용접 시 언더필: 원인, 식별, 수리 및 예방

용접 시 언더필(Underfill)이란 용접이 완료된 후 용접부가 의도한 접합부 형상을 충분히 채우지 못하고 용접면이나 루트가 인접한 모재 표면보다 아래에 남는 현상을 말합니다. 이는 표면적인 문제처럼 보일 수 있지만, 실제로는 용접부가 설계에서 요구하는 단면, 형상 및 강도를 제대로 충족하는지 여부가 중요한 문제입니다.

언더필은 언더컷이나 용접부 크기 부족과 혼동되는 경우가 많기 때문에 정확한 식별이 중요합니다. 이 가이드에서는 언더필 현상을 식별하는 방법, 원인, 그리고 수리 또는 예방 방법을 설명합니다. 레이저 용접 작업의 경우, Dynalasers 시스템 과 같은 안정적인 장비를 사용하면 용접봉 공급 및 공정 제어를 더욱 일관되게 유지할 수 있습니다.

용접에서 언더필이란 무엇인가요?

일반적인 용접 용어에서 언더필(underfill)은 용접면 또는 루트면이 모재의 인접면보다 아래에 위치하는 홈 용접 상태를 나타냅니다. 간단히 말해, 의도한 접합부 형상을 복원하기에 충분한 용접 금속이 증착되지 않은 상태를 의미합니다.

따라서 용접 언더필은 주로 형상 및 치수 문제와 관련이 있습니다. 용접 부위의 표면 외관과 용융 상태는 양호하더라도 홈이 충분히 채워지지 않으면 언더필이 발생할 수 있습니다.

언더필은 일반적인 "보기 흉한 용접"과 구별해야 합니다. 특정 형상이 허용되는지 여부는 접합부 설계와 도면, 용접 절차, 프로젝트 사양 및 적용 가능한 용접 규정을 포함한 작업 요구 사항에 따라 달라집니다.

언더필 용접은 어떤 모습일까요?

언더필 용접은 일반적으로 주변 모재에 비해 용접면이 움푹 들어가 있는 형태를 보입니다. 그러나 보강재가 중앙에 남아 있고 원래의 홈이나 경사면의 일부가 여전히 보이는 경우에는 육안으로 판단하기가 더 어려워집니다.

용접부 부족의 일반적인 징후

일반적인 시각적 지표는 다음과 같습니다.

• 인접한 모재 표면 아래에 위치한 용접면
• 홈이나 경사면의 일부가 눈에 띄게 채워지지 않은 채로 남아 있음
• 용접부의 일부 또는 전체에 걸쳐 있는 낮은 부분
• 마지막 패스 이후 캡 형성 부족
• 용접면과 주변 재료 사이의 불규칙한 접합부

단면 검사를 통해 필요한 부분을 복원하기에 충분한 용접 금속이 실제로 증착되었는지 여부를 확인할 수 있으므로 상태를 더 쉽게 파악할 수 있습니다.

보기 좋은 용접 부위라도 충진이 부족할 수 있습니다.

매끄러운 TIG 용접 비드나 좁은 레이저 용접은 사진상으로는 훌륭해 보일 수 있지만, 요구되는 접합부 형상을 충족시키지 못할 수도 있습니다.

외관만으로는 용접의 적합 여부를 판단할 수 없습니다. 검사관은 필요한 용접 크기, 접합부 형상, 용접 기호, 도면 치수 및 적용 가능한 합격 기준도 알아야 할 수 있습니다.

이는 특히 온라인에서 사진을 평가할 때 중요합니다. 약간 오목한 용접 부위는 어떤 경우에는 의도적인 것일 수 있지만, 다른 경우에는 부적절할 수 있습니다.

용접 시 용접 부족 현상의 원인은 무엇일까요?

용접 시 필러 부족 현상의 원인은 대개 접합부 부피, 용가재 두께, 용접 속도, 그리고 작업자의 숙련도 사이의 불일치와 관련이 있습니다. 전체적인 공정을 고려하지 않고 특정 기계 설정 하나만을 탓하는 것은 거의 도움이 되지 않습니다.

일반적인 원인은 다음과 같습니다.

