SMAW 용접 결함 문제 해결: 기공, 슬래그 혼입 및 균열 수정

용접 과정에서 슬래그를 깎아내다가 용접 비드에 미세한 구멍이나 실금 같은 균열이 보이는 것을 발견한 적이 있다면, SMAW 결함이 얼마나 골치 아픈지 잘 아실 겁니다. 방금 전까지만 해도 용접이 완벽해 보였는데, 다음 순간에는 전부 갈아내야 하는 상황이 벌어지기도 하죠.

스틱 용접(SMAW)은 견고하고 다용도이며 야외 작업에 이상적입니다. 하지만 수동 용접 방식이고 바람이 많이 불거나 춥거나 먼지가 많은 환경에서 작업이 이루어지는 경우가 많기 때문에 설정이나 기술의 작은 변화도 결함으로 이어질 수 있습니다.

이 가이드에서는 SMAW 용접 결함이 발생하는 원인, 신속한 진단 방법, 그리고 기공, 슬래그 혼입, 균열을 해결하기 위해 조정할 수 있는 사항에 대해 설명합니다. 또한 이러한 문제가 발생하기 전에 예방하는 실질적인 방법도 단계별로 살펴보겠습니다. 하나씩 자세히 알아보겠습니다.

SMAW 용접 결함은 왜 발생하는가?

SMAW 결함은 거의 항상 열 제어, 오염 또는 수소 관리 문제로 귀결됩니다.

스틱 용접은 수동 방식이기 때문에 전류, 아크 길이, 용접 속도, 전극 각도를 실시간으로 조절해야 합니다. 아주 작은 변화라도 용입 깊이, 보호막 형성, 냉각 속도에 영향을 미칩니다. 따라서 용접 결과는 예측 가능합니다. 만약 문제가 발생한다면, 설정이나 조건이 변경된 것입니다.

전류량이 낮으면 용접이 제대로 되지 않는 경우가 많습니다. 반대로 전류량이 과도하면 스패터가 늘어나고 균열 위험이 높아집니다. 용접봉 선택 또한 많은 용접공들이 생각하는 것보다 훨씬 중요합니다. 

E6013 용접봉은 저수소 E7018 용접봉과 용접 침투 깊이 및 슬래그 특성에서 매우 다른 양상을 보입니다. 아크가 길어지면 보호막이 약해지고 기공 발생 가능성이 높아집니다. 표면의 녹, 기름, 페인트 또는 습기는 용접 풀에 가스를 유입시킵니다. 또한 습기가 있는 전극은 수소를 유입시키는데, 이는 몇 시간 후에 지연 균열로 나타날 수 있습니다.

용접 품질이 떨어지는 경우는 드물게 무작위적인 현상입니다. 용접 부위가 어떤 요인에 반응하는 것입니다.

빠른 진단: SMAW 용접에 무슨 문제가 있나요?

모든 걸 다 해내기 전에 먼저 증상을 파악하세요.

다음은 빠른 참조용 정보입니다.

• 비드에 작은 구멍이 보이면 습기, 오염 또는 불안정한 아크 길이로 인한 다공성 문제일 가능성이 높습니다.
• 슬래그가 패스 사이에 분리되지 않는 경우: 낮은 열량, 부적절한 각도 또는 빠른 이송 속도로 인해 슬래그 혼입이 발생했을 가능성이 높습니다.
• 냉각 후 균열이 나타나는 경우: 수소로 인한 균열이나 과도한 냉각 응력이 발생했을 수 있습니다.
• 용접 부위가 차갑고 표면이 솟아오른 것처럼 보인다면, 이는 낮은 전류량이나 부적절한 용접 기술로 인해 용접 부위가 제대로 융합되지 않았음을 시사합니다.

이제 각 결함에 대해 더 자세히 살펴보겠습니다.

SMAW 용접부의 기공 문제를 어떻게 해결할 수 있을까요?

다공성 개요

기공은 용접 금속 내부에 갇힌 가스입니다. 표면의 미세한 구멍이나 내부의 빈 공간으로 나타납니다.

수소, 질소 또는 산소와 같은 기체가 용융된 금속이 굳기 전에 빠져나가지 못할 때 형성됩니다.

다공성의 근본 원인

가장 일반적인 원인은 다음과 같습니다.

• 습기가 있는 전극: 습기가 있는 전극봉이 연소될 때 수소 가스가 발생합니다.
• 오염된 표면: 기름, 녹, 페인트 또는 습기가 가스를 발생시킵니다.
• 과도한 아크 길이: 차폐 범위가 약함.
• 전류량 오류: 불안정한 아크로 인해 가스가 갇힙니다.
• 급속 냉각: 가스가 빠져나갈 시간이 없습니다.

E7018과 같은 저수소 봉은 이러한 위험을 줄여주지만, 봉 보관 오븐(일반적으로 250~300°F의 유지 온도)에 적절하게 보관했을 때만 효과가 있습니다.

