용접 언더컷 101: 정의, 원인 및 해결 방법

언더커팅이 일반적이다 용접 결함 용접 구조물의 강도와 안정성을 약화시키는 용접.

그렇다면 용접에서 언더커팅은 어떻게 발생하는 걸까요? 실제로는 여러 가지 이유가 있습니다. 용접 전류나 속도를 부적절하게 조정했거나, 전극 각도나 크기를 잘못 선택했거나, 보호 가스를 부적절하게 사용했기 때문일 수 있습니다. 이러한 문제는 모두 용접 공정을 방해하고 언더컷으로 이어질 수 있습니다.

용접시 언더커팅은 어떻게 처리해야 하나요? 이번 글에서는 용접 시 언더커팅이 발생하는 원인과 위험, 대책에 대해 숙련된 용접 전문가와 초보자 모두를 위해 자세히 설명합니다.

용접에서 언더컷이란 무엇입니까?

용접 언더컷은 용접 조인트의 가장자리를 따라 형성된 바람직하지 않은 홈 또는 함몰부로, 모재는 녹았지만 용가재로 완전히 채워지지 않았습니다. 이는 일반적으로 용접 비드의 한쪽 또는 양쪽에 노치 또는 움푹 들어간 부분으로 나타납니다. 언더컷의 깊이와 폭은 다양할 수 있지만 일반적으로 용접부에 인접한 모재까지 확장됩니다.

과도한 언더컷은 용접 조인트의 강도를 약화시키고 언더컷에 응력 집중을 발생시켜 잠재적으로 구조적 손상을 초래할 수 있습니다. 특히 저합금 고강도강 용접의 경우 언더컷의 모서리 구조가 경화되어 균열이 발생할 가능성이 높습니다.

용접 바닥 절단의 시각적 예는 아래 다이어그램을 참조하십시오.

용접 언더컷의 종류

용접 이음매의 상단과 하단에 있는 언더컷의 위치에 따라 외부 언더컷(홈 개구부가 더 큰 쪽)과 내부 언더컷(홈 바닥 쪽)으로 나눌 수 있습니다.

외부 언더컷

외부 언더컷은 일반적으로 베벨의 더 큰 개구부 쪽, 즉 용접 이음새의 외부 표면에서 발생합니다. 주요 특징은 용접 이음새의 가장자리나 발가락 부분에 눈에 띄는 홈이나 함몰이 있다는 것입니다. 외부 언더컷의 형성은 용접 공정 중 용접 풀의 흐름, 용접 속도, 용접 각도 및 용접 전류와 같은 요인과 관련이 있는 경우가 많습니다.

용접 중 용접 풀이 베벨을 적절하게 채우지 못하거나 냉각 중에 용융된 금속이 적절하게 수축하지 않는 경우, 외부 언더컷으로 알려진 용접 이음새 가장자리에 홈이나 함몰이 형성될 수 있습니다.

외부 언더컷은 용접 이음새의 구조적 강도를 약화시킬 뿐만 아니라 응력 집중 영역이 되어 사용 중 용접 접합부의 파손 위험을 증가시킬 수 있습니다.

내부 언더컷

내부 언더컷은 베벨 바닥면, 용접 이음매 내부, 용접 금속과 모재의 접합부에서 발생합니다. 내부 언더컷의 형성은 일반적으로 용접 공정 중 베벨 바닥에 있는 용접 풀의 고르지 못한 흐름과 응고로 인해 발생합니다.

두꺼운 판을 용접하거나 다중 패스 용접 공정을 사용하는 경우 베벨 바닥의 용접 풀 흐름이 제한되거나 용접 매개변수의 부적절한 제어로 인해 내부 언더컷이 발생할 수 있습니다. 내부 언더컷은 용접 이음매 내에 숨겨져 육안 검사를 통해 직접 발견하기 어렵기 때문에 식별 및 평가를 위해서는 방사선 사진 테스트, 초음파 테스트 등의 비파괴 테스트 방법이 필요합니다.

내부 언더컷의 존재도 마찬가지로 용접 이음새의 성능에 부정적인 영향을 미쳐 용접 접합부의 내하중 용량과 내식성을 감소시킵니다.

