화 피막 제거 및 층간의 청소가 불충분한 경우에 주로 발생하므로 특히 주의가 필요하

다, 미세한 강선이 혼입 돼 있는 와이어 브러시(wire brush) 사용에 특히 주의한다.

 

 용접부의 검사를 진행한다.

1. 외관 검사를 한다.

비드 외관, 비드 폭 및 비드 높이, 용입, 언더컷, 오버랩, 언더필, 표면 균열 등의 검사 방법을 통해 검사할 수 있다.

2. 액체 침투 검사(PT)를 한다.

용접부 표면을 세척한 다음 침투성이 강한 액체를 칠해 결함을 찾아낸다.

결함이 있는 곳에 침투액이 스며드는 원리를 이용한다.

건조 후 표면의 침투액을 닦아낸 뒤 후속 작업으로 현상제(MgO, BaCO3, 등 용제)를 칠한다

이때 결함(균열 등) 부위에 침투되었던 액이 소재 표면으로 나타나는데, 이것으로 결함을 판별한다

(1) 검사 방법

(가) 전처리

- 침투액이 결함 내부로 침투하는데 방해하는 인자를 제거(도료, 더러움, 유기 물 등)한다.

- 휠 브러시, 페퍼 그라인딩으로 시험하고자 하는 부분의 표면을 25mm 이상 전처리한다.

(나) 침투 처리

- 침투제의 종류 및 적용 범위에 따라 아래와 같이 시험하고자 하는 부분을 적어둔다.

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(다) 과잉 침투제 제거

- 시험체 표면에 남은 침투액을 제거한다.

물이나 세척액을 이용하여 걸레로 닦는다.

- 결함 내부에 침투한 액이 흘러나올 만큼 지나치게 세척해서는 안된다.

(라) 건조 처리

- 물로 제거한 경우, 52℃를 초과하지 않는 범위 내에서 가열하여 건조한다.

- 자연 건조의 경우, 물로 제거했을 경우 2분 정도

- 세척액으로 제거했을 경우 1분 정도 건조

(마) 현상 처리제

- 현상제를 시험체 표면에 도포한다.

시험체에서 25~30mm의 거리를 유지한다.

- 얇고 균일하게 도포한다.

(바) 관찰

- 현상제 도포 후 7~30분간 관찰한다.

- 시험체에 결함이 발생치 않을 땐 그 이상 경과해도 무방하다.

- 사용 후 빈 캔은 반드시 구멍을 내 고철통에 버린다.

3. 초음파 검사(UT)를 한다.

물제 속에 불연속부가 존재하면 전파 상태에 이상이 생기는 원리를 이용한 검사법이다.

파장이 짧은 음파(0.5~15 MHz)를 검사물 내부에 침투시켜 결함 또는 불균일층의 존재를 파악한다.

(1) 종류

(가) 투과법 - 시험체 속에 초음파의 펄스 또는 연속파를 투과한다.

뒷면에서 이를 수신하여 결함으로 인한 초음파의 장해 및 쇠약 정도를 파악한다.

(나) 펄스 반사법 - 시험체의 한쪽 면으로부터 초음파의 펄스를 송신하고,

그 결함에서 반사되는 반사파의 형태로 결함을 판정한다.

가장 많이 이용되는 검사법이다.

(다) 공진법

- 시험체의 두께에 따라 특정 주파수에서 초음파의 정상파가 생겨 공진하는 성질을 이용한 검사법이다.

시험체의 공진을 근거로 라미네이션을 검출할 수 있다.

 용접부 검사에 대한 정의와 종류를 아래와 같이 구분한다.

용접부 검사는 용접 전, 중, 후 검사와 함께 완성 검사로 구분한다.

1. 용접 검사의 정의

(1) 용접 전 검사

(가) 용접 설비의 용접 기기, 용접 지그, 보호 기구, 부속 기구 및 고정구의 적합성 검사

(나) 용착 금속의 성분과 성질, 모재와 결합한 이음부의 성질, 작업성 검사

(다) 모재의 화학적 조성, 물리적 성질, 기계적 성질, 열처리 상태 등 검사

(라) 홈 가공 상태, 루트 간격 및 홈 각도, 이음부의 청정 상태 등 검사

(마) 용접 시공에 따른 용접 조건, 용접봉 선정 및 건조 상태, 예열 처리 상태, 후열 처리 방법 등 검사

(사)용접사의 기량, 경험 등 확인

(2) 용접 중 검사 용접 중 비드의 각 층마다 비드 형상, 융합 상태, 용입 부족 등을 조사한다.

이밖 에 슬래그 섞임, 비드 파형, 크레이터의 처리, 가우징(밑면 따내기) 등도 용접 중 검사 대상이다.

