전문위원 문 흥식

2016 년 용접기술세미나 <1 주제 >

용접 품질 기준과 검사

● 최근 용접 불량 문제는 도면과 상이하거나 흔히 대수롭지 않다

고 간과한 부분이 중요 문제로 대두되는 경향이 있음

● 따라서 최신 정리된 용접 관련 MS 스펙을 중심으로 용접

품질

기준을 해석해 보고 검사 기준과 방법에 대해 고찰하고져 함

● 특히 비파괴검사의 적용사례들과 비파괴 비주얼 자동화 검사

실례를 소개코져 함

주제 선정 배경주제 선정 배경

목 차

1. 각 용접법의 품질기준

1) SPOT 용접 2) PROJECTION 용접

3) 용융용접

2. 비파괴 검사

1) 방사선 투과시험 2) 초음파 탐상 시험

3) 침투 탐상 시험 4) 자기 탐상 시험

3. 외관 비주얼 자동검사 사례

전극선단경과 너겟 ( 용착경 )

선단직경

1. 각 용접법 품질기준

전극 선단 직경 과 너겟전극 선단 직경 과 너겟

♣ 보통 선단경의 1~1.1 배가 너겟트경이 됨

1) SPOT 용접

도면 표기 사례

( 파괴검사의 용착경 크기 측정 )

( 절단법의 용착경 크기 측정 )

파괴 검사파괴 검사

(edge type)

강판의 인장전단하중 및 용착경강판의 인장전단하중 및 용착경

♣

기타 품질 요구 사항기타 품질 요구 사항

Microsoft Office PowerPoint 97-2003 ÇÁ·¹Á

너트 토크 박리 강도너트 토크 박리 강도

2) PROJECTION 용접

TT 형 원형 너트형 원형 너트 , , 볼트 용착 강도볼트 용착 강도

너겟 지름 너겟 지름 (( 너트너트 ))

품명 : . 너트 프로젝션 접합 강도 시험

개선전 개선후

● 개선전 1. 접합강도체크를 토크렌치를 이용함2. 여성작업자 사용 곤란

● 개선후 1. 너트 박리 분리력 측정 , 용착 강도 시험 2. 여성 작업자 가능 ( 너겟 시험 대체 가

능 ) 3. 동일 규격 볼트 기준 적용 ( 잠정 )

너트 프로젝션 용착 강도 시험 개선

3) 용융 용접

용융용접 중요 용접법용융용접 중요 용접법

Ar

용접 단면 용어 정의용접 단면 용어 정의

필렛용접 (T 형 ) 필렛용접 ( 겹침 ) 맞대기용접 ( 홈용접 )

도면표기법도면표기법 (GMAW,GTAW,PAW(GMAW,GTAW,PAW

용접시 유의점용접시 유의점

용접 검사의 종류용접 검사의 종류

( 외관 및 단면 검사 기준에 만족 )

용접 길이의 치수 공차용접 길이의 치수 공차

용접 외관 검사용접 외관 검사

부 품 도 해 & 용접 S P E C 부위 부 분 확 대점검 내용 실물

　　　　　　

　　　

③

▶ 용접 타점 : 일치 (11)▶ 용접 위치 : 일치 (11)▶ 용접 길이 : 불일치 (6/11)▶ 용접 외관 : 만족

-

③일 -3-15-CO2일 -8-10-CO2

⑧ ⑨

⑩ ⑪

① ②

③ ④

⑤ ⑥

⑦

NO

SPEC

측정치 도면일치성

1 10 12 OK

2 10 13 용접장 과대

3 10 14 용접장 과대

4 10 13 용접장 과대

5 15 17 OK

6 15 16 OK

7 15 17 OK

8 10 14 용접장 과대

9 10 14 용접장 과대

10 10 11 OK

11 10 9 NG

① ②

③ ④

⑤ ⑥

⑦

⑧ ⑨

⑩ ⑪

용접 길이 조사 사례

크레이터 및 균열 크레이터 및 균열 (CRACK)(CRACK)

♣ 용접부는 육안 , 자기탐상 , 침투탐상 시험 등으로 나타나는 균열이 없어야 한다 .