다음 그림은 외부 언더컷과 내부 언더컷에 대한 전기 이미지의 예를 보여줍니다.

외부 및 내부 언더컷 외에도 용접 언더컷 유형은 예제 다이어그램에 표시된 것처럼 다음 유형으로 나눌 수 있습니다.

용접 언더컷이 부품 성능에 미치는 영향

정적 하중 하에서

• 부품의 소성 상태: 언더커팅은 접합부의 단면적을 줄이고 국부적 응력을 증가시킵니다. 언더커팅이 적용된 응력과 평행하고 소성 상태인 경우 접합 성능에 큰 영향을 미치지 않습니다.
• 부품의 취성 상태: 언더컷이 있으면 취성 파손 위험이 증가하며, 고강도 재료나 벽이 두꺼운 용접물의 허용 언더컷 값은 매우 낮습니다.

동적 하중 하에서

• 날카로운 용접 토우 홈이 단면에 침투하여 미세 균열이 전파됩니다. 원형 홈은 표면에 미세 균열이 나타나지 않습니다.
• 언더컷 깊이와 피로 강도의 관계: 언더컷이 깊을수록 피로 강도가 더 크게 감소합니다.

부식

• 부식성 환경의 언더컷 또는 용접 토우 홈은 부식 생성물의 축적으로 인해 국부적 부식을 가속화합니다.
  습한 환경에서의 언더컷이나 야금 잔여물이 포함된 경우 더 큰 위험이 따릅니다.
• 이러한 요소는 특히 다양한 하중 조건과 부식성 환경에서 용접 부품의 구조적 무결성과 성능을 유지하기 위해 언더컷을 최소화하는 것이 중요하다는 점을 강조합니다.

용접 언더커팅의 근본 원인

언더커팅은 여러 요인으로 인해 발생할 수 있습니다. 언더컷은 과도한 열, 빠른 이동 속도, 부적절한 전극/필러 크기 또는 부적절한 접합 준비로 인해 발생합니다. 몇 가지 일반적인 원인은 다음과 같습니다.

충진재 부족

여러 가지 요인으로 인해 필러 금속 증착이 불충분해질 수 있습니다. 작은 전극 크기를 사용하면 용접에 사용할 수 있는 필러 금속의 양이 제한됩니다. 전극이 용접 토치에서 너무 멀리 튀어나오는 부적절한 전극 연장도 용가재 전달 효율성을 감소시킬 수 있습니다. 또한 가파른 전극 각도로 인해 용가재가 용접 비드 가장자리에서 멀어지게 되어 언더컷이 발생할 수 있습니다.

과도한 전류

과도한 용접 전류로 인해 조인트 가장자리가 녹아 용접 풀로 유입되어 용접 길이를 따라 배수 채널과 유사한 자국이 남을 수 있습니다. 또한 과도한 전류는 용접 이음새의 양쪽에서 언더컷, 루트 과열, 번스루 및 기타 문제를 일으킬 수 있습니다. 특히 용접 비드가 루트에 형성될 수 있는 평면, 수직 및 수평 용접 위치에서 그렇습니다. 오버헤드 용접 위치에서는 루트가 오목하게 나타날 수 있습니다.

용접 느린 속도

느린 속도로 용접하면 용접 풀이 진행되기 전에 조인트 가장자리가 과도하게 녹을 수 있습니다. 가장자리가 과도하게 녹아서 용접 풀로 배출되면 언더컷 결함이 발생할 수 있습니다.

부적절한 용접 기술

용접 훈련 및 교육에서는 생산 할당량 충족을 강조하기 때문에 많은 작업자가 더 높은 전류를 선호하는 경향이 있습니다. 그러나 지나치게 높은 전류를 사용하면 모재의 용융이 가속화되고 용접 풀의 크기가 커지며 용접봉의 용융 금속이 모재 가장자리의 용융으로 형성된 홈을 적절하게 채우는 것을 방해할 수 있습니다. 결과적으로 용접 비드의 폭이 충분해지며 언더컷이 발생합니다.

