‘육성(肉盛)’은 한자 뜻 그대로, ‘몸을 성하게 한다’ 즉, 어떠한 방법을 사용하여 기본 골격을 크게 늘린다는 의미로 해석할 수 있을 것이다. 이런 의미에서 ‘육성 용접’은 기본 소재에 다시 용접을 행함으로써 그 소재를 더욱 두껍게 한다는 개념으로 읽힐 수 있으며, 관련 전문가들은 육성 용접을 ‘내마모 및 내부식성 향상을 위해 기본 소재 위에 니켈 및 인코넬 등의 기능성 재료를 덧씌우는 특수 용접법’으로 정의하고 있다.
육성 용접의 정식 명칭은 ‘오버레이(Overlay) 용접’으로, 오버레이라는 단어가 의미하는 바대로 무엇의 표면에 완전히 덮어씌우는 것이 육성 용접이며, 이는 기본 소재 위에 덧씌운다는 개념에서 일반적인 코팅과 유사하지만, 코팅의 경우 몇 마이크로 단위로 덧씌워지는 데 반해, 이 육성 용접의 경우 몇 밀리리터 단위로 덧씌워지므로 일반 코팅과는 다르다고 할 수 있다.
한편, 기본적인 육성 용접의 개념은 이러하지만, 최근 국내에서는 육성 용접을 오버레이의 큰 틀 안 하위 개념으로 분류하고, 이를 ‘하드페이싱(Hard Facing, 표면 경화)’으로만 한정해서 정의하는 업계 및 관련 전문가의 인식이 두드러지고 있음을 이번 기획취재 업계 인터뷰를 통해 확인해 볼 수 있었다.
육성 용접의 분류
앞서 잠시 언급했듯 업체에 따라 육성 용접에 대해 정의하는 개념들이 다소 틀린 까닭에 흔히 국내에서 육성 용접이라고 인식하고 있는 ‘하드페이싱’만을 육성 용접으로 봐야 할지, 아니면 일반적인 용접 프로세스가 아닌 용사와 같이 분말재료를 소재 위에 덧씌우는 방식까지 포함한 전반적인 오버레이 방법까지 육성 용접으로 봐야 할지 그 분류에 있어서도 고민이 많았다. 그러나 여기에서는 생산기술연구원 김준기 박사가 분류하고 있는 바와 같이, 육성 용접을 하는 목적에 따른 분류와 사용 용접재료에 따른 분류 그리고 주요 사용 장비 및 공정에 따른 분류로 각각 정리해보았다.
우선 목적에 따른 분류 방식으로는 하드페이싱(Hard Facing, 표면 경화), 클래딩(Cladding, 피복), 빌드업(Buildup, 덧살 올림), 버터링(Buttering, 용접 전 금속 접합 부분을 우선 피복하는 일) 등 4가지로 분류할 수 있다. 대표적인 육성 용접 방식인 하드페이싱은 부품의 마모를 막기 위해 부품 표면에 경도가 높고 내마모성이 우수한 재료를 용접하는 것을 뜻하며, 이러한 하드페이싱 육성 용접이 국내에서 가장 많이 적용되는 분야는 굴삭기와 같은 건설 중기, 즉 건설 산업 분야다. 또한 내마모가 아닌 내식성을 위한 육성 용접인 클래딩의 경우 석유화학 플랜트, 해양플랜트 등 각종 플랜트 산업 설비에 적용된다. 예를 들어, 화학약품이 들어가는 대형 탱크를 만든다고 가정했을 때 그 화학약품에 의한 부식을 방지하기 위해 내식성이 강한 소재를 채용해야 하는데, 이 탱크 전체를 스테인리스로 만든다고 할 경우 소재 비용이 비싸므로, 직접적으로 화학약품과 닿는 표면에만 육성 용접함으로써 원가 절감을 실현할 수 있다. 빌드업은 주로 금형 산업에서 적용되는 것으로, 설비 및 부품 사용에 의해 일부 닳아 없어지는 부분을 원상 회복하는 개념 즉, 치수 회복을 위한 육성 용접이라고 할 수 있으며, 버터링은 크랙 방지를 위한 육성 용접법이다.
육성 용접에 사용되는 용접재료는 크게 모양 별로 와이어와 봉, 스트립, 파우더 등으로 분류할 수 있으며, 그 종류는 하스텔로이 및 스텔라이트, 인코넬, 니켈 베이스의 합금과 같이 주로 특수 소재용 합금이 사용된다.
또한 육성 용접에 사용되는 장비 및 주요 공정은 이론적으로 FCAW, GTAW, GMAW, SMAW, ESW, SAW, 레이저 등 일반 용접 장비를 모두 적용할 수 있기는 하지만, 사용률이 조선 산업에 적용되는 일반 용접 장비보다 훨씬 높고 사용 인력만 교체될 뿐 용접 장비 자체는 24시간, 36시간, 48시간 이상 계속 가동되어야 하기 때문에 실제적으로 일반 장비로는 사용율을 충족하기에는 부족한 부분이 있는 것으로 보인다.
