1. 배관 용접의 정의
배관 용접은 말 그대로 판재가 아닌 관재인 파이프를 용접하는 것을 말하는데, 그 중에서도 일반 구조물과 압력용기 등의 제작 용접을 제외한 관류를 용접하는 작업을 의미한다. 따라서 배관 용접은 파이프(배관)이 설치되는 산업 특히, 조선 산업을 비롯해 화학 및 건설 등 각종 플랜트 건설 시 매우 중요하게 적용된다고 할 수 있다.

2. 배관 용접의 적용 분야 및 적용 프로세스
배관 용접 시 주로 적용되는 용접 프로세스는 SMAW, GMAW(MIG, MAG)O, TIG 등이며, 특징으로는 AWS 용접 자세 중 6G 자세까지 적용이 되는 분야로 생각할 수 있다. 또한 배관 용접이 적용되는 분야는 앞서 언급했듯 주로 석유화학 산업, 중공업, 발전 산업 등을 꼽을 수 있다.

3. 배관 용접 산업의 구분
배관 용접 산업은 크게 각각의 시공처에 적합하도록 파이프를 자르고 용접하는 배관 제작 산업과 제작된 배관을 실제로 시공하는 배관 용접 시공 산업으로 나눌 수 있으며, 그 외 작업 방식에 따라서는 자동 용접 시 적용되는 장비를 공급하는 자동 배관 용접 장비 산업으로 구분할 수 있다.

(1) 배관 용접 시공 산업
배관 용접에 적용되는 배관 제작은 보통 강관을 제작하는 전문 업체들이 공급하며, 배관 용접 시공 업체는 각 시공처의 요구 조건을 맞도록 제작된 배관을 필요한 크기로 절단하여 실제 현장에서 이음 용접하게 된다. 시공처에 적합한 배관 제작 시 배관 용접은 수동이나 반자동 및 자동 용접 방식 등으로 이루어지며, 맞춤 제작된 배관을 적용부에 접합시키는 시공 작업에는 주로 용접사들에 의한 수동 용접이 가장 일반적으로 적용되고 있다. 따라서 배관 용접 시공 산업에 있어 가장 중요한 요소 중 하나는 용접사의 기량과 고기량 용접사의 수급이라고 할 수 있겠다.

그림 1. 공장에서 제작된 배관 사진

■ 자료: ㈜파스코에서 사진 제공

(2) 자동 배관 용접 장비 산업 ? 오비탈 용접기
앞서 설명한 바와 같이, 실제 시공에 들어가기 전 각각의 적용부에 맞도록 용도별 및 크기별에 따라 배관을 현장이나 공장 내에서 제작하게 되는데, 이 때 용접사들이 직접 수동 용접하여 배관 용접하는 경우가 일반적이긴 하지만, 최근 용접사 부족 및 생산성 등의 이유로 자동 배관 용접 장비에 의존하여 배관을 용접하는 경우도 점차 늘어나고 있다. 자동 용접은 원둘레 용접을 자동으로 할 수 있는 오비탈 자동 용접기를 주로 적용하고 있으며, 국내의 경우 이러한 오비탈 용접기를 제조하는 업체는 거의 드문 실정으로, 일부 업체가 소형 장치를 제작하고 있는 것으로 알려지고 있다. 그 외 배관 자동화 용접 장치는 용접의 현상 및 조건에 따른 특화된 장치 형태가 국내 일부 자동화 장치 제작 업체를 중심으로 개발되고 있다. 그러나 이 경우 용접뿐 아니라 일반 자동화 장치를 함께 하고 있어 전문화된 자동화 용접 장치를 제작하는 데는 경험이 적고 한계가 있기 때문에 현재 국내에서 사용되는 오비탈 용접기의 대부분은 미국의 LIberdi, 프랑스의 Polysoude, 미국의 AMI, 일본의 Aichi 등에서 수입하여 사용하는 것이 일반적이다. 