잘못된 충전재

용접 용도에 잘못된 용가재를 사용하면 용접 중심과 가장자리 사이에 더 큰 온도 구배가 발생할 수 있습니다. 이렇게 고르지 않게 가열되면 가장자리가 과도하게 녹아 용접 풀로 배수되어 언더컷이 발생할 수 있습니다.

용접 기술이 부족함

초보 용접공은 접합부의 언더컷을 제거하는 데 어려움을 겪을 수 있습니다. 일관되지 않은 아크 움직임은 모재 금속의 고르지 못한 가열 및 용융으로 이어질 수 있습니다. 용접봉이 특정 패턴으로 이동하여 용가재를 분산시키는 부적절한 직조로 인해 용접 비드 가장자리를 따라 적용 범위가 부적절해질 수 있습니다. 전극 끝부분과 모재 사이의 거리인 아크 길이가 너무 길면 열 전달 효율이 떨어지고 용가재의 침투에 영향을 미칠 수 있습니다. 용접 토치가 접합부를 따라 이동하는 속도인 느린 이동 속도로 인해 아크가 한 영역에 너무 오래 머물게 되어 과도한 모재가 녹아 잠재적으로 언더컷이 발생할 수 있습니다.

열 입력

특히 높은 용접 전류와 빠른 용접 속도를 사용할 때 과도한 열 입력은 융합 라인 영역의 재료를 감소시켜 용접 토우의 국부적인 언더컷을 초래할 수 있습니다. T-조인트 용접 시 단일 패스 용접에서 더 큰 열 입력을 사용하면 언더컷이 발생할 가능성이 더 높습니다. 이는 용접 풀 크기가 더 크고, 용접 금속이 삼각형 모양으로 응고되기 전에 처짐이 발생하여 윗면에 틈이 생겨 언더컷이 발생하기 때문입니다.

더 많은 다른 이유

1. 잘못된 보호 가스: 보호 가스의 부적절한 선택 또는 유량은 용접 풀의 보호에 영향을 미쳐 용접 가장자리를 따라 용접이 불완전하게 발생하고 언더컷될 수 있습니다.
2. 용접 재료 사양: 더 큰 크기의 용접 재료를 사용하면 용접 중에 모재의 과잉 부분이 녹아 언더컷이 발생할 수 있습니다.
3. 완충 전극: 완충 전극은 아크의 불안정성을 유발하여 접합부로의 열 및 용가재 전달에 영향을 줄 수 있습니다. 이러한 불안정성은 언더컷 결함의 발생에 기여할 수 있습니다.

용접 언더컷의 위험

용접 언더컷은 접합 품질과 내구성에 심각한 위험을 초래합니다. 이는 구조적 완전성을 약화시키고, 하중 지지력을 낮추며, 조기 부식을 촉진합니다. 주요 위험은 하중 지지 능력의 감소로, 이로 인해 응력 집중, 균열 및 잠재적으로 완전한 구조적 파손이 발생합니다. 언더컷을 해결하는 것은 용접 안전과 신뢰성을 보장하는 데 중요합니다.

언더컷 문제 해결

결함이 있는 용접 이음새에서 언더컷을 제거하는 것은 용접 공정의 오류를 수정하고 용접 품질을 향상시키기 위한 중요한 단계입니다. 다음은 용접 이음새의 언더컷 결함을 제거하는 데 도움이 되는 몇 가지 제안 및 단계입니다.

1. 필러 금속: 언더컷의 영향을 받는 홈이나 부위에 추가로 용가재를 도포합니다. 용가재가 원래의 용접 구성과 일치하고 주변 용접과 원활하게 혼합되도록 정밀하게 적용되었는지 확인하십시오.
2. 철저한 청소 : 수리하기 전에 해당 부위를 철저히 청소하여 수리 품질을 저하시킬 수 있는 슬래그, 부스러기 및 기타 오염 물질을 제거하십시오. 깨끗하고 매끄러운 용접 표면을 확보하려면 와이어 브러시나 그라인더와 같은 적절한 도구를 사용하십시오.

용접 언더커팅을 방지하는 방법

용접 중 언더컷을 방지하거나 최소화하려면 몇 가지 조치를 취하고 적절한 기술을 사용할 수 있습니다. 용접 시 언더컷을 방지하는 데 도움이 되는 몇 가지 전략은 다음과 같습니다.