한편, 이러한 용접재료와 용접 장비는 적용되는 산업 분야의 특징에 따라 적합한 것을 취사 선택해야 하며, 육성 용접 시스템의 경우 각각의 상황에 따라 각 시공 업체에서 별도로 제작해서 적용하고 있다.
표 1. 육성 용접의 분류표
| 분류 기준 | 내용 |
| 목적에 따른 분류 | 하드페이싱(Hard Facing, 표면 경화) ? 내마모용 |
| 클래딩(Cladding, 피복) ? 내식용 | |
| 빌드업(Buildup, 덧살 올림) | |
| 버터링(Buttering, 용접 전 금속 접합 부분 우선 피복) | |
| 사용 용접재료에 따른 분류 | 와이어, 봉, 스트립, 파우더 |
| 주요 사용 장비 및 공정에 따른 분류 | GMAW/GTAW(Gas Metal/Tungsten Arc Welding) SMAW(Shield Metal Arc Welding) SAW(Submerged Arc Welding) Electroslag/Laser Beam Welding PTAW(Plasma Transfered Arc Welding) HVOF(High Velocity Oxygen Fuel Thermal Spraying, 고속 산소연료 열분사 기법) 외 |
■ 자료: 업체 인터뷰 대답에 의한 결과
육성 용접의 주 적용 산업 분야
육성 용접은 주로 금속 설비가 적용되는 모든 산업 분야에 있어 마모와 부식 부위를 재생하거나 마모, 부식을 예방할 수 있는 방법 중 하나이므로, 그 적용 분야도 일반 기계부터 내마모성 및 내부식성이 크게 요구되는 각종 발전 설비와 고속철도, 해양 플랜트 분야 등의 산업에까지 다양하다 할 수 있겠다.
육성 용접 기술의 역사는 1920년대 초 석유 시추용 드릴 선단부의 내마모성을 개선시키기 위해 처음 적용됐다고 전해지며, 그 후 선진국을 중심으로 급속한 산업화가 진행되면서 장기간 운전을 요하는 장치 산업(석유화학 설비, 광산 설비, 발전 설비, 제철 설비, 시멘트 설비, 제지 설비 등) 및 중장비 기계 설비를 중심으로 적용되면서 발전되어 왔다고 한다.
국내에서도 대표적으로 금속 설비 표면에 특수 용접재료를 이용해 용접함으로써 경도를 높이는 하드페이싱 산업에 주로 적용되며, 이와 관련된 산업은 크게 제철 설비와 발전 설비, 시멘트 설비 등이다. 시멘트 원료인 크링커를 분쇄하거나 발전소에서의 석탄 분쇄를 위한 분쇄롤을 비롯해 제철 설비 산업에서의 연속주조용 가이드롤, 단조 및 성형용 금형 설비 등에서 주로 육성 용접이 적용된다.
또한 육성 용접은 독성이 있는 유체 및 화학 물질을 취급하는 산업에서 유체에 닿게 되는 부위의 부식 방지를 위해 많이 적용되는데, 특히 각종 화학물질을 취급하는 석유화학 플랜트를 비롯해 해수의 염분으로 인해 부식 속도가 빠른 해양플랜트, 그리고 원자력플랜트 등에서의 적용률이 높다.
육성 용접의 필요성 및 특장점
앞서 육성 용접의 개념에서 언급한 바와 같이, 육성 용접 기술은 내마모성, 내식성 또는 내열성을 갖는 합금의 용접재료를 모재 표면에 균일하게 용착시킴으로써 재료의 표면 성질을 향상시키고자 하는 표면 처리의 한 방법이다. 따라서 가혹한 사용 조건 하에서 장시간 사용해야 하는 설비 부품과 극심한 표면 손상을 받아 재보수해야 하는 설비 부품의 경우에는 이러한 육성 용접의 표면 개질 및 보수 방안이 매우 효과적으로 적용 활용되고 있다.
특히 이 기술의 특징은 무엇보다도 필요한 부분에 원하는 물성을 지닌 특수 용접재료를 용착시킴으로써 복합화를 가능하게 하는데, 그 예로 인성을 지닌 저가의 모재 표면에 육성 용접을 활용하여 인성은 열악하나 내마모성이 우수한 특수 용접층을 형성시킬 경우 잘 부러지지도 않으면서 내마모성이 우수한 부품의 제조가 가능한 것이다. 더욱이 부품 사용으로 표면 육성 용접한 부분이 다시 손상된 경우에는 부품의 폐기 대신 손상된 부품의 표면부를 다시 육성 용접해서 사용할 수 있어 매우 경제적이라는 이점도 있다.
출처: 메탈넷 코리아






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