단면 매크로 평가단면 매크로 평가

용접 파괴 검사용접 파괴 검사

(1) 적용 - 비도금강판 : 초기 품질 육성 및 일상적인 품질 관리시에 적용한다 . - 도금강판 : 일상적인 품질관리에 적용한다 . (2) 절단 위치 및 평가법 그림과 같이 시작부 및 종료부에서 10mm 지점을 포함한 비드내 직각으로 시편을 절단하고 연마 /부식하여 현미경으로 평가하며 , 평가 기준은 방사선 투과법과 동일 하다 .

시험 순서 개략도 장비 내용

절단 절단기

용접 검사기로 절단 ( 비드에 직각 방향으로 절단 )

연마

벨트

그라인더

절단된 단면부를벨트그라인더나샌드페이퍼 (#1000) 이용 연마

1. 열처리 or

2. 질산부식

산소용접기

질산용액

1 용접 단면이 선명하게 나타나도록 연마된 단면부를 산소 용접기로 약 600oC 에서 약 1분간 가열

2. 질산 (NHO3) 수용액 5~10%

측정 /촬영자 /현미경

카메라

단면부 촬영 및 측정

성적서작성

MS 181-13 기준에 따라 성적서 작성

1 2

CO2 용접 단면 시험 ( 매크로 시험 ) 검사 방법

에칭재질 에칭용액 방법

탄소강저합금강

1~10% HNO3+ 물 , 알코올과산화황산암모늄 [ 過酸化黃酸 ] 1:9 물요오드 1: 요오드 칼륨 2: 물 10(wt)

브러쉬

스텐레스강 FeCl3 200g + HNO3 300ml + 물 100ml 솜 , 스펀지

Al 합금강 염화수소산염 15ml : 플루오르화 수소산 10ml : 물 75ml

솜 , 담굼

Cu 합금강 HNO3 50% + 물 담굼

HNO3 : 질산FeCl3: Ferric Chloride 염화제 2 철

매크로 에칭 용액

판두께 2.0 일때 기공 크기 판별 예 1.6*1.7OK 2.4*1.2OK 2.0*1.5NG

1. 내구 또는 충돌 취약부는 위 두가지 요건을 모두 만족해야 한다2. 도금강판 초기 조건 설정시 방사선투과법을 사용하고 일상적 관리는 단면 매크로 검사로 대체할 수 있다

표면 기공 기준표면 기공 기준

내부 기공 기준내부 기공 기준

비드 토우부의 응력 집중에 의한 내구 수명 저하를 방지하기 위해 토우부 각도는 완만하게 유지 되어야한다

비드 토우부 응력 집중 방지비드 토우부 응력 집중 방지

과도한 이면 비드는 응력 집중을 초래하므로 품질 기준을 만족해야 함

맞대기 용접에서의 선형 정렬 불량은 용접 불량 및 응력 집중을 유발할 수 있으므로 상기 기준을 만족시켜야 한다 ex. 두께 5mm 의 경우 보안부위 단차 h=0.1*5=0.5 즉 , 단차 h 는 0.5 이하 일 것

이면 비드이면 비드 ,, 선형 정렬 기준선형 정렬 기준

용접부 용입량 및 보강 덧붙임 기준용접부 용입량 및 보강 덧붙임 기준

단면 매크로 검사 판정 사례단면 매크로 검사 판정 사례

2. 비파괴 검사재료 또는 용접구조물의 내부에 존재하는 결함의 유무와 형상을 파악하기

위해서는파괴시험 방법이 가장 확실하나 파단이 곤란할 경우 대상물에 손상을

입히지 않고 각종 물리적인 특성을 이용하여 외부에서 결함에 관한 정보를 얻어

냄으로써 대상물의 신뢰성을 높일 수가 있는데 이러한 검사방법을 비파괴시험이라

한다

♦♦

♦ 표층부결함♦

내부결함

1)1) 방사선 투과시험 방사선 투과시험 (RT)(RT)

방사선 투과 평가 방사선 투과 평가 (( 기공기공 //개재물 면적비개재물 면적비 ))

방사선 (X- 선 ) 투과검사의원리 투과도계와계조계

방사선 투과시험 (RT, Radiographic Testing) 은 X- 선이나 감마선을 대상물에

투과시킨 후 결함의 존재유무를 필름 등의 이미지로 판단하는 비파괴시험 방법이다 . 즉 대상물에 방사선을 조사하면 일부는 흡수 또는 산란되며 일부는 투과되어 방사선의

강도에 따라 필름에 나타남 .