용접 매개변수의 올바른 선택

용접 절차 사양 및 용접되는 재료에 따라 전류, 전압, 이동 속도, 전극 크기/유형 등 올바른 용접 매개변수를 사용하고 있는지 확인하십시오. 이러한 매개변수를 적절하게 조정하면 열 입력을 제어하고 언더컷을 유발하지 않고 적절한 융합을 보장하는 데 도움이 될 수 있습니다.

관련 용접 사양에 따라 용접 공정 매개변수를 선택하고 일상 작업에서 우수한 품질 인식을 키우며 다양한 교육에 참여하고 용접 요구 사항을 진지하게 표준화합니다. 프로세스 예:

용접봉의 종류	점층법	용접봉 직경/mm	용접 전류/A	아크 전압/V	용접 속도 cm/min
E4303	첫 번째 레이어	3.2	90-140	21-30	10-30
	중간층	3.2	100-160	24-34	10-30
	외층	4.0	130-220	21-37	10-35
	커버 표면	4.0	130-220	21-37	10-35

올바른 용접 기술 선택

올바른 이동 속도 유지, 일관된 아크 길이 유지, 올바른 용접 각도 사용 등 적절한 용접 기술을 사용하십시오. 지나치게 넓은 직조 패턴을 피하고 조인트를 따라 부드럽고 꾸준한 움직임을 보장하여 균일한 융합을 달성하고 언더컷 위험을 최소화합니다.

TIG 용접

TIG 용접 기술은 높은 수준의 제어력과 정밀도로 유명합니다. 용접공은 용접 전류, 용접 속도 및 용가재 사용량을 정밀하게 관리하여 언더컷 없이 명확한 용접 비드 프로파일을 보장할 수 있습니다. 또한 용접이 완료된 후에는 다음과 같은 사항을 구별할 필요가 있습니다. 나쁜 용접과 좋은 용접 용접 조인트의 품질과 신뢰성을 보장합니다.

미그 용접

MIG 용접 기술은 높은 효율성과 안정성을 특징으로 하여 자동화 및 반자동 용접에 적합합니다. 와이어 공급 속도, 용접 전류 및 전압을 포함한 용접 매개변수를 적절하게 설정하면 용접 조인트에 충분한 용가재가 확보되어 언더컷을 효과적으로 방지할 수 있습니다. 와이어 공급 속도의 제어는 용접 접합부에서 적절한 용가재 용착을 보장하는 핵심 요소입니다.

스틱 용접

일반적으로 스틱 용접으로 알려진 SMAW(차폐 금속 아크 용접)는 다양한 두께의 재료에 적용할 수 있는 것으로 알려져 널리 사용되는 용접 방법입니다. 적절한 전극 크기를 선택하고, 이동 및 작업 각도를 조정하고, 아크 길이를 제어함으로써 언더컷을 효과적으로 방지할 수 있어 용접 접합의 품질과 신뢰성이 향상됩니다. 또한 언더커팅을 방지하려면 적절한 아크 길이와 안정적인 용접 속도를 유지하는 것도 중요합니다.

레이저 용접

레이저 용접은 박판 재료의 용접에 적합한 고정밀, 고에너지 용접 방법입니다. 용접속도가 빠르고 열영향부가 작기 때문에 언더커팅 발생을 효과적으로 줄일 수 있습니다. 그러나 레이저 용접에는 장비 및 작동 기술에 대한 높은 요구가 필요하므로 용접 품질을 보장하려면 전문적인 교육과 경험이 필요합니다.

관절을 올바르게 준비하십시오

조인트가 올바른 베벨 각도, 맞춤 및 청결도로 적절하게 준비되었는지 확인하십시오. 적절한 조인트 준비는 용접 금속에 대한 더 나은 접근을 제공하고 조인트를 따라 적절한 침투 및 융합을 보장하여 언더컷 가능성을 줄이는 데 도움이 됩니다.

올바른 용접 각도 유지

용접건이나 전극과 작업물 사이의 각도는 일반적으로 60°~80°의 적절한 범위 내에서 유지되어야 합니다. 수동 용접 작업의 경우 용접 헤드와 작업물 사이의 수직선은 약 90도로 엄격하게 제어되어야 하며 다양한 용접 위치에 따라 적절하게 조정되어야 합니다.

