용접이란 녹일 용(鎔), 붙일 접(接)의 풀이 그대로 해석할 수 있다. 용접은 같은 종류 또는 다른 종류의 금속재료에 열과 압력을 가해 고체 사이에 직접 결합이 되도록 접합시키는 방법으로 융접법과 압접법이 있다.
용접에는 가스용접과 특수용접, 전기용접 등이 있다. 가스 용접은 산소와 가스의 혼합으로 불을 붙여 이용하는 것으로 절단에도 주로 쓰이며, 특수용접은 전자빔용접`레이저용접`로봇용접 등이 이에 해당하는데, 이 용접법은 용접기술이 급속도로 발전하면서 새롭게 등장한 용접법이며, 고에너지 밀도용접법 이라고도 한다. 현장에서 가장 많이 쓰이는 용접으로는 CO2용접과 알곤용접이 있다. 또 전기용접은 용접의 기초로서 아크용접 이라고도 한다.
용접할 때 쓰이는 용접봉은 전기용접봉과 특수용접봉으로 나뉜다. Co2 특수용접에는 와이어가 사용된다. 하지만 알곤 용접 TIG에서는 전기용접봉과 같은 용접봉도 사용하며 길이가 긴 특수 용접봉을 사용하기도 한다. 이들 용접봉의 피복제는 아크를 안정시키며 전기 절연 작용을 하고 스패터링을 적게 한다.
이러한 용접은 재료를 절약할 수 있으며 중량이 가벼워지고 경제적, 두께의 제한성이 적다는 장점이 있다. 그러나 재질의 변형과 잔류응력이 존재하고 저온 취성이 생길 우려가 있으며 품질검사가 곤란하고 변형과 수축이 생긴다는 점과 용접사의 기능 숙련도에 따라 용접 결과가 좌우된다는 단점을 안고 있다.  

조선산업과 용접산업의 공생관계
선박을 건조하기 위해서는 강재를 접합 해야한다. 그리고 그 강재를 접합하는 유일한 기술로 ‘용접’이 적용되고 있다. 이 때문에 용접산업은 조선산업의 호황 유무에 따라 그 호불호가 갈라지는 등 조선산업과 밀접한 공생관계를 유지하고 있는 것으로 보인다. 이는 용접산업이 조선산업의 호황에 가장 큰 덕을 보고, 조선산업의 불황에 가장 큰 실을 보는 형태를 오래 전부터 보여왔고, 조선산업에서 용접이 35% 이상의 큰 비중을 차지하고 있기 때문이다.
우리나라 조선산업에서 용접은 과거 ‘되느냐, 안되느냐’의 문제에서 오늘날 ‘어떻게 더 효율적으로 할 것이냐’의 문제로 변화하는 추세를 보이고 있는 것으로 전해졌다. 1950년대까지 세계 조선업의 절대강자는 영국이었다. 영국은 목선에서 철선으로 넘어오는 시기에 리벳(Rivet)접합 기술을 적용해 선박을 건조했다. 리벳접합은 철판 두 장을 끝을 겹쳐 구멍을 뚫은 뒤 불에 달군 굵은 쇠못을 때려 넣는 기술로, 영국은 이를 내세워 1차 세계대전의 전함 수요를 선점한 뒤 세계 조선산업 시장을 정복했다. 그러나 영국의 리벳접합은 일본의 ‘용접?블록공법’에 밀리고 말았다. 그리고 오늘날까지 용접은 선박의 선체를 건조하는 과정에서 주요 공법으로 사용되고 있다.
용접, 조선산업의 전문가 대부분은 영국이 일본에 조선산업 주도권을 빼앗긴 유일한 요인으로 ‘용접공법’을 적용하지 않았기 때문이라고 분석한다. 당시 용접기술이 개발돼 3배 이상의 생산성을 보일 수 있었음에도 불구, 영국의 조선업계는 리벳공법을 계속 고집했고, 결국은 쇠퇴로 이어진 것이다. 이처럼 조선산업의 시장 흐름, 판로를 뒤 엎었던 것이 바로 ‘용접’이다.