방사선 투과 검사 원리방사선 투과 검사 원리

필름

방사선투과검사 - 차축 ( 감마 - ray)

기공 (porosity) 슬래그혼입 (slag inclusion)

균열 (crack) 용입부족 (incomplete peretraion)

융합부족 (lack of fusion)

방사선투과 시험 필름의 판독 ( 예 ) 표층부

최근 기술의 발전으로 실시간 관찰할 수 있는 3차원 디지털 영상을 얻을수

있어 필름 없는 검사와 자동화 실현이 가능하게 됨

초음파탐상시험 (UT, Ultrasonic Testing) 은 금속등의 재료 및 접합부재 중에

1~ 10MHz 의 초음파를 시험체에 입사시켜 내부에 결함이 있으면 그곳에서 입사

초음파의 일부가 반사되어 탐촉자에 수신되는 현상을 이용하여 결함의 존재

위치와 크기 등을 비파괴적으로 검사하는 비파괴시험 방법이다 . - 가청주파수 (20Hz ~ 20kHz) 보다 높은 주파수 성분을 갖는 음파 *`

2) 2) 초음파 탐상 시험초음파 탐상 시험

1. 내부와 표면결함 전체를 검출할 수 있다

2. 균열과 같은 면상결함 검출능력이 방사선투과 검사보다 탁월하다

3. 기공과 같은 구형결함은 반사파는 여러방향으로 산란되어 약한 결함 에코

로 나타남

4. 결함 종류의 식별이 어렵다

5. 검사결과를 신속히 알 수 있다

6. 수동검사시 검사자의 경험이 요구된다

7. 초음파의 전달효율을 높이기 위해서 매질이 필요하다 8. 접촉매질 ; 거친탐상면 - 글리세린 , 매끈한 탐상면 - 기계유 , 물 사용 9. 결함과 초음파 빔의 탐상방향에 따라 영향이 크다

초음파 탐상 시험 특징초음파 탐상 시험 특징

주요 용도 : 내부결함 검출 , 두께측정등에 활용

- 용접부의 균열 용입불량 융합불량 슬래그혼입 기공 결함 검사

- 주조품 , 단조품 및 반도체 패키지 내부의 박리결함 검사

구 분 일반 초음파 검사 시스템 집적식 초음파 검사 시스템

약 도

측 정원 리

•검사부 초음파 파형의 반사시간 차이 분석

•다수 탐촉자의 신호를 동시에 분석 하여 도식화 ( 녹색부 : 정상용접 )

용접부 탐촉자 터치 용접부 탐촉자 터치출력 화면 출력 화면

탐촉자 52 개 집적

탐촉자

t1 t2

시간 시간

SPOTSPOT 용접 초음파 검사법 비교용접 초음파 검사법 비교

3) 3) 침투 탐상 시험 침투 탐상 시험 침투탐상시험 (PT, Liquid Penentrant Testing) 은 시험체 표면에

존재하고 있으나 육안으로 볼 수없는 미세한 결함에 침투액 ( 적색의 염료 , 또는 황색을 발광하는 형광물질 ) 을 침투 시키고 모세관 현상에 의해 침투액을

시험체 표면에 나타나게하여 결함을 검출하는 방법 ( 검출결함의 최소크기 길이 1mm 표면깊이 20mm)

