용접 절차서(WPS) 이해

삼각형 하나를 거꾸로 읽으면 블록을 다시 뒤집습니다

부울경 조선·플랜트 현장에서 반복되는 손실 중 하나가 화살표 쪽과 반대쪽을 바꿔 용접하는 것이에요. 이미 붙인 비드를 아크에어가우징으로 파내고, 그라인더로 갈고, 다시 용접하고, 다시 비파괴검사를 받습니다. 기호 하나 잘못 읽은 대가치고는 큽니다.

용접 기호는 KS B ISO 2553(용접, 브레이징 및 솔더링 접합부 — 도면에서의 기호 표시)로 정해져 있고, 이 표준은 국제 표준 ISO 2553을 부합화한 것입니다. 예전 규격이던 KS B 0052(용접 기호)는 2023년 11월 폐지되어 KS B ISO 2553으로 대체됐지만, 현장 도면·사내 표준에는 아직 KS B 0052 표기가 남아 있는 경우가 많으니 둘 다 알아두세요. 규칙 자체는 생각보다 단순해요.

1. 기호의 뼈대 — 화살·기선·꼬리

                          꼬리(tail)
                        ┌──────────────┐
도해를 A방식 규칙과 일치시키세요 — 필릿 기호는 실선(기선) 쪽에 붙이고, 꼬리는 실선 끝에 연결합니다. 예:

                                    꼬리(tail)
                                  ┌──────────────┐
    ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┤ (식별선/파선) │
    ────○─────────────────────────┴──────────────    ← 기선(실선)
       ╱  ↑     z6 ⊿ 4×50(100)  ← 실선 쪽 = 화살표 쪽
      ╱   └ 온둘레 용접 표시(원)
     ▼
  화살 끝 = 용접할 이음부
    ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┴──────────────    ← 식별선(파선)
    ────○───────────────────────────────    ← 기선(실선)
       ╱  ↑
      ╱   └ 온둘레 용접 표시(원)
     ▼
  화살 끝 = 용접할 이음부

> 꼬리에 적힌 WPS 번호를 그냥 지나치는 사람이 많아요. 거기가 이 이음부를 어떤 조건으로 용접하라는 지시입니다. 꼬리에 번호가 있는데 현장에 그 WPS가 없다면 작업을 시작하면 안 됩니다.

2. 화살표 쪽 / 반대쪽 — 여기가 전부입니다

두 가지 표기 방식이 섞여 돌아다닙니다. 도면 표제란에서 어느 방식인지 먼저 확인하세요.

A방식 (ISO 2553 System A) — 실선 + 파선

      ⊿   ← 파선 쪽에 붙음 = 반대쪽(other side)
   ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─
   ─────────────────────────
      ⊿   ← 실선 쪽에 붙음 = 화살표 쪽(arrow side)
     ╱
    ▼

• 기호가 실선(기선)에 걸치면 화살표 쪽
• 기호가 파선(식별선)에 걸치면 반대쪽
• 양쪽 다 같은 용접(대칭)이면 파선을 아예 그리지 않습니다

B방식 (ISO 2553 System B ≒ AWS A2.4) — 파선 없음

      ⊿   ← 기선 위 = 반대쪽
   ─────────────────────────
      ⊿   ← 기선 아래 = 화살표 쪽
     ╱
    ▼

> 두 방식은 판단 기준 자체가 다릅니다. A방식은 위·아래가 아니라 어느 선(실선이냐 파선이냐)에 기호가 붙었는지로 판단하고, 파선은 실선 위에 그려질 수도 아래에 그려질 수도 있습니다. 반면 B방식은 파선이 없고 기선 위/아래만으로 판단합니다. 그래서 A방식 도면을 'B방식처럼 위·아래로' 읽으면 반대로 시공할 수 있어요. 조선소 협력사는 선주·선급에 따라 두 방식 도면을 다 받습니다. 표제란 확인이 습관이 되어야 합니다.

