철골 용접변형의 종류와 방지대책에 대하여 설명하시오.

1. 개요

• 용접 시 국부적인 가열과 냉각의 반복으로 팽창 및 수축 발생
• 변형 발생 시 구조물의 정밀도 저하, 내력 감소 및 조립 불가능 초래
• 사전 시공계획 수립 및 적절한 용접 순서 준수로 품질 확보 필수
• 면내 변형
• 가로 수축 : 용접선과 직각 방향으로 수축 발생
• 세로 수축 : 용접선과 평행한 방향으로 수축 발생

2. 용접변형의 종류

회전변형 : 맞대기 용접 시 용접 진행에 따라 개선 홈 간격이 벌어지거나 좁아지며 회전하는 현상

• 면외 변형
• 각변형: 두께 방향의 온도 차이로 인해 V형 등의 개선 홈 쪽으로 굽혀지는 현상
• 좌굴 변형 : 박판 용접 시 압축 잔류응력에 의해 판이 물결 모양으로 변형
• 만곡변형(비틀림) : 중립축과 용접축의 불일치로 부재 전체가 휘어지는 현상

3. 용접변형 방지대책

설계 및 시공계획 단계 대책

• 용접 금속량 최소화가 가능한 이음 형상 채택(X형 개선 등)
• 용접선이 부재의 도심축에 대해 대칭이 되도록 설계
• 과도한 용접 집중 지양 및 단속 용접 적용 검토

용접 시공 전 대책

• 역변형법: 용접 후 발생할 변형을 예측하여 반대 방향으로 미리 각을 주어 고정
• 구속법: 지그, 클램프, 강한 구속재를 사용하여 변형 억제
• 가용접: 본 용접과 동등한 품질로 시공하며, 적절한 간격과 길이 준수

용접 시공 중 대책

• 용접 순서 관리
• 대칭법: 부재의 중립축을 기준으로 대칭으로 용접
• 도약법: 용접선을 짧게 나누어 간격을 두고 건너뛰며 용접
• 후퇴법: 용접 진행 방향과 반대로 비드(Bead)를 형성
• 입열량 제어: 적정 전류 및 전압 유지, 과도한 위빙(Weaving) 지양
• 도열법: 용접부 주위를 물이나 냉각제로 냉각시키며 용접(특수 경우)
• 예열 및 층간온도 관리: 모재의 두께와 강종에 따라 적정 예열 및 층간온도 유지

엔드탭(End Tab) 사용: 용접 시점과 종점의 크레이터 처리를 위해 설치하고 용접 후 제거

4. 용접 변형의 교정

• 가열 교정법
• 변형 부위를 국부 가열 후 급랭하여 수축력 이용
• 선상 가열: 가스 토치 등으로 선형으로 가열 후 수냉 또는 공냉
• 점 가열: 국부적인 변형 부위를 점 형태로 가열

가열 온도 준수: 강재 표면 온도는 650℃(조질강 등) 내지 900℃(TMCP강 등) 이하로 관리하고 350℃~500℃까지 공냉 원칙 준수

• 기계적 교정법
• 프레스, 롤러, 잭 등을 이용한 물리적 교정
• 해머링은 재료 표면에 손상을 줄 수 있으므로 주의
• 절단 후 재용접: 변형이 심각하여 교정이 불가능할 경우 부분 절단 후 재시공

5. 결론

• 용접 변형은 구조물의 안전성과 직결되므로 방지대책 수립이 최우선
• 숙련된 용접공 확보 및 철저한 용접 절차 시방서(WPS) 준수 요망
• 자동화 용접 장비 도입을 통해 입열량의 균일한 관리 필요