4) 4) 자기 탐상 시험자기 탐상 시험자분탐상시험 (MT, Magnetic Testing) 은 철강재료 같은 강자성체를

자화시키면 시험체 중에 자속 흐름이 생기는데 자속의 흐름을 방해하는

결함이 표면에 존재하면 그 부분에서 자속이 누설하고 결함의 양쪽에

자극이 발생하여 국부적인 자장을 발생하게 된다 이때 시험면에 자분을

적용하면 결함부분의 국부 자장에 의해 자분이 자화되어 결합부분에

흡착된다 그 자분 모양을 보고 결함의 존재여부 , 길이 , 형상 등을 검사하는

비파괴검사 방법이다

자기 탐상 시험 특징자기 탐상 시험 특징

미세한 균열도 검출이 가능하지만 균열 깊이에 대한 정보파악 곤란

1) 강자성체 재료의 표면 결함 검출 ( 표면직하의 결함검출 ) 2) 시험체에 표면처리 ( 도장 , 도금 ) 된 경우 자속누설이 어려워 제거후 검사

- 시험면 상의 결함위치 , 모양 및 크기 판별 가능

- 선상 결함의 검출은 뛰어나나 원형 결함 검출 곤란

- 자분은 형광자분과 비형광자분 사용 , 검출의 효과를 높일 수 있다

- 신뢰성을 높이기 위해서는 표면의 이물 ( 부착물 ) 제거후 실시해야 함

- 자분을 물이나 등유와 같은 액체에 분산시켜 시험하기도 한다 ( 습식 ) - 충분한 자장이 발생되지 않으면 필요강도의 누설자속 얻을 수 없다

MMM 법 (Metal Magnetic Memory Method)- 금속자기기억법

♣ 러시아의 Energodiagnostika 사 적용♣자기누설자속 분석을 통한 미세조직 ,응력집 중영역 파악 ( 인공적 자화 장치 불사용 )♣부식 , 피로 , Creep 파 괴원인인 스트레스 집 중 영역을 찾아내 사고 전 예방 진단에 활용

3. 외관 비주얼 자동검사 사례 사례

외관 자동 검사의 목적외관 자동 검사의 목적

• 객관적인 3 차원측정방식 , • 주관적 평가 배제• 결함을 매우 높은 신뢰성으로 찾아냄• 제품 품질에 대한 문서화• 생산공정 문제의 조기 경보• 완벽한 자동화

비주얼 검사 사례 비주얼 검사 사례 –– ( VITRONIC-( VITRONIC- 모니텍 제공 모니텍 제공 ))

검사 대상항목• Surface pores( 표면 기공 )• Undercuts(언더컷 )• Weld volume( 용접비드 부피 )

• Weld thickness( 용접부 두께 )

• Misalignment( 위치벗어남 )• Weld length( 용접부길이 )• Weld height, Throat

thickness (A-height)(비드높이 , 목두께 )

• Excessive convexity(보강덧붙이 )

• Incompletely filled groove( 불완전한 그루브 메꾸기

측 정 원리측 정 원리

• Light strip method 를 써서 3차원 정보를 획득• 센서 구성 : - Laser illumination( 레이저광원 ) - Matrix camera( 매트릭스 카메라 )

통상 스캔 속도통상 스캔 속도

Arc 용접 부품 100~800mm /sec Laser 용접 부품 30~130mm /sec

검사 화면 검사 화면 (S/W)(S/W)

DBDB와 재작업 화면와 재작업 화면 (S/W)(S/W)

생산과 공정품질의 프로토콜부품사진을 활용한 결함들의 비주얼화 가능한 재작업화면분석툴 제공되는 DB결함발생시 즉시 검출

차체 및 서스펜션 부품 검사차체 및 서스펜션 부품 검사

•용접 또는 브레이징 용접부의 검사•알루미늄 또는 스틸 부품•휠 검사 ( 싸이클 타임 4sec) •반조립과 조립 서스펜션 부품들의 검사 및 재작업•부품에 따라 100 개 이상의 비드도 검사•전세계적으로 40 개 이상의 시스템 가동 중

비주얼 검사 및 재작업 비주얼 검사 및 재작업 (Rework)(Rework) 자동화자동화1. µ¶ÀÏ B»ç Â÷ü°Ë»ç

감사합니다