[건축시공학] 철골공사 용접접합 종류와 시공방법

 

철골공사 용접접합 종류와 시공방법

 

철골공사의 품질과 안정성을 결정하는 '용접접합'을 이해하고 계신가요? 본 포스팅에서는 철골공사에서 용접접합의 정의와 특징, 접합 방식별 종류, 시공 절차, 구조적 장점, 설계 및 시공 시 유의사항까지 알기 쉽게 정리했습니다. 철골구조물 설계 및 시공을 준비하는 분이라면 필수로 알아야 할 실무 지식!

 

▣ 목차 

1. 철골공사 용접접합이란? — 개념과 특징
2. 용접접합의 종류 — 필렛용접, 맞대기용접, 슬롯용접, 서브머지드 아크용접
3. 용접접합 시공 절차 — 준비부터 품질관리까지
4. 용접접합의 장점 — 구조적 일체성과 내구성
5. 설계와 시공 시 주의사항 — 기준과 변형 방지 노하우

 

1. 철골공사 용접접합의 개념과 특징 — “용접접합 정의 및 기본원리”

 

철골공사에서 ‘용접접합(Welded Joint)’은 철골 구조물을 구성하는 개별 부재를 견고하고 일체화된 구조로 연결하는 대표적인 접합 방식입니다. 용접은 높은 열을 가하여 철강재의 접합 부위를 국부적으로 용융시키고, 이 상태에서 응고시켜 서로 접합하는 공법입니다. 이 과정은 별도의 기계적 연결재(볼트, 너트, 와셔 등)를 필요로 하지 않으며, 강재 본래의 물성을 거의 손상시키지 않은 채로 고강도 연결을 실현합니다.

특히 철골 구조물에서는 용접을 통해 이음부가 하나의 연속된 부재처럼 응력을 분산하고, 하중을 고르게 전달하는 일체화된 구조체를 형성합니다. 이는 구조물의 강성 및 안정성을 극대화하며, 동시에 부재 형태와 연결 방식에 제약이 적어 구조 설계의 자유도도 크게 향상시킵니다. 또한, 용접은 공장 제작 단계에서 정밀 자동화 공정으로 시공하거나, 현장에서 숙련된 용접공이 직접 용접하는 방식으로 나눌 수 있어, 프로젝트 특성에 맞춰 유연하게 적용됩니다.

 

2. 용접접합의 종류와 방식 — “용접접합 방법의 분류”

 

철골공사에서 사용되는 용접접합 방식은 접합 목적, 구조적 요구사항, 시공 환경에 따라 적절하게 선택됩니다. 대표적인 용접접합 방법은 다음과 같습니다.

 

① 필렛용접(Fillet Weld)

두 부재가 서로 직각을 이루며 만나는 부분에 삼각형 단면 형태로 용접 금속을 채워 접합하는 방식입니다. 제작성이 뛰어나고 시공이 용이해 철골공사에서 가장 널리 쓰입니다. 주로 보와 기둥, 가새부재 등의 접합에 사용됩니다.

② 맞대기용접(Butt Weld)

두 부재의 단면을 맞대고 이음부 전체를 용접하는 방식입니다. 접합부 강도가 매우 높고 외관이 매끄럽습니다. 하중을 직접적으로 받는 주요 부재의 연결에 적합하며, 구조적 일체성을 가장 잘 확보할 수 있는 방법입니다.

③ 플러그 및 슬롯용접(Plug & Slot Weld)

강판에 미리 구멍을 뚫고, 그 구멍에 용접재를 채워 접합하는 방식입니다. 보조 접합으로 주로 사용되며, 이음부에 발생하는 지압력을 보조하거나 특정한 보강 목적을 위해 적용됩니다.

④ 서브머지드 아크용접(Submerged Arc Welding, SAW)

용접 부위 위에 플럭스라고 불리는 분말을 뿌린 상태에서 전기 아크열로 용접하는 자동화 용접 방식입니다. 대형 철골 부재나 판재를 고속, 고품질로 접합할 때 사용되며, 균일한 품질을 유지할 수 있습니다.