용접산업 업체의 기술개발
우리나라의 경제발전과 더불어 철을 이용한 수요가 급증하면서, 이와 함께 철을 접합하는 용접산업도 발전하게 됐다. 그리고 용접기, 용접재료 등 용접산업에서 이른바 ‘VVIP’, 가장 큰 수요를 책임지고 있는 산업은 조선산업이다. 왜냐하면 과거 용접기술이 활성화 되기 전, 리벳접합으로 선박을 건조하던 때 용접은 용접 중 고열에 의한 재질 변화로 강재가 쉽게 깨지거나 충격에 대해 무른 성질이 되거나, 열에 의해 강재가 변형일 일으키는 등 약점을 더 크게 부풀려져 강재끼리 겹치기 이음을 하지 않고도 접합할 수 있어 강재가 절약된다는 점, 선체구조도 가벼워질 뿐만 아니라 공기절약도 가능하다는 점 등에서 리벳접합에 비해 우수한 점이 많았지만 외면당했던 과거와는 달리, 현재 용접은 선박 건조에서 주류가 되고 있기 때문이다.
용접기 시장의 경우, 국내의 유수한 용접기의 성능검증과 사용조건, 사양의 다양함 속에서 차별화 된 특성과 기술로 조선업의 특성에 맞는 용접기술로 안전하고 내구성이 강한 용접기를 개발하고 있는 것으로 알려졌다. 용접기 시장은 대부분 공급자 시장 중심으로 획일적인 제품을 제작해 작업자 사용의 편리성, 운영상 문제점이 느리다는 지적을 받아왔다. 이에 몇몇 업체에서는 철저한 고객중심 경영으로 작업자의 작업장소, 작업조건, 작업환경에 따른 철저한 시장조사를 바탕으로 시제품 출시 후 고객의 욕구를 다시 반영하는 등 철저히 작업자 중심의 용접기를 제작하는 것으로 알려졌다. 특히, 지난해 1월1일, 전기용품 자율안전확인제도가 본격적으로 시행되면서 기술 뿐만 아니라 ‘안전’에도 만전을 기하는 업체도 상당수 있는 것으로 전해졌다.
용접재료 업체의 경우, 최근 소득이 증대되고 건강에 대한 관심이 급속도로 높아지면서 각 산업에도 건강과 밀접한 관계를 가지고 있는 ‘웰빙’, ‘친환경’ 바람이 불고 있다. 지구온난화 등 세계 환경 피해에 대한 우려로 인해 환경에 관심이 집중되고 있으며, 친환경은 과거, 현재는 물론 앞으로도 사람들의 최대 관심사로 여겨질 것이다. 이에 각 용접재료 업체에서는 작업자의 건강을 고려한 친환경 제품을 개발하고 있는 것으로 알려졌다.

각 조선소의 용접 관련 기술개발
몇몇 일부 조선소에서는 용접설비 업체보다 더 빠르게 현장성을 고려해 조선소의 생산성을 극대화할 수 있고, 고품질의 용접이 가능토록 하는 용접설비를 개발해 적용 중이다.
STX조선해양은 얼마전 광통신을 용접 장비에 적용한 ‘광통신 디지털 용접시스템’의 개발 성공을 알렸다. 광통신은 두께 1mm 미만의 광섬유를 통해 빛 신호로 정보를 교환해 수백㎞ 거리까지 통신이 가능한 빠르고 안정적인 통신 방법으로 이를 용접장비에 적용한 것은 STX가 세계 최초다. 그동안 용접 작업은 선박 외형에 맞추어 미리 잘라놓은 후판을 실외 작업장에서 잇는 방식으로 진행됐기 때문에 작업자는 50킬로그램(kg)에 달하는 용접 케이블을 들고 먼 거리를 이동하며 작업을 해야만 했다. 선박 둘레를 한 바퀴 도는 이동거리가 약 900미터에 달하는 점을 감안하면 본 작업을 하기도 전에 엉뚱한 곳에 힘을 쓸 수 밖에 없는 구조였던 셈이다. 하지만 디지털 방식을 적용함으로써 케이블의 부피를 80%이상 줄였으며 무게도 10㎏ 감량시켜 작업자들의 작업 환경을 최적화시켰다.

STX조선해양에서 개발한 광통신 디지털 용접시스템
■출처: STX조선해양

선박 건조시 용접의 적용부위 및 용접법
선박을 건조하는 공정에서 가장 많은 인원이 투입되는 과정이 바로 용접이다. 용접은 철판을 절단해 선체의 각 부분을 구성하는 블록을 만들고, 그 블록을 하나로 결합하는 유일한 공정이다. 그리고 용접 업무의 40~45%는 자동 용접 로봇, 경량 자동화 장비로 이뤄지지만 장비를 사용하기 어려운 곳에는 여전히 사람이 직접 용접을 하며 용접작업 여하에 따라 배에 물이 새거나 선체가 충격에 부서지는 사고가 일어나지 않기 때문에 전문가급의 치밀하고 섬세한 노하우가 필요하다.
선박 건조시 사용되는 용접법은 플럭스코어드아크용접(FCAW), 서브머지드아크용접(SAW), 티그용접(TIG), 스테인리스용접(STS)이 대표적이다.

