서스와 흑관 이종용접에서 발생하는 5가지 문제와 해결 방법

서스(스테인리스강)와 흑관(탄소강)의 용접은 서로 다른 성질을 가진 금속을 접합하는 과정이기 때문에 여러 가지 문제가 발생할 수 있습니다. 특히, 용접사들이 현장에서 직접 경험하는 문제들은 용접 품질과 작업 효율성에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 이번 포스트에서는 실제 용접 과정에서 자주 발생하는 5가지 문제점과 해결 방법을 실무 중심으로 정리해 보겠습니다.

용접 후 그라인딩 중인 용접공

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1. 용입 부족 및 용접봉이 먹히지 않는 문제

✅ 문제 원인

• 서스와 흑관의 열전도율 차이로 인해 용탕(용융 풀)의 형성이 균일하지 않음.
• 흑관 쪽에서는 열이 빠르게 소실되지만, 서스 쪽에서는 과열이 발생.
• 용접봉이 제대로 녹지 않거나 한쪽으로 치우쳐 용입이 부족함.

✅ 해결 방법

• 용접할 때 불대(토치) 각도를 흑관 쪽으로 더 기울여 열을 집중시킨다.
• 전류를 10~15% 낮추고, 와이어 송급 속도를 조절하여 균일한 용입을 만든다.
• 용접봉은 E309L 또는 E312 계열을 사용하여 균형 잡힌 용탕(용융 풀)을 형성한다.

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2. 금(크랙/균열) 발생

✅ 문제 원인

• 서스와 흑관의 열팽창 계수가 다르기 때문에 냉각 시 응력이 집중됨.
• 냉각이 빠르게 이루어지면 용접부가 취약해지며 균열이 발생.
• 니켈 함량이 낮은 용접봉 사용 시 균열 가능성이 높음.

✅ 해결 방법

• 예열 및 후열처리 실시: 흑관을 150~200℃로 예열하여 급격한 냉각을 방지.
• E309L 또는 E312 용접봉 사용으로 균열 저항성을 높인다.
• 다층 용접을 진행하여 한 번에 과도한 열이 가해지지 않도록 조절한다.

현장 작업중 배관공

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3. 용접 후 변형(뒤틀림) 문제

✅ 문제 원인

• 서스와 흑관의 수축률 차이로 인해 냉각 과정에서 변형이 발생.
• 용접이 끝난 후 서스 쪽이 더 수축하면서 휘어짐.

✅ 해결 방법

• 한쪽에서만 용접하지 않고 교차 용접(Counter Welding)을 실시한다.
• 작업 고정구(클램프 및 지그)를 사용하여 용접 부위를 고정하고 냉각 시까지 유지한다.
• 저전류 다층 용접을 적용하여 과도한 열집중을 피한다.

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4. 용접부에 녹(산화) 발생

✅ 문제 원인

• 스테인리스강의 크롬(Cr) 보호막이 손상되면서 용접부에서 녹이 발생.
• 흑관 쪽에서는 용접 후 고온 산화물이 형성될 수 있음.

✅ 해결 방법

• 용접 후 찌든 때 제거(산세척/Pickling) 및 방청 처리(패시베이션/Passivation) 처리로 표면을 보호.
• TIG 용접 시 아르곤 가스 백킹(Back Purging)을 사용하여 산화 방지.
• 저탄소 스테인리스강(L 등급, 예: 304L) 사용으로 크롬 고갈 방지.

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5. 용접 후 강도 부족 및 깨짐

✅ 문제 원인

• 용접부의 조직이 경화되면서 취성이 증가.
• 흑관과 서스의 조성이 다르다 보니 용접부에서 금속 간 화합물이 형성되며 약해짐.

✅ 해결 방법

• E309L 또는 니켈계 용접봉(ERNiCr-3) 사용으로 강도를 보강.
• 용접 후 600℃ 이상의 응력 제거 열처리(PWHT)를 진행하여 강도를 높인다.
• 완전 용입보다는 필렛 용접(Fillet Welding) 방식 적용으로 응력 분산.

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6. 용접사가 유의해야 할 실무 팁

✅ 용접 전 준비

• 용접 부위를 그라인더로 연마하여 산화물, 기름, 녹을 제거.
• 서스 쪽은 클린 작업 환경을 유지하고 탄소강 먼지가 묻지 않도록 관리.

✅ 용접 순서와 기법

• 흑관 쪽에 먼저 열을 가하고, 서스 쪽은 과열되지 않도록 신중하게 조절.
• 용접 시 “스톱 & 스타트”를 줄이고 일정한 속도로 용접.

✅ 용접 후 처리

• 산세척 및 패시베이션 처리를 수행하여 녹 발생을 방지.
• 용접부의 강도가 낮아지지 않도록 균열 검사 및 응력 제거 열처리 진행.

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결론

서스와 흑관의 이종 용접은 열팽창률 차이, 크랙 발생, 변형, 용입 부족 등 여러 문제가 발생할 수 있습니다. 하지만 적절한 용접봉 선택(E309L, E312, ERNiCr-3), 예열 및 후열처리, 다층 용접 기법을 적용하면 이러한 문제를 예방하고 고품질 용접을 구현할 수 있습니다.

현장에서 실제 용접을 수행하는 용접사분들이 위의 내용을 참고하여 더욱 안정적이고 효율적인 작업을 하시길 바랍니다! 🚀