화살표 쪽의 정의: 화살이 꺾여서 최종적으로 닿은 그 면 쪽. 화살이 여러 번 꺾여도 끝점이 닿은 판의 그쪽이 기준이에요.

3. 기본 용접 기호

베벨·J형은 화살이 꺾입니다

반V형과 J형은 어느 판을 개선하는지 지정해야 하므로, 화살이 개선할 판 쪽으로 꺾여 들어가요. 이 꺾임을 무시하고 반대 판을 개선하면 개선 가공을 통째로 다시 해야 합니다.

4. 필릿 치수 — 각장(z)과 목두께(a)

필릿에서 가장 많이 틀리는 부분입니다. 기호 왼쪽 숫자 앞의 알파벳을 보세요.

z6 ⊿    →  각장(다리길이) 6mm
a5 ⊿    →  목두께 5mm
6  ⊿    →  표기 관례에 따라 다름 (도면 주기 확인 필요)

등각 필릿에서 둘의 관계는 이렇습니다.

a = z / √2 = z × 0.707
z = a × √2 = a × 1.414

예1) 도면 z7  →  a = 7 × 0.707 = 4.95 ≈ 5.0mm
예2) 도면 a6  →  z = 6 × 1.414 = 8.49 ≈ 8.5mm 각장으로 시공

즉 a5 와 z7 은 사실상 같은 용접입니다.

> a와 z를 같은 숫자로 착각하면 30~40% 차이가 납니다. a6을 z6으로 알고 놓으면 목두께가 4.2mm밖에 안 나와 설계 강도 미달, 반대로 z6을 a6으로 알면 필요 없이 크게 놓게 됩니다.

크게 놓으면 좋은 게 아닙니다

필릿 단면적은 각장의 제곱에 비례해요.

각장 6mm 필릿 단면적 ≈ 6² / 2 = 18.0 mm²
각장 9mm 필릿 단면적 ≈ 9² / 2 = 40.5 mm²

각장 1.5배  →  용착금속 2.25배
            →  용접봉 2.25배, 시간 2배 이상, 입열 2배 이상
            →  각변형·수축 증가, 잔류응력 증가

"튼튼하게 해주려고" 크게 놓은 필릿이 변형과 균열을 만들고 원가를 잡아먹습니다. 도면 치수대로가 정답이에요. 필릿 각장은 용접게이지(필릿 게이지) 로 그 자리에서 확인합니다.

5. 기호 오른쪽 숫자 — 길이·개수·간격

연속 용접이 아니라 단속(斷續) 필릿일 때 붙습니다.

z6 ⊿ 4×50(100)
 │      │  │   └ 용접부 사이 간격 100mm  ← ISO 방식
 │      │  └ 각 용접부 길이 50mm
 │      └ 용접부 개수 4곳
 └ 각장 6mm

→ 50mm 용접 / 100mm 쉬고 / 50mm 용접 ... 을 4번

> 괄호 안 숫자의 의미가 규격마다 다릅니다. ISO 계열은 용접부 사이의 빈 거리, AWS 계열은 피치(중심 간 거리) 로 쓰는 경우가 있어요. 같은 도면이라도 표제란의 적용 규격을 보고 판단하세요. 헷갈리면 총 용접 길이를 계산해 설계자에게 확인하는 게 빠릅니다.

지그재그(엇갈림) 단속 필릿은 기선 위아래에 기호를 어긋나게 배치해 표시합니다.

6. 그루브(맞대기) 치수 표기

        60°       ← 개선각(포함각)
      ┌─V─┐
   ────┴───────────
        2         ← 루트간격(root gap) 2mm

s8  V  →  s = 그루브 목두께(용입 깊이) 8mm

루트간격을 무시하면 용입 부족(IP) 이 나옵니다. 조립할 때 갭이 도면과 다르면 임의로 붙이지 말고 조립 담당에게 알려야 해요. 갭이 과다할 때 그냥 용접봉으로 메우는 것은 대부분 WPS 위반입니다.

