용접은 철강산업과 밀접한 관계를 가진다. 철강산업이라고 함은 자동차, 조선, 기계, 건설, 방위산업을 비롯한 전 산업에 기초 금속 소재를 공급하는 산업으로 철광석, 철스크랩 등을 용해해서 열연, 냉연, 강관, 철근, 봉형강 등을 만들어내는 산업이다.
철강 산업에 포함되는 제품들은 봉형강, 판재류, 강관류, 특수강류로 크게 구분하며, 여기서 다시 철근, 봉강, 선재, 중후판, 열연강판, 냉연강판, 도금강판, 강관, 선재 등으로 세분화된다. 또한 탄소량이 많은 특수 용도의 고탄소강과 탄소 이외의 합금 원소를 가해서 강의 특성을 개량한 합금강을 합친 특수강은 보통강에 대응하는 분류로 사용하기도 한다.
 

산업 전반에 있어서의 용접 산업

1. 운송 부문
항공 우주 산업을 비롯한 자동차, 철도, 조선 산업 등의 운송 부문에서는 최근 에너지 절감에 대한 요구와 환경 보호 측면에서 무엇보다 경량화가 요구되고 있다. 개발 방향이 경량화됨에 따라 조선 및 자동차, 철도 등에 적용되는 소재의 종류도 가볍고 강도가 높은 알루미늄 합금이 적용이 점차 늘어나고 있다. 알루미늄 합금이 운송 수단의 바디에 적용되면서, 이에 따른 용접 또한 대표적인 알루미늄 용접 프로세스인 티그 용접을 비롯해 마찰 용접, 마찰 교반 용접 등의 최신 기술이 적용되고 있는 추세다.

(1) 항공 우주 산업
항공우주 산업은 수많은 기술 분야로 이루어지는 시스템으로, 재료 가공법만 해도 수많은 기술들이 복합적으로 적용되고 있으며, 경량 고성능이 요구되는 매우 엄격한 조건에서 설계, 제작된다는 점에서 용접부의 신뢰성 확보가 매우 중요하다.

1) 재료 및 소재
특히 소재 분야에서는 비강도가 크고 인성이 우수한 소재와 강도가 높고 내열성 등이 우수한 소재를 단독으로 사용하기보다는 복합화시키는 방법으로 가혹한 분위기에서도 탁월한 성능을 발휘하도록 설계 제작되고 있는 실정이다. 용접과 관계되는 소재들로는 Ti 합금이나 합금강, 내열강 및 내열 초합금 등이 주요 소재로 사용되고 있지만, 소재의 경량화를 위하여 섬유 강화 복합재료 등 특수 소재의 사용량도 증가하고 있다.

2) 용접부 특징
항공 우주 산업에 적용되고 있는 용접부의 특징은 복잡한 형상의 얇은 rib을 가진 구조와 고정밀도 및 고품질을 요구하고 있다는 것이다. 특히 용접성이 다른 여러 종류의 재료(조성, 형상, 단주조품 등)와 함께, 용융 용접성이 나쁜 (Al+Ti) 함유량이 높은 니켈기 합금 부품의 적용 증가와 산화 및 질화하기 쉬운 티탄 합금 등의 용접량이 증가하고 있다. 이러한 소재의 용접 품질 향상을 위하여 전자빔 용접, 브레이징, 확산 접합, 레이저 용접 및 용사를 적용하는 부품이 증가하고 있다.

3) 적용되는 주 용접 프로세스
티그 용접 및 용사, 플라즈마 용접, 전자 빔 용접, 마찰 교반 용접, 레이저 용접, 브레이징 등(프레임에는 리베팅이 주가 됨)

(2) 조선 산업
일반적으로 조선 건조 작업은 5% 부재 제작, 45~50% 선각 조립, 30~35% 의장, 9~12% 도장, 그 외 기타 부분이 나머지 3%를 차지하는데, 이들 대부분이 용접 작업이다. 따라서 조선 건조 작업의 생산성을 향상시키는 데 용접이 매우 중요한 역할을 담당한다고 할 수 있겠다.
선박 구조는 크게 곡선 부분이 많은 선수와 선미 부분, 직선 부분이 많은 중앙부로 나뉘며, 세무적으로는 주판과 종방향 공재와 횡방향 골재로 구성된다. 주판과 종방향 골재와의 기본 조합을 블록이라고 하며, 이들 블록의 조합에 의해 대형 선박이 완성된다.

