사진으로 보는 용접 조인트의 5가지 유형

올바른 조인트 선택은 부품 형상, 하중 경로, 접근, 재료 두께, 필요한 용접 관통력 및 생산량에 따라 달라집니다. 일반적인 구조물 작업에는 T, 랩, 코너 조인트 및 그루브 맞대기 용접의 필렛 용접이 가장 자주 사용됩니다. 정밀 압력 함유 어셈블리는 일반적으로 전체 관통 용접으로 세심하게 준비된 그루브 맞대기 접합을 사용합니다. 신뢰할 수 있는 용접을 위해서는 적절한 모서리 준비, 올바른 용접 공정 선택, 용접 기호 및 품질 표준 준수가 중요합니다.

정의 및 분류

용접 조인트는 두 개 이상의 부품이 용접 금속 침전물에 의해 결합되는 국소 부위를 말합니다. 형상(맞대기, 랩, 모서리, 모서리, T), 관통(부분, 전체) 및 용접 유형(홈, 필렛, 플러그, 스폿, 이음새, 돌출)에 따라 분류할 수 있습니다. 설계자는 접합부를 선택할 때 하중 전달, 피로 노출, 부식 노출 및 검사 접근성 측면을 고려해야 합니다.

다섯 가지 고전적인 조인트 계열과 그 변형

업계 실무 그룹은 조인트를 다섯 가지 주요 제품군으로 분류했습니다: 엉덩이, T(티라고도 함), 무릎, 모서리 및 가장자리. 각 제품군은 여러 기하학적 및 용접 프로세스 변형을 허용합니다(예: 맞대기 제품군에는 사각 그루브, 싱글-V, 더블-V, 싱글-J, 베벨 및 U 그루브가 포함됨). 이 다섯 가지 제품군은 일반적인 용접 작업의 근간을 이룹니다.

짧은 정의:

• 엉덩이 관절: 같은 평면에 있는 두 부재가 가장자리에서 만나는 형태입니다. 관통 두께 강도와 압력 차단이 중요한 파이프 및 플레이트에 일반적입니다.

• T(티) 조인트: 한 부재가 다른 부재에 수직이 되어 T자 모양을 형성합니다. 종종 필렛 용접으로 용접됩니다.

• 무릎 관절: 한 부재가 다른 부재와 겹치는 경우. 판금 및 얇은 게이지 제작에서 흔히 발생합니다.

• 코너 조인트: 모서리가 만나서 상자 구조와 프레임에 자주 사용되는 L자형 모서리를 형성합니다.

• 가장자리 조인트: 가장자리는 평행하게 놓여 있고 공통 가장자리에서 결합되며, 이음새 용접 및 보강을 위해 시트 가장자리를 함께 결합하는 데 유용합니다.

확장형 조인트 유형 및 특수 조인트

다섯 가지 제품군 외에도 제작 편의성 또는 특정 기능적 요구 사항을 충족하기 위해 사용되는 특수 조인트가 있습니다:

• 플러그 및 슬롯 용접: 접근이 불가능하여 필렛 용접이 불가능하거나 스폿 용접이 불충분한 경우 겹치는 시트를 결합하는 데 사용됩니다.

• 솔기 용접(저항 솔기): 튜브 및 탱크에 사용되는 연속 저항 용접.

• 스폿 용접(저항 지점): 대량 생산 시 판금 어셈블리에 사용됩니다.

• 프로젝션 및 스터드 용접: 빠른 조립 부품에 사용됩니다.

• 플래시 및 업셋 용접: 막대와 링의 열기계적 결합에 사용됩니다.

• 엣지/버트 조합: 부분 관통과 왜곡 제어를 위한 간헐적 필렛이 있는 맞대기 용접.

그루브 및 필렛 용접 유형 - 형상 및 명명법

그루브 용접은 부품 사이에 준비된 홈을 채워 관통력을 확보하고, 필렛 용접은 표면을 대략 직각으로 연결하여 삼각형 단면을 만듭니다. 일반적인 그루브 모양:

• 사각 홈(준비 없음)

• 단일 베벨 (한 부분이 비스듬히 기울어짐)

• 싱글 V (두 부분이 모두 V자를 이루도록 비스듬히 기울어짐)

• 더블 V (양쪽에서 용접할 경우 양쪽 면의 경사)

• J-그루브 (한쪽이 J 반경으로 윤곽이 잡힌 경우)

• U-그루브 (양쪽 바닥이 곡선형)

• 플레어 V/플레어 베벨 (원형과 평면을 결합하는 경우)

그루브 용접 형상에는 그루브 각도(α), 루트 개구부(갭), 루트 면(랜드) 및 용접 면이라는 용어가 사용됩니다. 이러한 치수를 적절히 제어하면 관통, 용접 시간 및 왜곡에 영향을 미칩니다.