7. 신입이 자주 하는 실수

도면을 받았을 때 순서

• 표제란에서 적용 규격(KS B ISO 2553 / ISO 2553 A·B방식 / AWS A2.4) 확인 — 구도면에는 폐지된 KS B 0052 표기가 남아 있을 수 있음
• 화살이 최종적으로 닿은 면 확인
• 기호가 실선 쪽인지 파선 쪽인지(또는 기선 위인지 아래인지) 확인
• 기호 왼쪽 문자 확인 — a인가 z인가 s인가
• 오른쪽 숫자 — 연속인가 단속인가, 괄호 값의 의미
• 보조기호 — 온둘레(○), 현장(▶), 표면 마무리 지시
• 꼬리의 WPS 번호로 실제 WPS를 찾아 손에 들기

WPS는 "감으로 하지 말라"는 문서입니다

WPS(Welding Procedure Specification, 용접절차사양서)는 이 이음부를 어떤 조건으로 용접하라를 숫자로 못 박은 지시서예요. 요리 레시피와 비슷하지만, 지키지 않으면 밥맛이 없는 게 아니라 선체나 압력용기가 깨집니다.

부울경 조선·플랜트 협력사에서 실제로 자주 벌어지는 일이 있어요. 20년 경력 용접사가 "이 조건이면 비드가 안 예쁘다"며 전류를 30A 올리는 것. 비드는 예뻐지지만 입열량이 올라가 열영향부 인성이 떨어지고, 선급 검사에서 절차 위반으로 걸립니다. WPS는 개인 기량보다 우선합니다.

WPS에 반드시 들어가는 항목

용접법 번호 — ISO 4063

WPS에 숫자로만 적혀 있는 경우가 많아요.

용접 자세 — 두 가지 표기가 섞입니다

> PF(상진)와 PG(하진)를 바꾸면 완전히 다른 용접입니다. 하진은 빠르지만 용입이 얕아요. WPS가 PF인데 작업자가 편해서 하진으로 내려오면 용입 부족이 나옵니다. 고장력강 구조물에서 특히 문제가 됩니다.

입열량(Heat Input) — 숫자 하나가 인성을 좌우

WPS의 전류·전압·속도가 왜 범위로 묶여 있는지는 이 식으로 설명됩니다.

입열량 Q [J/mm] = 전압(V) × 전류(A) × 60 / 용접속도(mm/min)

예) FCAW, 26V · 260A · 300mm/min
Q = 26 × 260 × 60 / 300
  = 405,600 / 300
  = 1,352 J/mm = 1.35 kJ/mm

여기에 용접법별 열효율 계수 k를 곱해 실제 입열로 보정하기도 합니다(규격에 따라 다름).

k 값 예시 (ISO 1011 계열)
 SAW(121)              k ≈ 1.0
 SMAW·MAG·FCAW(111/135/136)  k ≈ 0.8
 GTAW(141)             k ≈ 0.6

위 예에 k=0.8 적용  →  1.35 × 0.8 = 1.08 kJ/mm

입열이 크면 / 작으면

> 조선·해양 고장력강(예: EH36급)은 WPS에 입열 상한이 붙습니다. "속도를 늦추고 천천히 예쁘게"가 오히려 규격 위반이 되는 이유예요. 용접속도도 WPS 준수 대상입니다.

예열 — 왜 데우고 시작하나

예열의 목적은 냉각속도를 늦춰 경화 조직과 수소를 줄이는 것입니다. 두꺼운 판일수록, 탄소·합금이 많을수록 필요해요.

판단 근거로 탄소당량(CE, IIW식) 을 씁니다.