1) 조선 및 해양 산업에 있어 용접 공정의 중요성
용접 공정은 조선 산업은 물론 해양 산업에 있어 없어서는 안 될 필수 기술 중 하나다.
선박 및 해양 구조물의 건조 과정을 흔히 옷을 만드는 과정과 비교하곤 한다. 좋은 옷을 만들기 위해 좋은 옷감을 선별하여 디자인하고 본을 잘 떠서 마름질한 후 박음질하는 과정을 거치게 되듯 선박이나 해양 구조물도 고품질의 후판을 선별하여 설계에 따라 재단한 후 재봉하는 과정을 거쳐 제작하게 된다. 여기서 옷을 만들 때 재봉하는 과정이 바로 선박 및 해양 구조물 제작에 있어 용접 과정에 해당하며, 재봉(박음질)이 얼마나 깔끔하게 잘 마무리됐는지에 따라 옷이 명품이냐 아니냐로 나뉘게 되듯 선박이나 해양 구조물에 있어서도 용접의 기술력에 따라 그 건조물의 품질이 결정된다. 즉, 용접의 기술력이 선박과 해양 구조물에 있어 품질을 좌지우지한다고 볼 수 있으므로, 조선 및 해양 산업에 있어 용접의 역할이 얼마나 중요한지를 확인할 수 있다.

2) 선박 건조 시 적용되는 주 용접 프로세스
1984년까지는 주 용접 재료가 SMAW였으나, 그 후부터는 CO₂ 용접이 도입되면서 CO₂ 용접이 급격히 증가하고 상대적으로 SMAW 방법은 줄어들었다. 여기서 언급하는 CO₂ 용접은 일반 조선에서는 거의 90% 이상이 CO₂ 가스를 사용한 FCAW 방법을 말한다. SAW 방법은 최근 10년 동안 약 10% 내외로 변화가 없었으나, Gravity 용접은 CO₂ 용접이 도입되면서 줄어들었다가 88년경부터 이 기법이의 우수성이 인정되어 다시금 사용량이 증가하게 됐다.
우리나라와 일본의 용접 재료 사용 비율을 따져보면, 우리나라의 대규모 조선소와 큰 차이는 없지만, 내용적으로는 상당한 차이를 보이고 있다. CO₂ 용접의 경우 국내에서는 거의 대부분 수동 용접이나 일본의 경우 CO₂ 용접 와이어의 50% 이상이 기계화 혹은 간이 기계화에 의해 소모되고 있다.
한편, 선박 중심 블록을 기본을 많이 사용되고 있는 용접 프로세스를 알아보면, 소위 판넬 블록이라고 불리는 직선 블록의 주판 용접부에는 SAW법이 사용되고 있다. 이 프로세스는 조선소들의 규모 및 설비 형태에 따라 SAW 양면 용접(Single Wire 사용 혹은 Tandem Wire 사용), FCB(Flux and Copper Backing), FAB(Flux and Asbestos Backing) 등을 이용한 편면 용접 등으로 변형되어 사용되고 있다. 주판에 Longi재가 조합되는 용접부는 Gravity 용접 혹은 CO₂ 용접법이 혼용되어 사용되며, 최근에는 기계화된 CO₂ 용접이 많이 개발, 적용되고 있다. Longi재와 Trans재가 교차되는 용접부위(소위 Slot 부위)는 CO₂ 용접이 사용되고 있다.
내구재와 같은 소조립 단계의 용접 시에는 수평 Fillet 용접 부위는 Gravity 용접이 많이 사용되면, 수직 Fillet 용접부는 CO₂ 용접이, 판재의 Butt Joint에는 SAW 및 CO₂ 양면(혹은 편면) 용접이 많이 사용된다.
대조립에서 완성된 블록들은 선대 혹은 도크 내에서 상호 연결되는 탑재 과정에 이르게 되는데, 탑재 과정에서는 Electrogas 용접 등 특이한 용접법도 사용된다. 이 용접법은 수직 Butt 용접에서 적용되며, 곤도라를 이용하여 사람 및 장비 등을 동시에 이동시키면서 능률적으로 용접 작업을 하는 방법을 말한다. Transverse 격벽의 수직 Butt Joint의 경우 한때 Electroslag 용접이 적용되기도 했으나, 고입열에 따른 낮은 인성 및 용접 종단부의 수정 처리에 공수가 많이 소요되어 거의 사용되지 않고 있다.
데크부와 데크부에 접합되는 Butt Joint 부분은 SAW 방법이 적용된다. 이 경우 초층은 CO₂ 용접이 사용되며 나머지 부분은 SAW 방법이 적용된다. 탑재 용접에서 문제되고 있는 곳은 수평 Butt Joint이다. 현재 거의 대부분 수동 CO₂ 용접이 사용되고 있으나, 생산 능률을 높이기 위해서는 기계화 혹은 자동화 방법이 요구된다.
대조립 혹은 탑재 과정 중 설치되는 파이프, 배관 등의 의장 제품 등은 몇 년 전만 하더라고 SMAW 방법이 많이 적용됐으나, 최근에는 대부분 CO₂ 용접이 많이 적용되고 있다.

(3) 자동차 산업
자동차 산업에서 용접은 주로 차체 조립 공정에서 많이 사용되고 있으며 전기 저항 용접, 아크 용접, 가스 용접 등이 쓰이고 있지만, 특히 전기 저항 용접의 점 용접(Spot Welding)이 대부분을 차지하고 있다.

출처: 메탈넷코리아