검사는 외관 검사 또는 침투, 자기 와류, 방사선 투과 검사 등 가능한 방법을 사용한다.

용접 전류, 전압, 용접 속도, 용착 순서, 용접 순서, 용접 자세, 운봉법 등도 조사 대상이며,

필요에 따라서는 예열 온도와 층간 온도가 사전에 지정된 조건과 일치하는지도 살펴야 한다.

조사 결과 결함이 발견되면 즉시 보수 용접을 해야 한다 

3) 용접 후 검사 후열 처리 방법 및 상태, 변형 교정 등 용접 후에 추가된 작업도 검사 대상이다.

이때는 적당한 유지 시간, 가열과 냉각 속도, 기타의 작업 조건이 지정 조건대로 실시됐는지를 조사한다.

균열, 변형, 치수 등이 요구대로 반영됐는지 유무도 점검해야 한다.

(4) 완성 검사

용접 구조물의 완성 검사가 좁은 의미에서의 용접 검사다.

완성 검사는 용접부 또는 구조물 전체로서 결함 유무를 조사한다.

용접부를 파괴하는지 유무에 따라 비파괴 검사와 파괴 검사로 나뉜다.

검사는 용접부 전체에 집중해 실시된다.

중요한 건 구조물의 종류와 성능인데,

경우에 따라 전 용접에 대한 전반적인 검사를 하거나 결함이 발생하기 쉬운 곳을 골라서 하는 채취 검사에 그치기도 한다.

이 같은 검사 결과를 바탕으로 완성 여부를 판단한다.

부적격 시 보수 용접 후 재검사를 실시해 안전성과 신뢰성을 확 인한다.

2. 용접 검사법의 종류

용접부의 완성 검사에서 드러나는 결함은 치수상 결함, 구조상 결함, 성질상 결함 등이다.

검사는 육안 검사, 비파괴 검사, 파괴 검사로 구분된다.

(1) 파괴 검사 선박 건조에서 파괴 검사는 거의 사용되지 않는다. 간략히 정의하면 다음과 같다. 파괴 검사는 용접부를 파괴하여 검사한다. 종류는 다양한데 우선 인장, 압축, 굽힘. 비틀림 등 기계적 성질을 검사하는 기계적 성질 시험이 있다. 이어 화학적 성질 시 험, 조직 판독, 결정 입도, 비금속 개재물 측정 등 금속 조직 특성 시험이 있다.

(2) 비파괴 검사

비파괴 검사는 관능 시험이다.

외관 검사, 자분 탐상, 액체 침투, 초음파 탐상, 방사선 투과 시험 등의 종류가 있다.

(가) 외관 검사 외관의 좋고 나쁨을 검사하는 방식이다.

다층 용접의 경우 층마다 외관 검사를 해야 한다.

그리고 결함이 있는 경우 보수 용접을 한 뒤 다음 층으로 진행해야 한다.

용접에서 외관이 거칠고 나쁠 경우 내부까지 좋지 않을 가능성이 크다.

때문에 외관 검사는 간편하면서도 중요하다.

외관 검사로 비드 외관, 비드 폭 및 비드 높이, 용입, 언더컷, 오버랩, 언더필, 표면 균열 등을 체크할 수 있다.

외관 검사는 검사원의 눈을 통해서만 이뤄지 므로 다음과 같은 장단점이 있다.

(3) 용접 후 검사

후열 처리 방법 및 상태, 변형 교정 등 용접 후에 추가된 작업도 검사 대상이다.

이때는 적당한 유지 시간, 가열과 냉각 속도, 기타의 작업 조건이 지정 조건대로 실시됐는지를 조사한다.

균열, 변형, 치수 등이 요구대로 반영됐는지 유무도 점검해야 한다.

(4) 완성 검사

용접 구조물의 완성 검사가 좁은 의미에서의 용접 검사다.

완성 검사는 용접부 또는 구조물 전체로서 결함 유무를 조사한다.

용접부를 파괴하는지 유무에 따라 비파괴 검사와 파괴 검사로 나뉜다.

검사는 용접부 전체에 집중해 실시된다.

중요한 건 구조물의 종류와 성능인데, 경우에 따라 전 용접에 대한 전반적인 검사를 하거나 결함이 발생하기 쉬운 곳을 골라서 하는 채취 검사에 그치기도 한다.

이 같은 검사 결과를 바탕으로 완성 여 부를 판단한다.

부적격 시 보수 용접 후 재검사를 실시해 안전성과 신뢰성을 확인한다.

2. 용접 검사법의 종류

용접부의 완성 검사에서 드러나는 결함은 치수상 결함, 구조상 결함, 성질상 결함 등이다.