조인트 설계 매개변수 - 권장 범위 및 엔지니어링 트레이드 오프

강도, 피로도, 접근성, 제작 비용의 균형을 고려한 설계를 선택합니다. 주요 매개변수:

• 홈 각도: 각도가 클수록 접근 및 융착이 향상되지만 용접 부피와 용가재가 증가합니다. 일반적인 단일 V 각도는 45°~60°(포함 각도)이지만 얇은 재료의 경우 더 작은 각도를 사용할 수 있습니다.

• 루트 간격(루트 개구부): 완전 관통 맞대기 용접의 경우 두께와 용접 공정에 따라 0.5mm에서 수 밀리미터의 간격이 사용됩니다.

• 루트 페이스(땅): 절차에 따라 0~2mm인 경우가 많으며, 일부 사양에서는 침투를 제어하기 위해 작은 땅이 필요합니다.

• 베벨 유형: J 및 U 그루브는 두꺼운 섹션의 필러 금속 필요성을 줄여주지만 가공이 필요합니다.

• 필렛 용접을 위한 간헐적 용접 다리 길이 및 피치: 긴 관절의 열 입력과 왜곡을 줄이는 데 사용됩니다.

아래 표 1(조인트 설계 퀵 파라미터)은 일반적인 관행에서 권장되는 실용적인 범위를 제공합니다(참고: 압력 용기 및 중요 구조물에는 프로젝트별 코드가 우선합니다).

선택 매트릭스 - 어떤 애플리케이션을 위한 조인트

서비스 요구 사항(정적 하중 대 피로, 부식 환경, 주기적 열 하중) 및 생산 제약 조건을 매핑하여 조인트를 선택합니다:

프로세스 호환성 및 일반적인 페어링

용접 공정에 따라 접합부마다 적합합니다:

필요한 야금, 모재, 접합부 접근, 열 입력 제한 및 생산성에 따라 선택이 달라집니다. SAW는 긴 이음새를 위한 홈 용접에 높은 증착률을 제공합니다. GTAW는 직경이 작거나 얇은 소재에 가장 적합한 제어 기능을 제공합니다.

준비, 핏업 및 공차

핏업은 최종 용접 품질을 제어합니다. 루트 간격과 정렬을 제어하면 불완전한 관통이 줄어들고 재작업이 최소화됩니다. 일반적인 제작 모범 사례는 다음과 같습니다:

• 용접 부피를 제어하기 위해 두꺼운 섹션(J, U 홈)을 위한 사전 가공된 베벨이 있습니다.

• 뿌리를 지지하고 단면 용접의 용접 품질을 개선하기 위한 백킹 스트립 또는 세라믹 백킹.

• 용접 패턴을 점착하여 정렬을 유지하고 왜곡을 최소화하며 용접 중 간격 변화를 줄입니다.

• 클램프와 고정 장치를 사용하여 추운 환경에서 예열 구역을 유지합니다.

중요한 제작의 경우 ISO 9692를 참조하여 권장 조인트 준비 치수 및 허용되는 대체품을 확인하세요.

용접 기호, 도면 표기법 및 표준

명확한 도면 커뮤니케이션은 오류를 줄입니다. 도면 기호의 두 가지 주요 학교는 AWS와 ISO입니다. AWS는 A2.4(용접, 브레이징 및 비파괴 검사를 위한 표준 기호)를 발행하고 ISO는 ISO 2553(용접 조인트에 대한 도면상의 기호 표현)을 발행합니다. 조달 및 품질 관리를 위해 올바른 표준을 일관되게 사용하세요.

몇 가지 권장 사례를 소개합니다:

• 전체 용접 기호를 치수와 함께 하나의 디테일에 배치하고 "일반"을 사용하여 도면의 혼란을 줄입니다.

• 홈 치수는 항상 루트 개구부, 홈 각도, 용접 크기, 필요한 경우 필요한 용접 프로세스 등 홈 치수를 포함해야 합니다.

• 표준(예: ISO 5817 또는 프로젝트 코드)을 참조하여 용접 품질 및 승인 기준을 지정합니다.

조인트 유형별 일반적인 결함 및 완화 방법

결함 패턴은 종종 조인트 지오메트리 및 프로세스와 관련이 있습니다:

• 불완전한 융합/관통 부족(엉덩이 홈 관절에서 흔히 발생): 낮은 열 입력, 잘못된 각도 또는 오염된 표면으로 인해 발생합니다. 열을 높이거나 이동 각도를 조정하거나 핏업을 개선하여 완화합니다.