CE = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15

예) C 0.18, Mn 1.20, Cr 0.10, Mo 0.02, V 0, Ni 0.10, Cu 0.20

CE = 0.18 + 1.20/6 + (0.10+0.02+0)/5 + (0.10+0.20)/15
   = 0.18 + 0.200 + 0.024 + 0.020
   = 0.424

> 위 구간은 판단의 출발점일 뿐입니다. 실제 예열온도는 두께·구속도·수소량·적용 규격(AWS D1.1 부속표, EN 1011-2 등)으로 결정돼요. 최종 기준은 언제나 그 이음부의 WPS에 적힌 숫자입니다.

예열 실무에서 틀리는 것

• 온도를 아크 시점의 이음부에서 재야 하는데, 토치로 겉만 데우고 바로 시작
• 측정 위치가 규정과 다름 — 보통 개선면에서 일정 거리 떨어진 지점을 규정합니다
• 두꺼운 판에서 반대면까지 열이 통하지 않은 상태로 시작
• 중단 후 재개할 때 예열을 다시 안 함
• 온도계(접촉식 온도계·초크·써모크레용) 미비치

패스간 온도는 "최대"입니다

예열은 최소, 패스간 온도는 최대예요. 방향이 반대라서 헷갈립니다.

예열 150℃ 이상  →  이 온도보다 낮으면 아크 금지
패스간 250℃ 이하 →  이 온도보다 높으면 식을 때까지 대기

> 납기에 쫓겨 식기 전에 다음 패스를 올리는 것이 현장에서 가장 흔한 WPS 위반입니다. 대책은 단순해요 — 이음부를 여러 개 돌아가며 작업하면 자연 냉각 시간이 생깁니다.

후열처리(PWHT)와 후열(DHT)은 다릅니다

PWHT는 유지시간·승온속도·냉각속도까지 WPS에 지정됩니다. 탄소강은 관례적으로 두께 25mm당 1시간 수준의 유지시간을 적용하는 경우가 많지만, 정확한 값은 적용 규격(ASME Sec.VIII, 선급 규칙 등)의 표를 따라야 합니다.

> PWHT 여부는 WPS 승인 범위에 묶여 있습니다. "이번엔 시간이 없으니 생략하자"가 불가능한 이유예요. PWHT를 뺀 제품은 인정된 절차로 만든 제품이 아닙니다.

부울경 현장에서 WPS가 안 지켜지는 이유

> WPS는 작업 위치에 물리적으로 걸려 있어야 합니다. 외국인 근로자 비중이 높은 협력사는 전류·전압·속도·예열 온도를 숫자와 그림 중심의 요약 카드로 만들어 붙이는 게 효과적이에요. 언어와 무관하게 읽힙니다.

작업 시작 전 확인

• 이 이음부의 WPS 번호를 도면 꼬리에서 확인했다
• 해당 WPS 실물(또는 요약 카드)이 작업 위치에 있다
• 모재 재질·두께가 WPS 적용 범위 안이다
• 용가재 규격·지름이 WPS와 일치하고, 건조 조건을 지켰다
• 용접기 전류·전압을 WPS 범위로 설정했다
• 예열 온도를 규정 위치에서 측정했다
• 패스간 온도 상한을 알고 있고, 측정 도구가 있다
• 실드가스 종류·유량, 백가스 여부를 확인했다

WPS는 혼자 서지 못합니다

WPS에 "예열 100℃, 입열 2.0kJ/mm 이하"라고 적었다고 그 조건이 안전하다는 보장은 없어요. 그 조건으로 실제 용접해서 잘라보고 당겨보고 굽혀본 기록이 있어야 합니다. 그게 PQR(Procedure Qualification Record, 절차인정기록서) 입니다.

[시험 용접 실시]  →  [시험편 채취·시험]  →  [PQR 기록]
                                              │
                                              ↓ 뒷받침
                                           [WPS 발행]
                                              │
                                              ↓ 이 WPS로
                                        [용접사 기량시험 WQT]
                                              │
                                              ↓
                                          [실제 제품 용접]

PQR 없는 WPS는 문서가 아니라 희망사항이에요. 원청·선급 심사에서 가장 먼저 요구하는 것이 "이 WPS를 뒷받침하는 PQR을 보여달라"입니다.