검사는 육안 검사, 비파괴 검사, 파괴 검사로 구분된다. 

1) 파괴 검사

선박 건조에서 파괴 검사는 거의 사용되지 않는다. 간략히 정의하면 다음과 같다.

파괴 검사는 용접부를 파괴하여 검사한다.

종류는 다양한데 우선 인장, 압축, 굽힘. 비틀림 등 기계적 성질을 검사하는 기계적 성질 시험이 있다.

화학적 성질 시험, 조직 판독, 결정 입도, 비금속 개재물 측정 등 금속 조직 특성 시험이 있다.

(2) 비파괴 검사

비파괴 검사는 관능 시험이다. 외관 검사, 자분 탐상, 액체 침투, 초음파 탐상, 방사선 투과 시험 등의 종류가 있다.

(가) 외관 검사 외관의 좋고 나쁨을 검사하는 방식이다. 다층 용접의 경우 층마다 외관 검사를 해야 한다.

그리고 결함이 있는 경우 보수 용접을 한 뒤 다음 층으로 진행해야 한다.

용접에서 외관이 거칠고 나쁠 경우 내부까지 좋지 않을 가능성이 크다.

때문에 외관 검사는 간편하면서도 중요하다.

외관 검사로 비드 외관, 비드 폭 및 비드 높이, 용입, 언더컷, 오버랩, 언더필, 표면 균열 등을 체크할 수 있다.

외관 검사는 검사원의 눈을 통해서만 이뤄지 므로 다음과 같은 장단점이 있다.

바) 후처리가 필수적이다.

사) 침투제가 오염되기 쉽다

 

(다) 초음파 검사(UT)

물체 속에 불연속부가 존재하면 전파 상태에 이상이 생기는 원리를 이용한 검사법이다.

파장이 짧은 음파(0.5~15 MHz)를 검사물 내부에 침투시켜 결함 또 는 불균일층의 존재를 파악한다.

초음파의 속도는 환경에 따라 다른데 공기 중에선 약 330m/sec, 물속에선 약 1,500m/ sec,

강에선 약 6,000m/sec이다. 공기와 강 사이에서 초음파는 반사되기 쉽다.

따라서 초음파를 강 중에 침투시키려면 수면이 매끈하여야 한다.

발진자와 강 표면 사이에 물, 기름, 글리세린 등을 넣어서 발진자를 강재 표면에 밀착시키면 초음파를 효과적으로 침투시킬 수 있다.

1) 특징

가) 내부 결함의 위치와 크기 탐지

나) 현장에서 신속한 합부 판정 가능

다) 두께에 영향 없음

라) 인체에 유해하지 않음

마) 숙련된 기술 요함

사) 기록이 남지 않음

아) 거의 모든 금속에 사용 가능

2) 종류

가) 투과법:

시험체 속에 초음파의 펄스 또는 연속파를 투과한다. 뒷면에서 이를 수신하여 결함으로 인한 초음파의 장해 및 쇠약 정도를 파악한다.

나) 펄스 반사법:

시험체의 한쪽 면으로부터 초음파의 펄스를 송신하고, 그 결함에서 반사되는 반사파의 형태로 결함을 판정한다. 가장 많이 이용된 는 검사법이다.

다) 공진법:

시험체의 두께에 따라 특정 주파수에서 초음파의 정상파가 생겨 공진하는 성질을 이용한 검사법이다.

시험체의 공진을 근거로 라미네이션을 검출할 수 있다

3) 장점

가) 감도가 높아 미세한 결함도 찾아낼 수 있다.

나) 초음파의 투과 능력이 우수해 두꺼운 시험체도 검사할 수 있다.

다) 결함의 위치와 크기를 비교적 정확히 알 수 있다.

라) 탐상 결과를 즉시 알 수 있다. 또한 자동 탐상이 가능하다.

마) 시험체의 한 면에서도 검사가 가능하다.

4) 단점

가) 결함 부위의 길이는 알 수 없으며, 표면의 요철이 심하거나 얇은 것은 검 출이 곤란하다.

나) 시험체의 조건에 큰 영향을 받는다. 표면 거칠기, 형상의 복잡함 등으로 탐상이 불가능한 경우가 있다.

다) 검사 시험체의 내부 조직의 구조 및 결정 입자가 조대하든가 전체가 다공 성일 경우는 정량적인 평가가 어렵다.

 변형에 대해 교정을 집중한다.

용접 작업에서 구조물의 변형 방지는 중요하지만, 매우 어려운 일이다.

변형이 발생하면 이를 교정하는데 많은 비용과 시간이 든다.

그러므로 사전에 변형 발생을 줄이는 게 효과적이다.

변형을 줄이려고 구속력을 크게 하면 잔류 응력이 커져서 용접 균열이 발생하기 쉽다.