• 이동 속도가 충전재 증착량에 비해 너무 빠릅니다.
• 용접봉 부족 또는 와이어 공급 속도 부족
• 토치 또는 전극 각도가 잘못되었습니다.
• 홈 가장자리 부근의 비드 배치 불량
• 깊거나 넓은 홈에 패스 횟수가 너무 적습니다.
• 불안정한 수동 이동
• 충전재 공급과 열 입력 간의 조정 부족

전류 또한 맥락을 고려하여 판단해야 합니다. 단순히 전류량을 늘리는 것이 만능 해결책은 아닙니다. 목표는 적절한 용융을 유지하고 용융 불량 과 같은 새로운 용접 결함을 방지하면서 충분한 양의 용착물을 제어하여 생성하는 것입니다.

자동 용접과 레이저 용접 모두 동일한 원리가 적용됩니다. 이송 속도, 와이어 공급 속도, 빔 위치, 접합 간격 및 열 입력은 서로 조화를 이루어야 합니다. 반복 가능한 용접 시스템은 생산 후 개별 결함을 수정하는 것보다 이러한 변동을 훨씬 효과적으로 줄일 수 있습니다.

용접부 부족이 문제가 되는 이유는 무엇일까요?

용접부 부족 현상 의 심각성은 부족한 재료의 양과 접합부가 설계 당시 하중을 견딜 수 있는 정도에 따라 달라집니다. 하중이 적은 부품의 얕은 함몰은 중요한 구조 접합부에서 상당량의 용접 금속이 부족한 것과는 다릅니다.

감소된 유효 용접 단면적

접합부가 특정 용접 부위에 의존하는 경우, 용착 금속이 부족하면 유효 하중 지지 면적이 감소할 수 있습니다.

이는 특히 용접이 완료된 후 접합부의 특정 단면을 복원해야 하는 홈 용접에 중요한 문제입니다. 문제는 단순히 용접부가 "낮아 보인다"는 것이 아닙니다. 실제로 요구되는 형상이 달성되었는지 여부가 관건입니다.

스트레스, 집중력 및 피로

뚜렷한 함몰이나 급격한 변화는 국소적인 스트레스 집중 지점으로 작용할 수 있습니다.

반복적인 하중이 가해질 경우, 이러한 부분은 매끄러운 용접 단면보다 더 높은 국부 응력을 받을 수 있습니다. 이는 모든 불완전 용접이 실패한다는 것을 의미하는 것은 아니지만, 피로에 민감한 응용 분야에서 용접 단면 요구 사항이 더욱 중요해지는 이유를 설명합니다.

검사 및 승인 문제

실질적인 측면에서 가장 중요한 점 중 하나는 사진만 보고 언더필(underfill) 여부를 판단해서는 안 된다는 것입니다.

점검 시 다음 사항을 고려해야 할 수 있습니다.

• 엔지니어링 도면
• 필요한 용접 크기 또는 유효 목둘레
• 조인트 식
• 용접 절차 사양
• 적용 가능한 제조 코드
• 프로젝트별 승인 기준

경우에 따라 설계 엔지니어는 용접부의 유효 크기 또는 프로젝트별 요구 사항을 입증하여 조건을 승인할 수 있습니다. 이러한 결정은 작업 현장에서 추정하기보다는 문서화해야 합니다.

용접 시 언더필과 언더컷의 차이점

언더필과 언더컷 용접 결함은 서로 매우 가깝게 나타날 수 있기 때문에 숙련된 용접공과 검사관조차도 둘 사이의 경계를 명확히 구분하기 어려운 경우가 있습니다.

가장 유용한 구분은 어떤 자료가 누락되었는지, 그리고 어디에서 누락되었는지를 파악하는 것입니다.

실용적인 유용한 규칙은 홈을 먼저 살펴보는 것입니다.

접합부가 완전히 채워지지 않아 원래의 경사면이 여전히 노출되어 있다면 언더필(underfill) 현상일 가능성이 높습니다. 홈은 채워졌지만 용접부 끝부분의 인접한 모재가 복원되지 않고 녹아 없어진 경우에는 언더컷(undercut) 현상에 더 가깝습니다.

두 가지 모두 동일한 영역에서 발생할 수 있으므로 검사는 결함의 명칭뿐만 아니라 실제 형상에 초점을 맞춰야 합니다.