3층 구조를 구분하세요

용접사 자격이 있어도 회사에 PQR이 없으면 그 이음부를 시공할 수 없고, PQR이 있어도 그 절차로 기량시험을 통과한 용접사가 없으면 역시 시공할 수 없습니다. 둘 다 있어야 합니다.

필수변수 / 비필수변수 / 추가필수변수

PQR의 핵심 개념입니다. 조건을 바꿀 때 재시험이 필요한가를 가르는 기준이에요.

자세는 규격마다 취급이 다릅니다

• ASME Sec.IX: 그루브 용접의 자세는 원칙적으로 비필수변수. 다만 노치인성(충격시험)이 요구되면 추가필수변수가 됩니다.
• AWS D1.1 / ISO 15614-1: 자세가 인정 범위 항목으로 관리됩니다.

> 이 차이를 모르고 "ASME에서는 자세 안 봐도 된다더라"를 조선소 도면에 적용하면 사고가 납니다. 적용 규격을 먼저 확정하고 그 규격의 변수표를 보세요.

PQR 시험 순서

1. 시험 계획 수립 (pWPS 작성)   — 예비 WPS, 조건을 미리 적음
2. 시험편 재료 준비             — 밀시트(MTC) 확보 필수
3. 시험 용접 실시               — 입회 검사 대상이면 검사관 참관
4. 육안검사 + 비파괴검사(RT/UT, MT/PT)
5. 시험편 절단·가공             — 채취 위치가 규격에 정해져 있음
6. 기계시험 (인장·굽힘·충격·경도·매크로)
7. 결과 판정 → PQR 작성·서명
8. PQR을 근거로 WPS 발행

3번에서 실제로 사용한 값을 그대로 기록해야 합니다. PQR은 계획값이 아니라 실측값의 기록이에요. WPS는 범위로 쓰고, PQR은 그날의 단일 값으로 씁니다.

시험 항목과 판정

> 굽힘 시험편 개수·종류(표면굽힘·이면굽힘·측면굽힘)는 판두께에 따라 달라집니다. 얇은 판은 표면·이면굽힘, 두꺼운 판은 측면굽힘으로 대체하는 식이에요. 정확한 개수는 적용 규격의 표를 확인하세요(ASME Sec.IX QW-451 등).

굽힘 시험이 알려주는 것

굽힘에서 터지는 위치가 진단 정보입니다.

인정 범위 — 시험 하나로 어디까지 커버되나

PQR의 실무 가치는 범위에 있습니다. 두께 20mm로 시험했는데 8mm에도 쓸 수 있는지가 핵심이에요.

두께 범위 (규격마다 다름)

ASME Sec.IX 계열
  시험편 두께 T  →  대체로 T의 2배까지 인정 (두꺼운 시험편은 별도 표)
  예) T = 20mm 로 시험  →  대략 40mm 까지 커버

ISO 15614-1 계열
  다층(멀티런) 용접   →  0.5t ~ 2t 형태로 범위 규정
  단층(싱글런) 용접   →  더 좁은 범위
  예) t = 20mm, 다층  →  대략 10 ~ 40mm

※ 위는 개념 설명입니다. 실제 적용 시 반드시 해당 규격의 표를 확인하세요.

배관 자세 인정 범위에는 유명한 규칙이 있습니다.

6G (45° 고정) 로 인정받으면  →  전(全) 자세를 커버
2G + 5G 조합               →  6G에 준하는 범위
1G (회전) 만 인정           →  아래보기밖에 못 씀

그래서 시험은 어려운 조건으로 한 번 해두는 게 이득이에요. 6G로 인정받으면 이후 자세 때문에 재시험할 일이 줄어듭니다.

선급 승인 — 조선·해양이면 한 층 더

부울경은 조선·해양·플랜트 비중이 높아 선급(Classification Society) 승인이 추가로 걸립니다. 한국선급(KR)을 비롯해 발주처가 지정한 선급의 규칙을 따릅니다.

