철골 접합부의 용접은 형태상 크게 그루브(맞대기)용접과 필릿(모서리)용접으로 나뉜다. 그루브용접은 개선(Bevel) 가공 후 맞대어 용착시키는 방식으로 완전용입(CJP) 시 모재와 동등한 강도를 낼 수 있고, 필릿용접은 개선 없이 겹침·T이음부에 삼각형 단면으로 용착해 목두께로 강도가 결정된다. 실제 강도·품질은 루트간격, 루트면, 개선각, 뒷댐재, 이면따내기 같은 시공상세 하나하나에 좌우되므로, 기술사 시험에서는 두 용접형태의 선택기준과 상세 치수·검사법을 묻는 문제가 꾸준히 출제된다.
기슬언융균: 기공 · 슬래그혼입 · 언더컷 · 융합불량(용입부족) · 균열 — 그루브·필릿 공통 5대 용접결함
종류 — ① 그루브 개선형상 : I형(박판)·V형·X형(양면, 후판)·U형·H형·J형 등 판두께와 용접 가능 방향에 따라 선정. ② 용입 구분 : 완전용입(CJP, Complete Joint Penetration)·부분용입(PJP, Partial Joint Penetration). ③ 필릿 배치 : 연속필릿·단속필릿, 편면·양면 필릿.
5. 대책/유의
루트간격·루트면·개선각 등 시공상세는 용접절차서(WPS)에 따라 관리하고 현장 임의 변경 금지
다층용접 시 층간 슬래그·스패터 제거 후 다음 패스 진행, 층간온도 관리 철저
이면 용입이 불완전한 부위는 이면 가우징 후 건전부 확인 뒤 재용접 실시
필릿용접은 규정된 최소 각장·목두께 확보, 시작·끝단은 크레이터 결함 방지 위해 엔드탭 활용
완전용입(CJP) 요구부위는 UT(초음파탐상), 필릿·표면결함은 MT/PT(자분·침투탐상)로 검사
1. 정의그루브용접은 부재 단부를 개선 가공해 맞대어 용착하는 방식, 필릿용접은 개선 없이 T형·겹침부 모서리에 삼각형 단면으로 용착하는 방식이다.2. 차이점① 가공: 그루브는 개선(Bevel) 가공이 필요 / 필릿은 불필요 ② 강도산정: 그루브(완전용입)는 모재와 동등, 필릿은 목두께×유효길이로 산정 ③ 적용: 그루브는 맞대기 이음, 필릿은 접합부 형상 제약이 적어 범용적으로 사용된다.3. 유의사항주요 응력전달부는 그루브(완전용입) 적용이 원칙이며, 필릿은 응력이 상대적으로 작거나 시공성이 중요한 부위에 경제적으로 적용한다.
용어예상완전용입용접(CJP)과 부분용입용접(PJP)의 구분. (10점)
1. 정의완전용입(CJP, Complete Joint Penetration)은 접합부 단면 전체가 용착되어 모재와 동등한 내력을 확보하는 용접, 부분용입(PJP, Partial Joint Penetration)은 설계상 필요한 깊이만 용입시키는 용접이다.2. 구분·적용주요 인장부재·응력전달이 큰 이음(예: 기둥 이음, 모멘트접합 플랜지)은 CJP를 적용하고, 응력이 상대적으로 작은 부위는 PJP로 경제성을 확보한다.3. 유의사항CJP는 이면 가우징을 통한 완전용입 확인이 필요하며, 시공 후 UT(초음파탐상)로 내부 결함 유무를 검증해야 한다.
용어예상필릿용접의 목두께(이론목두께). (10점)
1. 정의필릿용접 단면에서 용착금속의 뿌리(루트)로부터 빗변(이론상 표면)까지의 최단거리로, 필릿용접의 내력을 산정하는 기준 치수이다.2. 산정등각 필릿(양쪽 각장이 같은 경우)의 이론목두께는 각장 × 0.7에 근사(직각이등변삼각형 기하관계). 실제 강도 검토 시 유효목두께와 유효길이를 곱해 저항단면적을 산정한다.3. 유의사항과소 용접(각장 부족)은 설계내력 확보에 직접적 영향을 미치므로, 시공 중 게이지로 각장을 실측·확인하는 것이 중요하다.