용접 시 필량 부족 vs. 크기 부족

언더필과 언더사이즈 용접은 관련이 있지만 동일하지는 않습니다.

용접에서 언더필(Underfill)은 주변 재료 또는 의도된 홈 충진부에 대한 용접부의 형상을 나타냅니다. 언더사이즈 용접이란 용착된 용접부가 요구되는 필렛 용접부 길이 또는 유효 목두께와 같은 지정된 치수 요건을 충족하지 못하는 것을 의미합니다.

따라서 용접 부위가 육안으로 보기에 "낮아" 보인다고 해서 모든 필수 치수가 부적합하다는 것을 자동으로 증명하는 것은 아닙니다. 반대로 용접 부위가 비교적 완전해 보여도 요구되는 크기를 충족하지 못하는 경우도 있습니다.

이러한 구분은 특히 필렛 용접, 플레어 베벨 접합부 및 부분 용입 용접에서 유용하며, 이러한 용접부의 합격 여부는 모든 용접부가 특정 가시적 모서리에 도달해야 한다는 가정보다는 실제 설계 요구 사항을 기준으로 판단해야 합니다.

용접 시 언더필 수정 방법

용접 시 언더필(underfill)을 수정 하는 올바른 방법은 언더필이 발견된 시점과 적용되는 수리 절차에 따라 다릅니다. 비드를 하나 더 추가하는 것이 많은 상황에서 적절할 수 있지만, 모든 작업에 대한 자동적인 수리 방법으로 간주해서는 안 됩니다.

용접 후 언더필이 발견되면 일반적으로 먼저 언더필의 범위를 파악하고 필요한 최종 형상을 확인합니다. 그런 다음 해당 부위를 필요에 따라 세척하거나 준비하고, 추가 용접 금속을 증착하여 형상을 복원한 후 수리된 부위를 재검사합니다.

용접 작업 도중에 문제가 발생하면 작업을 계속하기 전에 문제를 해결하는 것이 좋습니다. 예를 들어 용접 속도를 늦추거나, 용접봉의 양을 늘리거나, 토치의 위치를 ​​조정하거나, 비드 위치를 변경하거나, 계획된 용접 패스를 추가하는 등의 조치를 취할 수 있습니다.

레이저 용접에서는 일관된 와이어 공급과 정확한 정렬이 특히 중요합니다. 다이나레이저(Dynalaser) 레이저 용접 시스템은 레이저 소스, 용접 헤드, 와이어 공급 및 공정 제어를 통합하여 작업자가 더욱 일관된 용접 조건을 유지하고 용접 과정에서 발생하는 용접부 부족 현상을 줄일 수 있도록 지원합니다.

중요한 원칙은 눈에 보이는 함몰 부위를 단순히 덮는 것이 아니라, 이음매가 채워지지 않았던 근본적인 원인을 바로잡는 것입니다.

용접 시 언더필 방지 방법

용접 시 언더필(underfill)을 방지하는 방법은 주로 용착량과 접합부의 부피 사이의 균형을 맞추는 것입니다. 이 과정은 용융을 저해하거나 과도한 보강을 생성하지 않으면서 적절한 위치에 충분한 용접 금속을 배치해야 합니다.

다음 다섯 가지 제어 기능이 특히 유용합니다.

1. 이동 속도를 증착 속도에 맞추세요. 용접 과정에서 용접봉이 증착되는 속도보다 빠르게 용접하는 것은 불완전한 프로파일을 얻는 일반적인 원인입니다.
2. 적절한 와이어 공급 속도 또는 충전 속도를 사용하십시오. 용접 풀은 홈을 균일하게 채울 만큼 충분한 양의 재료가 필요합니다.
3. 토치의 위치와 각도를 올바르게 유지하십시오. 위치가 잘못되면 홈의 한쪽 면이 충분히 채워지지 않을 수 있습니다.
4. 관절 형상에 필요한 충분한 패스 횟수를 계획하십시오. 깊거나 넓은 홈은 한 번에 크게 가공하는 것보다 여러 번에 걸쳐 정밀하게 가공해야 할 수 있습니다.
5. 생산 과정에서 용접 형상을 확인하십시오. 접합부가 완성되기 전에 움푹 들어간 부분이 생기는 것을 발견하면 수리 작업을 줄일 수 있습니다.