1) 오비탈 용접기란?
오비탈 용접이란 고정된 파이프의 원주(Orbit)를 따라 가이드링을 설치해놓고 용접 토치가 그 위를 주행하면서 자동 용접되도록 하는 장비를 말하는데, 흔히 파이프 자동 용접기라고 부르기도 하며, 파이프 외에도 탱크 및 벳셀 등의 자동 용접에도 활용되고 있다. 오비탈 용접은 GTAW(TIG) 용접법을 사용하는 것으로 알려져 있으나, 모재에 따라 CO₂ 혹은 FCAW, PAW로 용접하기도 한다.

그림 2. 오비탈 용접기의 예

■ 자료: ㈜진흥테크에서 사진 제공

2) 오비탈 용접의 역사
오비탈 용접은 1960년대 초 항공 산업 분야에 처음 사용되었다가 1970년대에 들어 원자력발전 산업 부문의 파이프 용접에 주로 적용됐다. 그러나 당시 오비탈 용접 장비의 가격이 너무 비싸 원자력발전 산업 Piping 시스템 용접부에 대해 요구 규격(Code)을 만족하고서도 널리 보급되지는 못했다.
원자력발전 산업의 신규 건설이 점점 줄어드는 1980년대에 이르러, 오비탈 튜브 및 파이프 용접 장비의 적용은 입계응력부식균열(IGSCC)과 같이 가동 중 문제가 야기되어 수정이 요구되는 원자력 Piping 시스템 분야에 정착됐고, 오비탈 TIG 및 GTAW 파이프 용접 장치는 재순환 루프 파이프와 Primary 파이프의 교체 및 보수 공사의 전 분야에 걸쳐 적용되기 시작했다. 이러한 결과는 1980년대 후반과 1990년대에 접어들어 오비탈 용접 기술의 전파를 더욱 가중시키게 됐고, 고도의 청결이 요구되는 식료품 제작 파이프라인에까지 적용 분야가 확산되는 효과를 가져왔다. 최근 오비탈 용접 장비는 반도체, 식품, 약품, 화학, 항공 등 고품질이 요구되는 튜브 및 배관의 용접 작업의 표준 공법으로 널리 이용되고 있으며, 기존의 수동 용접 방식과 대비하여 생산성 증가, 품질 향상 및 원가 절감에 기여하는 프로세스로 인정받고 있다.
한편, 국내의 경우 1970년 이후 원자력발전소 건설에 가장 먼저 적용됐으나, 당시에는 관련 미국업체가 사용한 장비일 뿐 국내에는 전혀 도입이 이루어지지 못했다. 그 후 1988년 서울올림픽을 전후하여 한국중공업에서 처음으로 장비를 구입하여 발전소용 보일러 튜브에 적용한 것이 국내 오비탈 용접의 첫 시작이라고 할 수 있으며, 설비 중심의 산업이 발전하고 손으로 용접할 수 없는 부분을 용접하거나 파이프가 지닌 특성에 맞춘 용접법이 요구되는 경우가 많아짐에 따라 오비탈 용접기의 적용 사례는 더욱 확대되어 위생관, 반도체, 플랜트 등을 중심으로 적용 영역이 넓어지기 시작했다. 오늘날에 이르러서는 화학공장 배관, 식음료 배관, 제약, 반도체, 위생 배관, 해양, 송유관, 보일러 배관, 각종 설비 배관 등 배관 용접이 필요한 곳에는 모두 사용이 가능하다. (표 1 참조)

■ 자료: 위더스 교역 회사 자료 ? ‘파이프 자동 용접’

3) 오비탈 용접기의 특징
오비탈 용접기를 사용하게 되면 일반적으로 수동 용접의 1.5~3배 정도 작업 능률이 올라가지만, 다품종 소량 용접 시에는 비싼 장비 가격으로 인해 오히려 더 비효율적인 경우가 많다. 또한 용접기 모델과 헤드에 따라 사용 가능한 파이프의 크기 및 두께 등의 범위를 달리해야 한다는 한계점이 있다. 그러나 정확한 용접 변수 조절이 가능해 백비드 등 용접 비드가 아름답고 작업 품질이 우수하기 때문에 RT 검사 등의 까다로운 검사 조건에서도 최적이다. (표 2 참조)

표 2. 오비탈 용접기의 특성

■ 자료: 위더스 교역 회사 자료 ? ‘파이프 자동 용접’

4) 오비탈 용접기의 적용
각 작업 및 적용에 따라 오비탈 용접기의 기종 자체는 다 틀리겠지만, 대구경 배관 용접의 경우에는 CO₂ 자동 용접 및 서브머지드 용접이 주로 적용되며, 박판의 경우에는 티그 용접이 적용된다.

