용접 접합은 고력 볼트와 함께 철골공사에서 가장 많이 쓰이는 접합방법으로 접합하고자 하는 두 개 이상의 철 부재의 접합부분을 용융 시켜 접합하는 방법이다. 용접 접합은 다른 접합에 비하여 강재가 절약되고 단면처리 및 이음이 쉽고 응력전달이 확실한 장점이 있다. 그리고 의장적으로 미려하고 공사비가 상대적으로 싼 편이며 부재가 두꺼워도 가능한 접합방법이다.
그러나 용접공의 숙련도에 따라 품질이 좌우되고 검사 및 확인방법이 상대적으로 불확실 하며, 열변형이 있을 수 있는 단점이 있다.
용접 접합의 종류(철골공사 주요공법)
- 가스압접 : 주로 철근의 이음에 활용되는 접합방법으로 용접하고자 하는 2개의 철근을 산소아세털렌 불로 가열하고 적당한 온도에서 두 철근을 가입하여 압착 시키는 방법이며, 철골공사에는 많이 쓰이지 않는다.
- CO2 아크용접 : 플럭스라고 불리는 피복제를 사용하여 모재 사이에 아크를 발생시켜 모재와 용접봉을 녹여 접합하는 방법으로 용접 시 CO2를 뿌려 줌으로써 금속의 변집을 방지하는 방법이다.
- 서브머지드 아크용접 : CO2 아크용접이 반자동임에 반해, 용접봉의 주입과 용접을 위한 이동을 자동화한 장비로서 용접작업 시 아크가 보이지 않아 작업능률이 높고 용융 모재가 대기와 접촉하는 것을 차단하여 용접되는 방식으로 철골공장제작에서 많이 활용되는 방식이다.
- 일렉트로 슬래그용접 : 두꺼운 강판을 용접하는데 사용되는 용접법으로, 판재를 2~3cm 간격으로 놓고 양 옆에 물로 냉각되는 동판을 붙여 녹은 쇳물이나 슬래그가 새어나가지 않게 한 후 부재사이에 용접봉의 녹은 쇳물을 투입하면서 수직으로 용접하는 방식이다.
- 스터드용접 : 주로 철골보와 콘크리트 바닥판을 일체화하기 위한 앵커 철물 용접에 사용되며, 데크플레이트 이음 사이 철골보에 용접하거나 데크플레이트를 관통하여 철골보에 용접하기도 한다.
- 가우징 : 접합공법은 아니나 용접에서 빈번히 발생하는 용접 접합 오류를 수정하기 위하여 사용되는 방법으로, 탄소와 흑연으로 된 장치를 사용하여 모재 사이에 발생하는 아크의 고온 열로 모재를 순간적으로 녹이고, 동시에 압축공기의 강한 바람으로 용해된 금속을 불어내는 방식이다.
용접이음방법
- 맞댐 용접 : 맞댐 용접은 접합재를 동일평면으로 유지하여 그 끝을 적당한 모양이나 각도로 개선하여 용접살을 개선부에 채워 넣는 용접방식이다.
- 모살 용접 : 부재의 끝을 개선하거나 가공하지 않고 부재와 부재가 교차하는 선을 따라 삼각형 모양으로 용접살을 덧붙여서 용접하는 방식으로 모재를 가공하지 않고 용접이 가능하여 철골부재 공장제작에서 많이 쓰이는 공법이다.
용접작업의 시공 시 유의사항
용접재료관리
- 모든 용접재료는 용접봉 건조로가 비치된 용접재료 관리창고에서 저장, 건조 불출 관리하며, 각 용접재료는 종류별 용접봉 건조표준에 따라 건조 후 불출 시켜야 하며, 사용 시에는 이동식 건조로에 보관하여 사용하는지 확인한다.
- 건조 후 불출 된 용접봉이 대기중에 4시간 이상 노출된 것은 사용할 수 없으며, 이러한 용접봉 재건조 표준에 따라 재건조 시킨 후 사용하는지를 확인한다.
- 용접 이음 될 부재의 면 또는 모서리 쪽은 절단, 가우징, 그라인딩 등으로 가공되어야 하며, 용접에 유해한 오일, 그리스, 녹 등을 제거하여 작업을 하는지를 확인한다.