시정 조치

다음 단계를 수행하십시오 :

• 바탕 금속을 철저히 청소하십시오: 그라인더나 와이어 브러시를 사용하십시오.
• 전극은 건조한 환경에 보관하십시오: 저수소 전극봉은 가열 상태를 유지하십시오.
• 짧고 안정적인 호 길이를 유지하십시오: 긴 호를 피하십시오.
• 올바른 전류량을 설정하십시오. 예를 들어, 3.2mm E7018은 일반적으로 90~130암페어 정도입니다(제조업체 사양을 확인하십시오).
• 주행 속도 조절: 가스가 빠져나갈 시간을 주세요.

새롭고 건조한 용접봉으로 교체했더니 문제가 해결된 경험이 있다면, 습기가 용접 품질에 어떤 영향을 미치는지 이미 알고 계신 것입니다.

SMAW 용접에서 슬래그 개재물이 발생하는 이유는 무엇일까요?

슬래그 혼입 정의

슬래그 개재는 용접 금속 내부 또는 용접 패스 사이에 갇힌 비금속 잔류물을 말합니다. 

용접 중 슬래그는 용융 풀을 보호하는 중요한 역할을 하지만, 다음 패스 전에 완전히 분리되어 제거되어야 합니다. 슬래그가 남아 있으면 접합부에 약점이 생겨 강도와 피로 저항성이 저하됩니다.

슬래그 혼입의 일반적인 원인

슬래그 혼입은 일반적으로 다음과 같은 원인으로 발생합니다.

• 층간 청소 불량: 층 사이에 슬래그가 남아 있음.
• 용접 전류가 낮으면 열이 부족하여 슬래그 분리가 제대로 되지 않습니다.
• 전극 각도가 잘못됨: 슬래그가 위로 떠오르지 않음.
• 빠른 이동 속도: 슬래그가 상승하기 전에 갇힙니다.
• 견고한 접합 설계: 탈출구 없음.

슬래그 혼입물에 대한 시정 조치

• 각 공정 사이에 슬래그를 완전히 제거하십시오: 치핑 해머와 와이어 브러시를 사용하십시오.
• 필요에 따라 온도를 약간 높이세요: 제대로 융합되도록 하세요.
• 전극 각도 조정: 낚싯대 종류에 따라 적절한 드래그 또는 푸시 기법을 유지하십시오.
• 이동 속도를 늦추십시오: 슬래그가 위로 올라오도록 하십시오.
• 관절 준비 개선: 접근성을 높이기 위해 홈 각도를 넓히십시오.

용접부 끝부분에 슬래그가 지속적으로 끼어 있다면, 먼저 용접 각도를 확인하십시오.

SMAW 용접에서 균열이 발생하는 이유는 무엇일까요?

용접 균열의 종류

용접 균열은 용접 금속 자체 또는 주변 열영향부(HAZ)에 발생하는 파손입니다. 기공이나 슬래그 혼입과는 달리, 균열은 접합부에 명확한 분리를 만들어 구조적 건전성을 직접적으로 위협합니다.

균열은 일반적으로 다음과 같은 형태로 나타납니다.

• 고온 균열 (응고 과정 중)
• 냉각 후 발생하는 균열
• 크레이터 균열(용접부 끝단)

 균열 발생의 주요 원인

균열은 일반적으로 다음과 같은 원인으로 발생합니다.

• 높은 냉각 속도: 급속 냉각은 내부 스트레스를 증가시킵니다.
• 수소 오염: 습기는 수소를 유입시킵니다.
• 과도한 열 입력: 구조물을 취약하게 만듭니다.
• 관절 설계 불량: 수축을 제한합니다.
• 예열 부족: 차가운 금속 표면은 열 충격을 증가시킵니다.

수소 유발 균열은 고강도 강철에서 특히 흔하게 발생합니다.

예방 및 시정 조치

• 금속 바탕면을 예열하십시오: 두께와 재질에 따라 다릅니다(두꺼운 부분의 경우 보통 150~250°F).
• 수소 함량이 낮은 전극(예: E7018)을 사용하십시오.
• 열 입력량을 신중하게 조절하십시오: 과도한 전류를 피하십시오.
• 크레이터를 제대로 메우십시오: 용접 끝부분에 크레이터 균열이 남지 않도록 하십시오.
• 필요한 경우 용접 후 열처리를 실시하여 잔류 응력을 줄이십시오.

용접 후 몇 시간 만에 균열이 생기는 경우가 흔하므로 용접 부위가 식은 후 다시 검사하십시오.

결함이 발생했을 때 무엇을 먼저 확인해야 할까요?

용접이 잘못되었을 때 모든 것을 한꺼번에 조정하지 마십시오. 다음 단계를 순서대로 진행하고 한 번에 하나의 변수만 변경하십시오.