• 다공성(필렛 및 그루브 용접에서 일반적): 오염, 갇힌 습기 또는 차폐 가스 문제. 마른 소모품과 적절한 가스 흐름을 사용하세요.

• 언더컷(필렛 및 홈면): 용접 전류가 너무 높거나 전극/토치 조작이 부적절합니다. 전류를 줄이거나 기술을 변경합니다.

• 과도한 왜곡(긴 엉덩이 관절): 높은 열 입력과 불균형한 용접 순서. 백 가우징 및 균형 잡힌 멀티 패스 용접(더블 V)을 사용하여 한쪽의 열 입력을 줄이세요.

• 균열(뜨겁거나 차가운): 조인트 설계 불량, 높은 구속력 또는 부적합한 필러 야금. 호환되는 소모품을 선택하고 코드에 따라 예열/후열하세요.

비파괴 검사(NDT) 및 승인

NDT 선택은 조인트 임계값에 따라 달라집니다:

• 비주얼(VT): 모든 용접에 대한 기준선입니다.

• 침투 테스트(PT): 비다공성 금속의 표면 파손 결함.

• 자성 입자(MT): 를 사용하여 강자성 재료의 표면 및 표면 근처 결함을 찾을 수 있습니다.

• 방사선 촬영(RT): 맞대기 용접에 대한 내부 결함의 체적 감지.

• 초음파 테스트(UT): 체적 감지, 두꺼운 부분에 대한 감도 향상.

ISO 5817과 같은 표준 및 프로젝트별 코드에는 허용 수준(B, C, D)과 허용 가능한 결함 크기가 명시되어 있습니다. 압력 또는 피로가 중요한 조인트의 경우 RT 또는 UT가 일반적입니다.

생산성 및 비용 절충안

디자이너는 제작 비용과 서비스 요구 사항을 비교해야 합니다:

• 필렛 용접 는 저렴하고 빠르며 정적 부하에는 충분한 경우가 많습니다.

• 완전 관통 그루브 용접 비용은 더 많이 들지만 강도와 피로 수명은 더 길어집니다.

• J 및 U 홈 두꺼운 플레이트의 필러 부피를 줄이되 기계 가공이 필요하므로 비용이 추가됩니다.

• 기계화 프로세스(SAW, 로봇 GMAW) 장기적으로 낮은 단가를 제공하지만 자본 투자가 필요합니다.

표 - 간결한 참조

표 A - 일반적인 조인트 유형, 일반적인 용접, 일반적인 프로세스, 장단점

표 B - 그루브 유형 및 일반적인 엔지니어링 참고 사항

표 C - 조인트와 검사 방법 비교

실용적인 제작 체크리스트

1. 도면 기호를 검토하고 어떤 표준이 적용되는지 확인합니다(AWS A2.4 또는 ISO 2553).

2. 재료와 두께를 확인하고, 확실하지 않은 경우 조인트 준비에 대해 ISO 9692를 참조하세요.

3. 필러 금속 및 절차 자격이 WPS(용접 절차 사양)에 있는지, 용접 작업자가 관련 자격을 보유하고 있는지 확인합니다(필요한 경우 ASME 섹션 IX 또는 ISO 9606).

4. 핏업 공차, 택 패턴, 백킹 또는 루트 지지대를 확인합니다.

5. 왜곡을 최소화하고 야금 요건을 충족하기 위해 시퀀스 및 인터패스 온도 제한을 선택합니다.

6. 승인 기준(ISO 5817 또는 프로젝트 코드)을 참조하여 검사 계획을 지정합니다.

표준 및 권한

• ISO 9692 시리즈는 공정 및 재료별 권장 조인트 준비 형상을 제공하여 홈 유형 및 가공 요구 사항을 결정하는 데 도움이 됩니다.

• AWS A2.4 (및 용접 실습에 대한 AWS 문서)는 많은 북미 프로젝트에서 일반적으로 사용되는 기호 집합과 규칙을 제공합니다.

• ISO 2553 는 도면의 기호 표현을 표준화하며 국제적으로 실행되는 프로젝트에 선호될 수 있습니다.

• ASME BPVC 섹션 IX 는 압력 경계 구성 요소에 대한 용접 절차 및 용접사의 자격을 다루며 많은 관할 구역에서 보일러 및 압력 용기 작업에 필요합니다.

• ISO 5817 는 융착 용접 조인트의 불완전성에 대한 품질 수준을 정의하며, 이를 사용하여 허용 기준을 설정합니다.

자주 묻는 질문

1. 어떤 용접 조인트가 가장 강한가요?
강도는 하중 방향에 따라 달라집니다. 축방향 관통 두께 하중의 경우, 적절하게 실행된 완전 관통 맞대기 용접이 단면 간 강도의 연속성이 가장 우수합니다. 전단 하중의 경우, 충분한 쓰로트 크기를 가진 연속 필렛 용접이 효과적일 수 있습니다.