반복 생산의 경우 공정 안정성이 특히 중요합니다. 일관된 출력, 이동 조건 및 필러 와이어 공급을 유지하는 장비는 비드 간 편차를 줄이는 데 도움이 됩니다.

레이저 용접 시 언더필

레이저 용접은 집중된 열을 발생시켜 비교적 빠른 이송 속도로 좁고 깨끗한 용접 이음매를 만들 수 있습니다. 하지만 이러한 장점 때문에 접합부 맞춤, 빔 위치 또는 용접봉 공급 방식의 변화가 용접 형상에 빠르게 영향을 미칠 수 있습니다.

레이저 용접 시 언더필(underfill)의 일반적인 원인으로는 과도한 이송 속도, 불충분한 용접봉 공급, 접합 간격의 변화, 빔, 와이어 및 용접 이음매 사이의 정렬 불량 등이 있습니다.

따라서 단순히 출력을 높이는 것보다 안정적인 공정 조건을 유지하는 것이 훨씬 중요합니다. 다이나레이저(Dynalaser) 휴대용 레이저 용접 시스템은 일관된 레이저 출력과 정밀한 와이어 공급을 제공하도록 설계되어 작업자가 더욱 균일한 용접 풀을 형성하고 불안정한 공정 조건으로 인한 결함을 줄일 수 있도록 지원합니다.

용접 시 언더필 관련 FAQ

언더필 현상은 그루브 용접에서만 발생하는 건가요?

이 용어는 용접면이나 루트가 인접한 모재 표면 아래에 있는 홈 용접 조건에 가장 일반적으로 사용됩니다. 필렛 용접의 경우 검사관은 일반적으로 요구되는 다리 길이, 유효 목 두께 및 지정된 용접 크기에 더 중점을 둡니다.

적용되는 표준에 따라 용어와 허용 기준이 다를 수 있으므로, 결함 명칭을 지정하기 전에 실제 치수 상태를 파악하는 것이 가장 안전한 방법입니다.

용접 부위의 충진량이 부족한 경우에도 검사를 통과할 수 있을까요?

가능성은 있지만, 절대 단정지어서는 안 됩니다.

허용 여부는 적용 코드, 접합부 설계, 요구되는 용접 크기, 엔지니어링 도면 및 프로젝트 사양에 따라 달라집니다. 일부 엔지니어링 적용 사례에서는 요구되는 유효 용접 크기가 입증된 경우 특정 형상을 허용하는 반면, 다른 사양에서는 언더필을 허용하지 않습니다.

요구 사항이 불분명한 경우, 담당 용접 검사관 또는 엔지니어에게 결정을 맡겨야 합니다.

비파괴검사(NDT)로 용접부의 충진 부족 여부를 확인할 수 있나요?

언더필은 주로 표면 형상 및 치수 상태이므로 육안 검사와 직접 측정이 이를 식별하는 데 중요합니다.

PT, MT, UT 또는 RT와 같은 방법은 각각 다른 목적을 가지고 있으며 치수 검사를 자동으로 대체하는 것으로 간주해서는 안 됩니다. 예를 들어, 용접부가 적절한 침투액 흔적을 나타내지 않더라도 요구되는 형상이나 용접 크기를 충족하지 못할 수 있습니다.

따라서 검사 방법 및 인수 책임은 해당 절차 및 프로젝트 사양을 따라야 합니다.

맺음말

용접 시 언더필은 단순히 미관상의 움푹 패인 부분 이상의 의미를 지닙니다. 중요한 것은 완성된 용접부가 접합부 설계에 필요한 형상과 유효 단면을 제공하는지 여부입니다. 정확한 진단을 위해서는 언더필, 언더컷, 그리고 용접부 크기 부족을 구분해야 하며, 단순히 외관만으로 판단해서는 안 됩니다.

적절한 파라미터 제어, 충분한 용가재 증착, 안정적인 용접 기술, 그리고 초기 용접 형상 점검을 통해 대부분의 불량 사례를 예방할 수 있습니다. 레이저 용접의 경우, Dynalaser 와 같은 반복 가능한 시스템을 사용하면 공정 변동을 더욱 줄이고 작업자가 더욱 일관된 용접 형상을 생성할 수 있도록 도와줍니다.