1. 변형을 줄이는 방법은 다음과 같다.

(1) 전공급 열량을 가능한 한 줄인다.

(2) 열량을 1곳에 집중시키지 않는다.

(3) 처짐 변형 방지에 주의한다.

2. 용접 후 생기는 변형에 대한 교정 방법은 다음과 같다.

(1) 박판에 대한 점 수축법

(2) 형재에 대한 직선 수축법

(3) 가열 후 해머질로 변형 교정

(4) 후판 가열 후 압력 가한 뒤 수냉법

(5) 롤러에 의한 롤링법

(6) 절단해 정형 후 재용접법

(7) 피닝법 사용

 결함부의 보수를 점검한다.

용접부 검사를 통해 결함 발견 시 보수 방법은 다음과 같다.

1. 기공 또는 슬랙 섞임이 있을 때는 그 부분을 깎아내고 재용접한다.

2. 언더컷: 가는 용접봉을 사용하여 파인 부분을 용접한다. 3. 오버랩: 덮인 일부분을 깎아내고 재용접한다.

4. 균열: 균열 끝에 정지 구멍을 뚫고 균열부를 깎아낸 후 홈을 만들어 재용접한다

 알루미늄 TIG 용접기 관리하기

 용접기 관리

용접 기기는 용접 제품 품질 향상과 작업자의 안전을 위해 관리가 중요하다.

이는 작업 과정뿐만 아니라 작업 후에도 마찬가지다.

용접 기기의 관리 부실은 제품 품질 이상에 그치지 않고 사고를 유발해 작업자의 안전을 위협할 수도 있다.

이 경우 인적, 물적 손 해로 이어진다. 용접기는 각 기기의 매뉴얼에 따라 관리돼야 한다.

용접기 상태는 작업 중에 나타나는 현상으로도 파악할 수 있다.

때문에 작업 중 목격된 는 현상으로 문제를 파악하고 해결할 수 있는 능력이 필요하다.

1. 용접기 전원 상태 점검 용접기를 장시간 사용할 경우, 열에 의한 열화, 오손에 의한 열화, 진동에 의한 소모, 변형, 흡습, 부식 등의 현상이 나타난다.

이때 필요한 것이 용접기의 점검이다.

점검이 제대로 이뤄지면 용접기의 성능 저하나 고장, 또는 안전사고 예방에 중요한 역할을 하게 된다.

 보호가스 관리

용접 작업에 사용되는 보호 가스도 중요한 점검 항목이다. 점검, 관리는 다음과 같다.

1. 용기로 유입된 가스의 누수 여부를 주기적으로 체크한다.

2. 보호 가스는 수분 및 산소 함량이 100ppm 이하가 되도록 관리한다.

3. 가스 용기의 잔압은 5kgf/cm2 정도가 돼야 한다.

잔압이 ‘0’되면 용기 내로 공기가 들어가 오염을 일으켜 재충전된 가스의 품질을 보장할 수 없게 된다.

4. 보호가스의 순도는 99.995% 이상이어야 한다.

 전기 시설 정리 정돈 전기 설비는 환경이나 사용 조건에 따라 내용과 조도가 다르다.

만약 분진, 유해가스, 염해 등의 영향을 받으면 기기류의 절연 저하와 방열 효과의 감소 등 부작용이 불가 피하다.

애자의 관리 부실 시 프러시 오버의 원인이 되고, 개폐 장치의 경우는 접촉 불량에 의한 소손 사고로 어어질 수 있다.

고압 케이블의 단말부는 낙뢰 및 비·눈이 겹쳐 중대 사고가 발생하기도 한다.

이 같은 문제는 전압이 높은 수변전 설비에서 많이 나타난다.

특히 애자, 기타의 절연물의 균열과 손상은 청소 후 점검 과정에서 주로 발견되는 것이 현실이다.

따라서 오손에 의한 기기류의 조기 열화와 사고 발생을 방지하기 위해선 수변전 설비를 중심으로 한 청소가 중요하다.

청소 시기는 일반적인 환경과 조건에선 연 1회, 특수한 곳은 그 오손 상황에 따라 여러 번 할 필요가 있다.

 

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알루미늄 레저 선박 생산 공정 Part.7 알루미늄 TIG 용접 (2)  

전반적인 생산 공정 알루미늄 TIG 용접 (2) 마무리와 용접검사에 관해서  알아보았습니다.

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출처 
「알루미늄선박의 건조 단위공정별 작업표준에 대한 고찰 - 강병재 (2005)」

 「알루미늄합금제 연안소형어선의 설계 및 건조공법 연구 - 구현모 외 2명(2007).」
『Journal of the Korea Ship Safety Technology Authority』.