서술형예상철골 그루브·필릿용접의 시공상세(루트간격·개선각·뒷댐재 등)와 품질관리방안에 대하여 설명하시오. (25점)
Ⅰ. 개요그루브·필릿용접은 철골 접합의 기본 용접형태로, 시공상세 치수 관리와 검사체계가 접합부 구조성능을 좌우하므로 체계적 품질관리가 필요하다.Ⅱ. 접합구조 및 하중전달 원리그루브용접은 완전용입 시 모재와 동일한 단면이 연속되므로 모재와 동등한 강도로 간주되어 응력이 그대로 전달되는 반면, 필릿용접은 개선 없이 형성된 삼각단면의 목두께를 통해 전단 응력을 전달하므로 용접치수(각장·목두께)가 직접 내력을 결정한다는 구조적 차이가 있다.Ⅲ. 그루브용접 시공상세(종류)① 루트간격: 이면 용입 확보 목적, 과소 시 용입불량·과대 시 용락 우려가 있어 WPS 규정값을 준수한다.② 개선각: 작으면 변형·용착량이 감소하나 용입이 곤란해지고, 크면 반대 경향을 보이므로 판두께별 적정 각도를 선정한다.③ 뒷댐재: 편측 용접 시 이면 용락 방지 목적으로 사용하며, 재질·존치 여부를 설계도서에 명기한다.④ 이면 가우징: 초층 결함을 제거한 후 이면 용접으로 완전용입을 확보한다.Ⅳ. 필릿용접 시공상세 및 품질관리(대책)① 최소각장·목두께: 설계 요구 내력에 따른 각장을 확보하며, 이론목두께≈각장×0.7로 검토한다.② 시작·끝단 관리: 엔드탭을 사용해 크레이터 결함을 본용접부 밖에서 처리한다.③ 다층용접 관리: 층간 슬래그·스패터를 제거하고 층간온도를 준수한다.④ 검사: CJP부는 UT(초음파탐상)로 내부결함을 확인하고, 필릿·표면결함은 MT/PT로 확인한다.⑤ 시공상세 준수: 도면·WPS 기준을 임의로 벗어나지 않도록 시공 전 확인체계를 갖춘다.
그루브 개선각이 작을수록 용착금속 체적이 줄어 입열·변형은 감소하지만, 용접봉 접근각 제약으로 용입불량·언더컷 위험이 커지는 상반관계(Trade-off)가 존재한다.
현장에서 루트간격이 과다한 상태로 방치된 채 용접을 진행해 용락·과대 용착이 발생하거나, 뒷댐재 밀착 불량으로 이면에 슬래그가 혼입되는 사례가 대표적 품질사고 유형이다.
Ⅴ. 맺음말시공상세는 도면·WPS 기준을 임의로 벗어나지 않도록 시공 전 확인체계를 갖추고, 비파괴검사를 통한 사후 검증을 병행함으로써 접합부 구조 신뢰성을 확보해야 한다.
서술형예상철골 용접부에서 발생하는 용접결함의 종류·원인 및 방지대책에 대하여 설명하시오. (25점)
Ⅰ. 개요용접결함은 접합부 내력 저하와 취성파괴의 단초가 되므로, 결함 유형별 발생기구를 이해하고 사전 예방·사후 검사체계를 갖추는 것이 중요하다.Ⅱ. 결함 발생의 구조적 배경용접결함은 대부분 아크열에 의한 급속 용융·응고 과정에서 가스 배출, 슬래그 부상, 용착금속의 모재 융합이 불완전하게 이루어질 때 발생하며, 그루브·필릿 어느 형태이든 동일한 야금학적 메커니즘을 공유한다.Ⅲ. 결함의 종류 및 원인 (두문자 기·슬·언·융·균)① 기공(Blow Hole): 용융지 내 가스 배출 불량, 습기·이물질 혼입.② 슬래그 혼입: 다층용접 시 층간 슬래그 제거 불충분.③ 언더컷: 과대전류·부적절한 운봉각으로 모재 끝부분이 패임.④ 융합불량(용입부족): 루트간격 과소, 개선각 부족, 전류·속도 부적정.⑤ 균열: 급냉에 의한 저온균열, 구속응력·수소취성.Ⅳ. 방지대책① 시공상세 준수: 루트간격·개선각·뒷댐재 규정값을 관리한다.② 예열·후열: 급냉을 방지하고 저온균열·수소취성을 저감한다.③ 운봉·전류관리: 용접사 자격을 확인하고 자세별 적정 조건을 준수한다.④ 층간관리: 슬래그·스패터를 완전히 제거한 후 다음 패스를 진행한다.⑤ 검사체계: 육안검사(VT) 후 UT(CJP부)·MT/PT(표면·필릿부)를 단계적으로 시행한다.
저온균열은 확산성 수소·구속응력·경화조직(마르텐사이트) 3요소가 겹칠 때 발생하기 쉬우며, 예열은 냉각속도를 늦춰 수소 방출시간을 확보하고 경화조직 생성을 억제하는 원리로 작용한다.
예열 없이 저온 환경에서 후판 용접을 강행해 용접부 인근에서 지연균열(용접 후 수 시간~수일 뒤 발생)이 확인된 사례는, 예열·후열 관리 소홀이 대표적 원인으로 지목된다.
Ⅴ. 맺음말용접결함은 시공상세 관리·용접사 숙련도·예열후열 관리가 삼위일체로 이루어질 때 근본적으로 예방되며, 비파괴검사에 의한 이중 확인이 최종 품질을 담보한다.
📚 출처·근거
KCS 14 31 xx (강구조공사 표준시방서)
KDS 14 31 xx (강구조 설계기준)
KS D (강재 규격)
※ 본 정리는 위 기준을 바탕으로 학습용으로 재구성한 것으로, 세부 수치·조항은 최신 개정본 확인 필요. 예상문제 출처는 "예상"이며, 실제 출제 회차는 기출 수집(/crawl) 후 표기됩니다.