5) 오비탈 용접기의 규격화 현황
용접 장비에 대한 국제 표준화는 특별히 명시된 것은 없으나, 오비탈 용접기는 적용 산업 분야의 특성에 따라 적용되는 규정이 다르며 수출을 위해서는 해당 국가의 장비 제작 규정과 일치해야 한다고 관련 업계는 전하고 있다. ㈜진흥테크 진주섭 대표가 “특별히 국제 표준이 정해져 있다고는 할 수 없고, 다만 해외 메이저 제조사들의 장비 사양이 표준으로 되어 있다고 보면 될 것”이라고 언급하고 있는 것과 같이, 외국의 메이저 용접 시공사들이 사용하는 장비들의 사양이 전 세계적으로 공통적으로 적용되고 있는 일반적이라고 보면 될 듯하다.

배관 제작 시 수동 용접과 자동 용접의 비교

자동 용접 시스템의 요구가 강하게 부상하고 있는 가운데, 그러나 여전히 수동 용접에 의한 작업에 의존하고 있는 국내 배관 용접 산업의 현실상 뛰어난 용접사를 배출하는 것도 매우 중요한 과제가 되고 있었다. 특히 배관 용접은 앞서 언급했듯 각종 발전소 및 화학/정유 공장 등에 주로 설치 적용되고 있으므로, 파이프를 연결하는 데 있어 조금이라도 틈새 및 불량이 발생한다면 인명 및 재산 피해를 가져올 막대한 사고를 유발할 수 있기 때문에 무엇보다 우수한 기량을 갖춘 용접사를 배출해 주길 관련 업계는 강력히 요구하고 있었다. 즉, 용접사들을 배출하는 교육 및 양성 기관이 그들의 역할을 제대로 이행해 주길 바라고 있는 것이다. 그러나 국내 자격 제도가 그저 단순한 흉내내기이며, 국내 자격증도 한낱 종이조각 그 이상의 의미를 가지고 있지 못하기 때문에 현장에서 인력을 채용하는 데에도 상당히 애를 먹으며, 업계에서도 국내 자격 제도 및 자격증 자체에 대해 강한 불신을 보이며 회의론을 들고 있다. 성창E&C주식회사 공사부 강창곤 차장에 따르면, 배관 설치 시공에 필요한 용접사 인력 수급은 1차적으로 작업 반장을 통해 이루어지며 추가적으로 필요한 인력은 건설 발주처에 의한 모집 공고를 통해 이루어지는데, 이 때 작업 반장을 통해 수급된 인력의 경우에는 평소 인맥이나 작업을 함께 해왔던 경험을 통해 실력을 충분히 검증을 받았지만, 모집 공고를 통한 인력들은 현장에서 시험 자격을 거친 후 그 실력을 검증 받고서야 현장 작업에 투입될 수 있다고 한다. 즉, 배관 용접 시공 설치 시에서는 국가 자격 소지자라도 다시 현장에서 자격 시험을 거쳐야 하는 등 현실적으로 국가 자격 제도와 현장 사이에는 괴리감이 존재한다는 것을 관련 업계는 대부분 통감하고 있는 것이다.

지금은 국내 배관 용접 산업에서 인력에 의한 수동 용접이 가장 큰 부분을 차지하고 또 고기량 용접사의 원활한 수급이 선행되어야 할 당면 과제로 지적되고 있지만, 앞으로는 이 같은 인력 수급의 어려움 및 원가 절감, 생산성 향상 및 공기 단축 등의 이유로 인력에의 의존율 높은 배관 용접 산업도 점차 자동화되어 갈 것이라는 전망이 지배적이다.

출처: 디지털여기에