스터드볼트(Stud Bolt, 전단연결재·Shear Connector)는 철골보 상부 플랜지에 자동 아크 스터드용접(Arc Stud Welding)으로 식립하는 원형강봉으로, 철골보와 콘크리트 슬래브 사이에서 수평전단력을 전달시켜 두 부재가 합성보(Composite Beam)로 일체 거동하도록 하는 핵심 연결재이다. 스터드가 소수의 대형 자재로 취급되기보다 보 위에 수십~수백 개가 반복 시공되는 특성상, 개별 용접 품질 편차가 커 전수 육안검사+표본 굽힘시험이라는 이중 검사체계가 확립되어 있다. 용접 결함(콜라 불량·언더컷·기공)이 합성보의 전단내력 저하로 직결되므로 기술사 시험에서 용접 원리·검사방법·결함원인이 자주 출제된다.
2. 스터드 용접 공정 및 검사 개념 (그림)
그림① 자동 아크 스터드용접 공정 — 취부·페룰장착 → 아크발생·모재용융 → 압입 후 칼라(Collar) 형성
1. 정의철골보 상부 플랜지에 아크용접으로 식립하는 전단연결재로, 콘크리트 슬래브와 철골보를 일체 거동시켜 합성보(Composite Beam)를 형성한다.2. 기능철골보-슬래브 간 수평전단력 전달 및 슬래브의 부상(Uplift) 방지가 핵심 기능이며, 이를 통해 합성보의 강성·내력을 단일 철골보 대비 크게 향상시킨다.3. 용접방법 및 유의자동 아크 스터드용접으로 스터드건에 페룰을 장착하고 아크를 발생시켜 모재를 용융시킨 뒤 압입, 냉각 시 칼라(Collar)가 형성되며 접합된다. 개별 용접이 반복 시공되는 특성상 품질편차가 크므로 전수 육안검사가 병행되어야 한다.
용어예상세라믹 페룰(Ferrule)의 역할. (10점)
1. 정의스터드 용접 시 스터드 하단부를 감싸는 세라믹제 소모성 보조기구이다.2. 역할① 아크 비산·산화 방지(대기 차단) ② 용융금속을 스터드 주위로 성형해 균일한 칼라 형성 유도 ③ 용접 완료 후 제거.3. 유의사항습기를 흡수하면 아크 발생 시 수분이 기화되며 기공·불량 칼라의 원인이 되므로, 사용 전 건조 보관상태를 확인하고 파손품은 즉시 폐기한다.
용어예상스터드 용접부 타격 굽힘시험(Bend Test)의 목적과 방법. (10점)
1. 목적전수 육안검사로 확인이 어려운 용접부 내부 결함(미융합·균열)을 표본검사로 확인하기 위함이다.2. 방법 및 판정망치 등으로 스터드를 규정 각도(통상 15° 내외)까지 타격 굽힘하여 용접부 균열 발생 여부를 확인한다. 균열이 없으면 합격이며, 균열 발생 시 불합격 처리 후 인접 위치에 재용접한다. 작업 개시 시·용접조건 변경 시·주기적 표본시험 시점에 반복 시행한다.
서술형예상스터드볼트 용접의 시공방법과 품질(검사)관리 방안에 대하여 설명하시오. (25점)
Ⅰ. 개요스터드볼트는 합성보 구성의 핵심 전단연결재로, 다수의 스터드가 반복 시공되는 특성상 개별 용접 품질관리가 합성보 전체 내력을 좌우한다.Ⅱ. 용접 원리·구조스터드 용접은 단시간 대전류 아크(Drawn-Arc 방식)로 모재와 스터드 선단을 순간 용융시킨 뒤 스프링 압력으로 압입해 접합하는 원리이며, 페룰이 아크 분위기를 보호해 균일한 원형 칼라를 형성시키는 것이 품질의 핵심이다. 이 칼라가 스터드와 모재를 전둘레에서 결속함으로써 합성보에 요구되는 수평전단내력이 확보된다.Ⅲ. 시공방법(순서)① 모재(플랜지 상면) 청소·이물질 제거 → ② 스터드·페룰 장착 → ③ 자동 스터드건으로 아크 발생·모재 용융 → ④ 스터드 압입 및 칼라 형성 → ⑤ 페룰 제거 → ⑥ 냉각 후 외관 확인.Ⅳ. 품질(검사)관리 방안① 사전 시험용접: 작업 개시 전 시험편으로 용접조건(전류·시간)을 확인하고 기록한다.② 외관검사(전수): 칼라가 스터드 전둘레에 균일하게 형성되었는지, 언더컷·기공이 없는지 확인한다.③ 타격 굽힘시험(표본): 규정 각도까지 구부려 균열 유무를 확인하며, 작업조건 변경 시 재실시한다.④ 불합격 처리: 결함 스터드는 제거 후 인접 위치에 재용접하고 이력을 관리한다.⑤ 환경관리: 강풍·강우·모재 수분이 있는 조건에서는 작업을 제한하거나 방풍·방수 조치를 취한다.⑥ 접지관리: 접지케이블 상태를 사전 점검하여 아크 불안정으로 인한 불량 칼라 발생을 예방한다.