> 협력사가 가장 많이 놓치는 것이 용가재 선급 승인이에요. 규격은 같은데 선급 승인이 없는 제품을 쓰면, 용접 자체가 문제없어도 서류상 인정되지 않아 재시공입니다. 구매 단계에서 선급 승인서(Certificate)를 받아 보관하세요.

심사·감사에서 실제로 걸리는 것들

PQR 파일 점검 체크리스트

• pWPS(예비 WPS)와 PQR의 조건이 서로 대응한다
• 모재 밀시트(MTC) 가 첨부돼 있다
• 용가재 성적서·승인서가 첨부돼 있다
• 예열·패스간 온도의 실측값이 기록돼 있다
• 입열량 계산이 실측 전류·전압·속도로 되어 있다
• 기계시험 성적서(공인기관 또는 입회) 원본이 있다
• 인정 범위(두께·지름·자세·재질군) 가 명시돼 있다
• 시험 입회자·기술책임자 서명과 날짜가 있다
• 이 PQR을 참조하는 WPS 번호 목록이 관리되고 있다

두 금속을 섞으면 제3의 금속이 생깁니다

이종 금속 용접이 어려운 이유는 단순합니다. 용융지 안에서 모재 A + 모재 B + 용가재가 섞여 전혀 다른 조성의 금속이 만들어지기 때문이에요. 그 조성이 잘못되면 굳으면서 갈라지거나, 나중에 사용 중에 갈라집니다.

부울경에서는 피할 수 없는 작업이에요. 조선(선체 탄소강 + 스테인리스 배관·의장), LNG 관련(9% Ni강), 플랜트 열교환기(튜브시트), 자동차 경량화(알루미늄 + 강). 원리를 알고 하는 것과 감으로 하는 것의 차이가 큽니다.

문제는 네 가지입니다

1. 탄소강 - 오스테나이트계 스테인리스

가장 흔한 조합이고, 용가재로 해결합니다. 정답은 대체로 309/309L 계열(E309L, ER309L, E309LT)이에요.

왜 304가 아니라 309일까요? 희석되어 Cr·Ni이 묽어질 것을 예상하고 더 진한 용가재를 쓰는 것입니다.

희석률 계산 — 실제로 해봅시다

용착금속의 원소 함량은 각 재료의 비율로 가중평균됩니다.

[조건] 탄소강 SS400 + STS304, 용가재 ER309L
       용융지 구성 = 탄소강 20% + STS304 20% + 용가재 60%

가정 조성(%)
              C      Cr     Ni     Mn     Si
 탄소강      0.20   0.05   0.02   1.00   0.25
 STS304      0.05  18.50   8.50   1.50   0.50
 ER309L      0.02  23.50  13.00   1.70   0.60

용착금속
 Cr = 0.20×0.05 + 0.20×18.50 + 0.60×23.50 = 0.01 + 3.70 + 14.10 = 17.81
 Ni = 0.20×0.02 + 0.20×8.50  + 0.60×13.00 = 0.004+ 1.70 +  7.80 =  9.50
 C  = 0.20×0.20 + 0.20×0.05  + 0.60×0.02  = 0.040+ 0.010+  0.012=  0.062
 Mn = 0.20×1.00 + 0.20×1.50  + 0.60×1.70  = 0.20 + 0.30 +  1.02 =  1.52
 Si = 0.20×0.25 + 0.20×0.50  + 0.60×0.60  = 0.05 + 0.10 +  0.36 =  0.51

이 조성을 셰플러 선도(Schaeffler diagram) 좌표로 바꿉니다.