용접 기후조건 및 예열온도
- 기온이 0℃ 이하의 경우는 용접해서는 안 되며, 용접 시는 용접접합부 10mm 범위의 모재부분을 30℃ 이상으로 가열하여 행하는지를 확인한다.
- 용접이음될 부재의 표면이 눈 또는 비로 젖었을 때나 심한 바람이 불 때는 적절히 보호막이 설치되지 않는 한 옥외작업은 행해서는 안 된다.
- 예열 및 층간온도를 감지할 수 있는 crayons 나 수치를 읽을 수 있는 접촉식 온도 측정기를 사용하여 체크해야 한다.
- 도면이나 시방서에 특별히 명시되지 않는 한 최소 예열은 예열온도의 표준사항에 따른다.
용접 전 준비
- 제작도면을 잘 이해하고 작업내용을 충분히 검토한다.
- 용접전류, 용접순서, 용접조건 등을 확인한다.
- 용접부위는 이물질(녹, 기름, 먼지, 수분 등)을 완전히 제거한 후 용접한다.
- 용접사는 반드시 용접사 자격시험에 합격한 경우에 한하며, 자격시험을 AWS D1.1 또는 KSB 0885 용접기술 검정에 있어서 시험방법 및 판정기준의 규정된 절차를 다르는지를 확인하며, 국가자격을 취득한 용접사는 자격시험을 생략한다.
용접 작업시 유의사항
- 용접작업방법과 순서는 변형과 잔류응력을 최소화되도록 용접절차 시방서에 따라 실시하는지를 확인한다.
- 용접 중 또는 용접 시작 전에 가용접의 균열이 발생한 경우는 그 부분을 완전히 제거한 다음 본 용접을 실시하는지를 확인한다.
- 모재의 두께가 두꺼워 다층용접을 할경우 용접변형을 방지하기 위하여 재편의 앞뒤를 번갈아 가며 용접하며, 각 용접층을 완료시킨 후 슬래그를 제거하고 그 다음 용접층이 형성되도록 하는지를 확인한다.
- 최종 개선면은 와이어 브러시 등을 이용하여 슬래그나 스패터를 깨끗이 제거해야 한다.
- 모재에는 충격을 일으키지 않아야 하며, 빈번한 용접 중 중단이나 과도한 상하 움직임을 삼가고 용접거리는 가능하면 사용 용접봉 직경 이내로 유지해야 한다.
- 서브머지드 아크응점 시 길이방향의 용접에는 용접 시작과 마지막 부분에 용접완료 후 제거 가능한 엔드탭을 사용하여 작업하는 지를 확인한다.
용접의 결함
용접결함의 종류
- 크랙(crack) : 용접 후에 급랭될 경우 생기는 균열
- 블로홀(blow hole) : 녹은 금속이 응고할 때 방출가스가 남아서 생긴 구멍
- 슬래그(slag) 감싸돌기 : 용접봉의 피복재 심선과 모재가 변하여 생긴 슬래그가 용착되어 금속 내에 혼입되는 현상
- 언더컷(under cut) : 용입불량 등의 원인으로 모재가 녹아 용착금속이 채워지지 않고 홈으로 남는 부
- 오버랩(overlap) : 용착금속과 모재가 융합되지 않고 단순히 겹쳐지는 것
- 크레이터(crater) : 용접 끝단에 항아리 모양으로 오목하게 파인 모양의 결함
- 용입 불량 : 용입깊이가 부족하거나 부재와의 융합이 불량한 결함
- 피트(pit) : 작은 구멍이 용접부 표면에 생기는 결함
용접결함의 원인과 방지대책
- 전류의 높낮이가 고르지 않을 경우 결함발생이 많으므로 과전류 방지기를 설치
- 용접속도가 일정하지 않거나 용접공의 기량이 미숙할 경우 결함 가능성이 높으므로 용입 불량이 생기지 않도록 적정속도를 유지하고 철저한 용접사는 용접기능시험을 실시하여 선발한다.
- 용접봉의 관리 및 보관이 불량하거나 용접부위가 청결하지 않을 경우 결함이 발생되기 쉬우므로 건조한 상태에서 청소상태를 검사하여 품질을 유지한다.
- 변형이 생기지 않도록 용접부위를 예열하고 용접방법 및 순서를 지켜 수행한다.
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