(1)플럭스코어드아크용접(FCAW: Flux Cored Arc Welding)
플럭스코어드아크용접(FCAW: Flux Cored Arc Welding)은 모든 부분에 어떤 자세로도 용접이 가능하다. 흔히 이산화탄소(CO2)용접이라고 불리며, 조선소에서 가장 많이 쓰이는 용접법이다. 플럭스코어드아크용접은 용접기, 용접 와이어를 공급하는 캐리지, CO₂가스를 제공하는 실린더, 토치 등으로 이뤄진다. 용접방법은 토치 입구에서 나오는 와이어가 접지한 철판에 닫는 순간 불꽃과 고열을 내는 아크(Arc)를 발생시켜 용접봉(와이어)과 떨어져 있는 두개의 철판을 함께 녹여 하나로 붙여주는데, 이때 토치를 통해 CO₂가스가 나와 막을 형성해 녹은 상태의 쇳물이 공기와 닿는 것을 차단해 준다. 또 와이어 안의 플럭스(Flux)라는 검은 가루는 아크를 안정시키고 용접된 부분(용접비드)을 깨끗하게 만든다.
플럭스코어드아크용접법은 용접봉 교체 시간을 줄일 수 있어 용접 속도가 빠르며, 다른 아크용접법에 비해 용착효율이 높고, 세라믹 백킹재를 이용한 일면 용접뿐 아니라 어떤 자세로도 용접이 가능하다는 장점을 안고 있다. 반면, 바람이 강한 옥외 작업시 CO₂가스 사용에 제한이 있다는 것이 단점이다.

(2)서브머지드아크용접(SAW: Submerged Arc Welding)
서브머지드아크용접(SAW: Submerged Arc Welding)은 후판 용접에 사용되는데, 조선소에서 CO₂용접 다음으로 가장 많이 쓰인다. 용접방법은 용접할 부위에 플럭스 가루를 일정 두께로 뿌린 뒤 그 속에 전극 와이어를 연속적으로 송급해 접지된 철판과의 아크를 발생시켜 이를 다 함께 녹여 용접한다. 자동화된 설비로 1000A 이상의 대전류 속에서 용접이 가능하므로 두꺼운 후판을 빠른 속도로 용접한다. 단, 용접선이 짧거나 복잡한 경우 수동에 비해 비능률적이므로 야드에서는 주로 평블록의 주판(평판) 용접에 사용한다. 곡이 심하지 않은 곡블록의 주판용접에는 세라믹 받침재를 이용한 일면 SAW용접이 적용되는데 이를 FGB(Flexible Glass fiber Backing)용접이라고 한다.

(3)티그용접(TIG: Tungsten Inert Gas Welding)
또 티그용접(TIG: Tungsten Inert Gas Welding)은 아르곤 가스로 용접 부위를 보호하기 때문에 통상 ‘아르곤 용접’으로 불리기도 한다. 티그용접은 고온에서 녹지 않는 텅스텐 전극봉을 사용해 접지된 철판에 아크를 발생시켜 철판을 녹여 용접한다. 박판(薄板)이 아닌 두꺼운 후판의 용접에는 용가재(용접봉)를 공급해 함께 녹여 용접한다. 어떤 자세로도 용접이 가능한 티그용접은 아크 안정성이 높아 스테인리스(STS)강, 알루미늄 합금 등 산화?질화에 민감한 재질의 용접에 사용된다. 정식 명칭은 GTAW(Gas Tungsten Arc Welding)이다.

조선산업에서 용접은 과거 단순히 강재를 접합하는 공정을 넘어서 오늘날은 조선소의 경쟁력을 좌우하는 핵심공정으로 자리잡았다. 즉, 용접설비와 용접재료 및 기술 등 용접산업은 직접적인 조선건설제조효과에 큰 영향을 미치고 있는 것이다. 각 조선소에서도 이 같은 용접의 중요성을 일찌감치 파악하고 용접연구센터를 설립하는 등 어떻게 하면 용접을 고효율적으로 적용할 수 있느냐에 대한 노력에 박차를 가하고 있다.

출처: 메탈넷코리아