스터드 용접은 단시간 대전류 아크 용접(Drawn-Arc 방식)으로 모재와 스터드 선단을 순간 용융시킨 뒤 스프링 압력으로 압입해 접합하는 원리로, 페룰이 아크 분위기를 보호하며 균일한 원형 칼라를 형성시키는 것이 품질의 핵심이다.
우천 직후 모재 표면 수분이 남은 상태로 용접을 진행하여 칼라 결손·기공이 다수 발생, 굽힘시험에서 균열이 확인되어 대량 재용접이 발생한 사례가 있다. 모재 건조상태 확인 절차 생략이 원인으로 지적된다.
Ⅴ. 맺음말스터드 용접은 소형 부재의 반복 시공이라는 특성상 관리 소홀이 누적 품질저하로 이어지기 쉬우므로, 전수 외관검사와 표본 굽힘시험을 병행하는 이중 검사체계를 시공계획 단계에서부터 명확히 정해두고 철저히 준수해야 한다.
서술형예상스터드용접 불량(결함)의 원인과 방지대책을 설명하시오. (25점)
Ⅰ. 개요스터드용접 결함은 합성보의 전단내력 저하로 직결되므로, 결함 원인을 유형별로 파악하고 단계별 방지대책을 수립해야 한다.Ⅱ. 결함 발생 메커니즘스터드용접은 모재-스터드 사이 아크로 순간 용융시킨 뒤 압입해 칼라를 형성하는 짧은 공정이므로, 모재 상태·용접조건·환경 중 어느 하나라도 표준을 벗어나면 즉시 칼라 결손이나 내부 미융합으로 이어지는 민감한 공정이다.Ⅲ. 결함 원인 (두문자 모·전·습·페)① 모재 불량: 녹·페인트·수분 등 이물질이 미제거된 상태로 용접하여 아크가 불안정해짐.② 전류·시간 부적정: 용접기 설정값이 스터드 직경·용접자세와 불일치하여 용입 부족·과대가 발생.③ 습기·기상조건 불량: 강풍 시 아크가 불안정해지고, 강우 직후에는 모재에 잔류 수분이 남아 기공을 유발.④ 페룰 불량: 파손되거나 습기를 흡수한 페룰을 사용하면 칼라가 불균일하게 형성됨.Ⅳ. 방지대책① 모재관리: 용접 전 표면 청소·건조 상태를 확인하고 기록한다.② 조건관리: 사전 시험용접으로 전류·시간을 검증한 후 본작업에 적용한다.③ 환경관리: 강풍·강우 시 작업을 중지하거나 방풍·방수막을 설치한다.④ 자재관리: 페룰은 건조 보관하고 파손품 사용을 금지한다.⑤ 검사체계: 전수 외관검사와 표본 굽힘시험을 병행하고 불합격 시 즉시 재용접한다.⑥ 접지·전원관리: 접지상태를 사전 점검해 아크 불안정으로 인한 결함을 예방한다.
스터드용접 결함은 모재·자재(페룰·용접봉)·기상·설비(전류·접지) 4개 요인이 복합적으로 작용하는 경우가 많아, 단일 원인 조사보다는 발생 시점의 조건을 종합적으로 점검하는 접근이 필요하다.
동일 로트에서 굽힘시험 시 균열이 반복 발생하여 조사 결과 접지 불량으로 인한 아크 불안정이 원인으로 확인, 접지케이블 점검 후 재발이 방지된 사례가 있다.
Ⅴ. 맺음말스터드용접 품질은 모재·자재·환경·검사 4개 관리축이 함께 작동해야 확보되므로, 시공계획 단계에서부터 검사기준과 불합격 처리절차를 명확히 정해두어야 한다.
📚 출처·근거
KS B 0885
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.