2. 얇은 판금에 가장 적합한 조인트는 무엇인가요?
저항 스폿 용접 또는 심 용접은 대량의 얇은 시트 생산에 가장 경제적인 경우가 많습니다. 수동 용접의 경우 랩 필렛 접합이 일반적입니다.

3. 언제 V자 대신 J자 또는 U자 홈을 사용해야 하나요?
필러 금속 부피가 중요하고 예산이 가공을 허용하는 경우 두꺼운 판재에 J 또는 U를 사용합니다. 이러한 홈은 필요한 필러를 낮추고 용접 금속 수축을 줄입니다.

4. 루트 간격은 얼마나 커야 하나요?
루트 간격은 두께, 공정 및 코드에 따라 다릅니다. 얇은 시트의 경우 0에 가까울 수 있습니다. 두꺼운 판재의 경우 1~6mm가 일반적입니다. 항상 WPS 및 참조 표준을 따르세요.

5. AWS와 ISO의 용접 기호는 어떻게 다른가요?
많은 요소를 공유하지만 화살표 쪽/다른 쪽 및 일부 기호 모양에 대한 규칙이 다릅니다. 선택한 단일 시스템을 도면 세트에 일관되게 사용하세요.

6. 긴 맞대기 용접에서 왜곡을 줄이는 방법은 무엇인가요?
균형 용접(가능한 경우 양면 용접), 백 가우징 및 교대 끝에서 용접, 스티치 용접, 예열/예열 제어를 사용합니다.

7. 두꺼운 맞대기 용접에 적합한 검사 방법은 무엇입니까?
방사선 검사(RT) 또는 초음파 검사(UT)는 체적 검사를 제공하며, 두꺼운 부분이나 방사선 안전이 우려되는 경우 UT가 선호되는 경우가 많습니다.

8. 압력 함유 조인트에 필렛 용접이 허용되나요?
일반적으로 고압 경계 조인트에는 적합하지 않습니다. 압력 용기 및 배관에는 일반적으로 적격 절차에 따라 전체 관통 홈 용접이 필요합니다.

9. 엣지 준비는 얼마나 중요한가요?
중요. 준비가 제대로 이루어지지 않으면 융착 부족, 불완전한 침투, 불량률 증가로 이어집니다. ISO 9692는 권장 준비 과정을 제공합니다.

10. 국제 프로젝트에서 어떤 표준을 참조해야 하나요?
기호는 ISO 2553, 조인트 준비는 ISO 9692, 승인 기준은 ISO 5817, 압력 함유 작업은 관련 코드(예: ASME BPVC)를 선호합니다.

짧은 사례 연구(실제 시나리오)

시나리오: 주기적 압력 하에서 작동하는 파이프에 20mm 두께의 탄소강 플랜지 용접을 제작합니다.
권장 사항: 접근 방식에 따라 단일 또는 이중 V 완전 관통 맞대기 용접을 사용합니다. 한쪽에서만 용접하는 경우, 적당한 루트 간격과 세라믹 백킹이 있는 싱글-V를 준비하고, 다중 패스로 적격 WPS를 실행하고, 인터패스 온도를 제어하고, 프로젝트 NDT 계획에 따라 용접 후 UT를 수행합니다. 야금 및 서비스에서 요구하는 경우 용접 후 열처리를 고려합니다. 그루브 형상에 대해서는 ISO 9692를, 절차/용접기 자격에 대해서는 ASME 섹션 IX를 참조하세요.

실용적인 팁 마무리

• 조인트 준비 템플릿을 표준화하여 가공 오류를 줄이세요.

• 소모품을 건조하게 보관하고 다공성이 생기지 않도록 관리하세요.

• 필렛 게이지와 용접 게이지를 사용하여 현장에서 신속하게 점검할 수 있습니다.

• 도면에 치수와 함께 용접 기호를 포함하되, 모호한 속기는 피하세요.

권위 있는 참조 자료

• ISO 2553:2019 - 용접 및 관련 프로세스 - 도면의 기호 표현 - 용접 조인트
• ISO 9692 시리즈 - 용접 및 관련 공정 - 다양한 용접 공정에 권장되는 조인트 준비 유형
• AWS A2.4:2020 - 용접, 브레이징 및 비파괴 검사를 위한 표준 기호
• ASME 보일러 및 압력 용기 코드(BPVC) - 섹션 IX: 용접, 브레이징 및 용단 자격 요건
• ISO 5817:2023 - 용접 - 융착 용접 조인트 - 불완전성에 대한 품질 수준