Cr당량 = Cr + Mo + 1.5×Si + 0.5×Nb
       = 17.81 + 0 + 1.5×0.51 + 0
       = 17.81 + 0.77 = 18.6

Ni당량 = Ni + 30×C + 0.5×Mn
       = 9.50 + 30×0.062 + 0.5×1.52
       = 9.50 + 1.86 + 0.76 = 12.1

→ (Cr당량 18.6, Ni당량 12.1)
  오스테나이트 + 델타페라이트 소량(대략 5% 부근) 영역
  = 고온균열에 저항하는 안전 구간

희석이 커지면 어떻게 되나

용접사가 전류를 올리거나 개선을 좁게 잡아 탄소강이 40% 녹아 들어갔다고 해봅시다.

용융지 = 탄소강 40% + STS304 20% + ER309L 40%

 Cr = 0.40×0.05 + 0.20×18.50 + 0.40×23.50 = 0.02 + 3.70 + 9.40 = 13.12
 Ni = 0.40×0.02 + 0.20×8.50  + 0.40×13.00 = 0.008+ 1.70 + 5.20 =  6.91
 C  = 0.40×0.20 + 0.20×0.05  + 0.40×0.02  = 0.080+ 0.010+ 0.008=  0.098
 Mn = 0.40×1.00 + 0.20×1.50  + 0.40×1.70  = 0.40 + 0.30 + 0.68 =  1.38
 Si = 0.40×0.25 + 0.20×0.50  + 0.40×0.60  = 0.10 + 0.10 + 0.24 =  0.44

Cr당량 = 13.12 + 1.5×0.44 = 13.8
Ni당량 = 6.91 + 30×0.098 + 0.5×1.38 = 6.91 + 2.94 + 0.69 = 10.5

→ (13.8, 10.5)  =  마르텐사이트 영역
  경도 급상승, 연성 소실, 저온균열·용접 후 지연균열 위험

> 희석률이 40%에서 60%로 올라간 것만으로 조직이 바뀝니다. 전류를 조금 올리거나 개선을 좁게 잡는 것만으로도 희석률은 쉽게 이만큼 움직여요. 이종 용접에서 WPS의 전류·속도 범위가 왜 좁게 잡히는지가 여기 있습니다. "용입 좋게 세게 당기자"가 이종 용접에서는 곧바로 균열입니다. 이종 용접에서 WPS의 전류·속도 범위가 왜 좁게 잡히는지가 여기 있어요. "용입 좋게 세게 당기자"가 이종 용접에서는 곧바로 균열입니다.

희석을 줄이는 방법

• 전류를 낮추고 위빙으로 아크를 모재에서 띄운다
• 하진보다 상진, 아크 길이를 짧게
• 첫 패스(루트)는 특히 얇게 — 희석이 가장 큰 구간
• 완충층(버터링) 을 미리 쌓는다

2. 완충층(Buttering) — 이종 용접의 정석

한쪽 모재에 미리 용가재를 덧살로 쌓고(버터링), 필요하면 열처리하고, 개선을 다시 가공한 뒤 반대 모재와 본용접하는 방식이에요.

[1] 탄소강 개선면에 니켈기 용가재로 버터링 (두께 5~10mm 정도)
        ↓
[2] 탄소강 기준으로 PWHT 실시 (탄소강만 존재하므로 가능)
        ↓
[3] 버터링 면을 기계가공해 개선 형상 재조성
        ↓
[4] 버터링 층 ↔ 스테인리스를 본용접 (PWHT 불필요)

왜 이렇게까지 하나요?

• 탄소강은 PWHT가 필요한데, 오스테나이트계 스테인리스는 그 온도에서 예민화됩니다. 둘을 붙인 뒤에는 어느 쪽 기준으로도 열처리할 수 없어요.
• 버터링을 하면 열처리를 탄소강 단계에서 끝내고 넘어갈 수 있습니다.
• 계면이 하나 늘어나는 대신, 각 계면의 조성 차이가 줄어듭니다.

3. 탄소 이동 — 몇 년 뒤에 터지는 문제

고온(대략 400~500℃ 이상)에서 오래 사용되면, 탄소가 탄소강 쪽에서 크롬이 많은 스테인리스 쪽으로 확산합니다. 크롬이 탄소를 끌어당기기 때문이에요.