1. 표면 청결 상태를 점검하십시오:
   녹, 기름, 페인트, 밀 스케일 및 습기를 완전히 제거하십시오. 가벼운 오염이라도 용접 풀에 가스를 유입시켜 기공을 유발할 수 있습니다.
   
2. 전극 종류 및 보관 방법을 확인하십시오:
   용접봉이 재질 및 용도에 적합한지 확인하십시오. E7018과 같은 저수소 용접봉은 건조한 상태로 유지해야 합니다. 습기가 있는 용접봉은 지연 균열의 일반적인 원인입니다.
   
3. 전류 설정값을 확인하십시오:
   전극 크기에 맞는 제조사 권장 전류 범위를 확인하십시오. 전류가 낮으면 용융이 줄어들고, 전류가 과도하면 비산이 증가하고 취성이 커집니다.
   
4. 호의 길이를 평가합니다:
   짧고 일정한 아크를 유지하십시오. 아크가 길어지면 차폐 효과가 약해지고 불안정성이 증가합니다.
   
5. 이동 속도 조절:
   용융이 제대로 되고 슬래그가 분리될 수 있도록 충분히 천천히 움직여야 하지만, 과도한 열이 축적될 정도로 너무 느리게 움직여서는 안 됩니다.
   
6. 공동 설계 및 준비 검토:
   홈 각도가 패스 사이사이에 적절한 접근과 청소를 가능하게 하는지 확인하십시오. 틈새가 좁으면 슬래그가 끼기 쉽습니다.
   
7. 환경 조건 평가:
   용접 부위를 바람, 습기, 극심한 추위로부터 보호하십시오. 이러한 요소들은 보호막 형성 및 냉각 속도에 영향을 미칩니다.
   

대부분의 SMAW 결함은 이 7가지 점검 사항 중 하나에서 비롯됩니다. 이 점검 사항들을 순서대로 따르면 추측에 의존하는 것이 아니라 체계적으로 문제를 해결할 수 있습니다.

장기적으로 결함을 줄이려면 어떻게 해야 할까요?

결함을 예방하는 것이 결함을 수리하는 것보다 쉽습니다. 기본 사항이 일관되게 유지되면 기공, 슬래그 혼입 및 균열 발생 빈도가 훨씬 줄어듭니다.

1. 적절한 기본 재료를 선택하십시오: 저탄소강은 일반적으로 고강도 합금보다 다루기 쉽습니다. 두껍거나 고강도 재료를 사용할 때는 냉각 속도와 수소 함량을 더욱 세심하게 제어해야 합니다.
2. 전극을 올바르게 보관하십시오: 저수소 전극봉은 항상 건조한 상태로 유지하십시오. 습도 조절은 균열 위험을 줄이는 가장 효과적인 방법 중 하나입니다.
3. 안정적인 용접 기술 유지: 아크 길이와 이송 속도를 일정하게 유지하십시오. 대부분의 결함은 피로 또는 시간적 압박으로 인해 용접 기술이 불안정해질 때 발생합니다.
4. 과도한 열 입력을 피하십시오: 과도한 용접은 변형과 잔류 응력을 증가시킵니다. 용접 깊이와 제어된 열 사이의 균형을 유지하십시오.
5. 접합부를 신중하게 준비하십시오: 적절한 홈 각도와 철저한 층간 청소는 슬래그 혼입 및 불완전 용융을 방지합니다.
6. 작업 구역 보호: 실외 용접부는 바람과 습기로부터 보호하십시오. 환경 노출은 차폐 및 냉각 성능에 직접적인 영향을 미칩니다.

스틱 용접은 규율을 잘 지키면 좋은 결과를 얻을 수 있습니다. 준비 과정과 일관성을 조금만 개선해도 대부분의 결함을 사전에 예방할 수 있습니다.

결론: SMAW 용접 품질 마스터하기

SMAW 용접 결함의 대부분은 열 제어, 청결도, 수소 관리라는 세 가지 기본 요소에서 비롯됩니다. 이 중 하나라도 어긋나면 용접부는 즉시 반응합니다.

기공은 종종 오염을 나타냅니다. 슬래그 혼입은 일반적으로 열처리 또는 제조 기술과 관련이 있습니다. 균열은 특히 두껍거나 강도가 높은 재료에서 냉각 속도 및 수소 제어와 관련이 있습니다. 결함의 형태는 다를 수 있지만 근본적인 원인은 드물게 무작위적입니다.

문제 해결에는 체계적인 접근 방식을 취하고 한 번에 하나의 변수만 조정하십시오. 기본 사항을 제대로 관리하면 용접 결과는 예측 가능해집니다.

기본기를 탄탄히 익히고 꾸준함을 유지하면, 결함 없는 용접이 예외가 아닌 표준이 될 것입니다.

SMAW 용접 결함에 대한 자주 묻는 질문