올바른 차폐 가스 선택

다양한 용접 공정과 재료에는 다양한 유형의 보호 가스를 사용해야 합니다. 예를 들어 아르곤(Ar)은 불활성 특성으로 인해 스테인리스강, 알루미늄합금, 티타늄합금 등 용접재료의 보호가스로 흔히 사용된다. 반면, 이산화탄소(CO2)는 상대적으로 가격이 저렴하기 때문에 강철 용접에 자주 사용됩니다.

용접 공정 및 접합 재료와 호환되지 않는 보호 가스를 사용하면 아크 안정성이 감소하고 용접 보호가 부적절하며 언더컷 및 기타 용접 결함 위험이 높아질 수 있습니다.

전극 각도

용접 공정 중 전극 각도의 약간의 변화도 용접 비드의 깊이, 너비 및 모양에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 전극 각도가 부적절하면 용접 금속이 용접 접합부로 충분히 침투하지 못해 언더컷이 발생할 수 있습니다. 대부분의 경우 이동 각도는 용접 금속이 용접 접합부로 다시 채워질 수 있도록 약 10~15도의 "끌어당김" 위치를 나타내야 합니다.

용접 심의 과도한 언더컷 깊이 수정

작은 언더컷 영역의 경우 연삭 휠을 사용하여 전환을 부드럽게 할 수 있습니다. 연삭 휠을 선택할 때 용접 비드의 크기와 요구 사항에 따라 거칠기를 결정해야 하며 일반적으로 그 범위는 100~240 그릿입니다. 연삭하는 동안 용접 비드가 과도하게 연삭되거나 손상되지 않도록 속도와 압력을 제어하는 ​​것이 중요합니다.

용접 언더커팅 예방 점검

용접 전에 철저한 사전 용접 평가를 수행하면 작업이 원활해지고 가동 중지 시간이 줄어듭니다.

기계 매개변수 설정 및 확인

• 용접 절차 사양에 따라 암페어, 볼트, 와이어 속도 및 이동 속도를 포함한 용접 매개변수를 철저히 검사하고 설정합니다.
• 모든 설정이 정확하고 산업 표준 및 용접 재료를 준수하는지 확인하십시오.

용접 기계의 적절한 유지 관리 및 교정

• 장비의 상태를 확인하기 위해 용접 전 검사를 실시합니다.
• 일관된 와이어 공급을 보장하기 위해 와이어 공급 장치와 롤러의 장력이 적절한지 확인하십시오.
• 안정적인 용가재 흐름을 유지하려면 마모된 MIG 건 라이너를 교체하십시오.
• 보호 가스의 흐름을 확인하고 그에 따라 조절기를 조정하십시오.
• 가스 흐름을 방해할 수 있는 잔해물이 쌓여 있지 않은지 건이나 토치를 검사하십시오.
• 가스 호스에 보호 대기를 손상시킬 수 있는 손상이나 누출이 있는지 확인하십시오.

리드 및 접지 케이블 검사

• 용접 웅덩이에서 전류 손실을 초래할 수 있는 마모, 마모 또는 손상이 있는지 리드 및 접지 케이블을 검사하십시오.
• 최적의 전류 흐름을 유지하려면 모든 연결이 단단하고 안전한지 확인하십시오.

합동 준비

• 언더커팅 위험을 줄이기 위해 간격 크기, 루트 개구부 및 베벨 각도를 포함한 접합 준비가 지정된 한계 내에 있는지 확인하십시오.

이러한 포괄적인 사전 용접 점검을 수행하면 용접 작업 중 언더커팅 문제가 발생할 가능성을 크게 줄일 수 있습니다.

결론

용접 언더컷은 용접 조인트의 무결성을 손상시켜 잠재적인 구조적 결함을 초래할 수 있습니다. 원인을 이해하고 적절한 해결 방법을 구현함으로써 용접공은 언더컷을 최소화하면서 고품질 용접을 생산할 수 있으며 용접 부품의 신뢰성과 수명을 보장할 수 있습니다.

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자주 묻는 질문

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