탄소강 측 : 탄소가 빠져나감  →  탈탄층 형성  →  연화, 강도 저하
STS 측    : 탄화물(Cr23C6) 석출  →  경화, 취화, 입계 부식 민감
계면      : 경도 급변 구간 발생  →  열피로·크리프 파손 기점

대책은 니켈기 용가재입니다. Ni 기지에서는 탄소 확산이 훨씬 느려요.

4. 열팽창 차이 — 숫자로 보면 명확합니다

[조건] 길이 1,000mm 이음부, 온도 변화 400℃

탄소강 신장 = 12×10⁻⁶ × 1,000 × 400 = 4.8 mm
STS304 신장 = 17×10⁻⁶ × 1,000 × 400 = 6.8 mm
                                  차이 = 2.0 mm

이 차이가 구속되면 변형률로 나타납니다.
 변형률 ε = 2.0 / 1,000 = 0.002 (0.2%)
 응력 σ = ε × E = 0.002 × 190,000 MPa ≈ 380 MPa

STS304 항복강도가 대략 205 MPa 수준이니
→ 계면은 이미 항복을 넘어 소성변형
→ 가열·냉각이 반복되면 열피로 균열

> 니켈합금의 팽창계수가 탄소강과 스테인리스의 중간이라는 점이 중요해요. 니켈기 용가재로 완충층을 만들면 팽창 차이를 계단식으로 나눠 받게 됩니다. 고온 배관에서 니켈기를 쓰는 이유가 탄소 이동만이 아닙니다.

5. 알루미늄 - 구리, 알루미늄 - 강

이 조합은 아크 용접으로 붙이려 하면 안 됩니다.

Al + Cu  →  CuAl2 등 금속간화합물 생성 → 유리처럼 깨짐
Al + Fe  →  FeAl3, Fe2Al5 생성 → 두께가 조금만 커져도 취성 파괴

전기 배선에서 알루미늄 케이블과 구리 단자를 직접 압착하면 접촉저항이 커지고 발열·부식이 일어납니다. 반드시 동-알 전이 단자(바이메탈 러그) 를 쓰세요. 이건 용접 문제가 아니라 전기 화재 문제입니다.

6. 갈바닉 부식 — 조선·해양이면 반드시

전해질(해수, 결로수) 안에서 전위가 다른 두 금속이 붙어 있으면 전위가 낮은 쪽이 양극이 되어 녹습니다.

STS304 (귀한 쪽, 음극)  ─── 탄소강 (비한 쪽, 양극)
                              ↑ 여기가 녹는다

면적비가 핵심:
  큰 STS + 작은 탄소강 볼트  →  볼트가 급속히 소모 (최악)
  작은 STS + 큰 탄소강 구조  →  상대적으로 완만

대책: 절연 개스킷·부싱으로 전기적 분리, 도장으로 차단(단, 양극 쪽만 칠하면 더 나빠집니다 — 음극 쪽을 칠하세요), 희생양극 설치, 이종 접합부를 침수 구간에서 제외.

7. 이종 용접 WPS를 볼 때

이종 용접 착수 전 체크리스트

• 두 모재의 정확한 재질 규격을 밀시트로 확인했다(추정 금지)
• 사용 온도·유체·해수 접촉 여부를 확인했다
• 용가재가 사용 조건에 맞는 계열인지 확인했다(309L vs 니켈기)
• 희석을 줄이는 시공 조건(전류·아크길이·패스 두께)이 WPS에 있다
• PWHT가 필요하면 버터링 순서가 계획돼 있다
• 스테인리스 측 백가스·퍼징 계획이 있다
• 스테인리스 전용 그라인더·와이어브러시를 준비했다(철분 오염 방지)
• 갈바닉 부식 대책(절연·도장·면적비)이 설계에 반영돼 있다
• 이 조합을 커버하는 PQR이 실제로 존재한다