 

이 외에도 CO₂ 가스차단아크용접, 셀프쉴드 아크용접, 전기저항점용접 등 다양한 용접 방식이 존재하며, 적용 상황에 따라 최적화된 공법을 선정해 사용합니다.

 

3. 용접접합 시공 절차와 관리 — “용접공정 및 품질관리”

 

철골공사의 용접접합은 강재 구조물의 안전성과 직결되므로, 체계적이고 엄격한 시공 절차와 품질관리가 필수적입니다. 일반적인 용접공정은 다음과 같은 단계로 진행됩니다.

 

① 용접부 준비

용접 전 접합부의 이물질 제거, 용접홈 가공, 마킹 작업 등을 통해 용접 품질을 위한 기본 조건을 마련합니다. 이 과정에서 도면과 실측에 기반하여 용접부 형상을 정확하게 준비해야 합니다.

② 예열(Preheating)

두께가 두껍거나, 저온 환경, 고탄소강 등 균열 가능성이 높은 부재는 용접 전 예열이 필요합니다. 예열을 통해 용접부 인접 모재의 급격한 냉각을 방지하여 용접부의 균열 발생을 최소화합니다.

③ 용접 시공

용접은 숙련된 용접사가 시공 매뉴얼을 기준으로 전류, 전압, 속도, 용접봉 종류 등을 정밀하게 제어하면서 수행합니다. 시공 중 발생할 수 있는 용접변형을 방지하기 위해 용접 순서와 다단 용접 기법을 병행 적용하는 것이 일반적입니다.

④ 용접 후 검사

완료된 용접부는 비파괴검사(NDT)를 통해 내부 결함을 확인합니다. 일반적으로 초음파탐상검사(UT), 방사선검사(RT), 자기탐상검사(MT), 침투탐상검사(PT) 등을 실시하며, 품질 불합격 시 재용접 또는 보강 조치가 취해집니다.

 

이처럼 철골공사의 용접 시공은 사전 준비부터 용접 후 검사까지 철저한 품질 관리가 이루어져야만 구조물의 안전성과 내구성을 보장할 수 있습니다.

 

4. 용접접합의 장점과 구조적 효과 — “용접접합 구조 안정성”

 

용접접합은 철골공사의 대표적인 접합 방식으로, 기계적 연결재가 필요 없는 구조적 일체화의 장점이 있습니다. 볼트접합 대비 용접접합이 갖는 구조적 효과는 다음과 같습니다.

 

첫째, 응력 집중을 최소화하고 하중 전달 효율을 높임

용접은 모재를 직접 연결하여 불연속적인 접합부를 제거하고, 하중을 자연스럽게 전달할 수 있어 응력 집중을 현저히 줄입니다.

둘째, 공간 효율성과 설계 자유도 확보

볼트접합은 일정한 공간을 차지하지만, 용접은 접합부 형상에 제약이 적어 최적화된 부재 설계가 가능하며, 복잡한 접합부에서도 강재 본연의 강도를 효과적으로 발휘할 수 있습니다.

셋째, 밀봉성 및 내구성 우수

용접접합은 부재의 접합면을 밀봉하는 효과가 있어 기밀성, 방수성, 내식성을 모두 확보할 수 있습니다. 이는 고층 빌딩, 교량, 플랜트 구조물 등 장기 내구성을 요구하는 구조물에서 중요한 요소입니다.

넷째, 내진성능 확보

용접접합은 하중 반복 작용에서도 피로파괴 위험이 적고, 지진하중을 효과적으로 분산해 구조물의 안전성을 향상시킵니다. 내진설계 기준을 적용한 용접부는 반복적 변형을 견딜 수 있도록 특별히 설계됩니다.

 

5. 용접접합 설계와 시공 시 주의사항 — “용접접합 설계기준”

 

용접접합은 철골공사 구조 안전성의 핵심 요소인 만큼, 설계와 시공에서 다음 사항들을 반드시 고려해야 합니다.

 

① 용접부 응력집중 방지 설계

용접부 단면 변화가 크면 응력 집중이 발생해 균열 위험이 증가합니다. 이를 방지하기 위해 이음부 형상, 보강재 위치, 용접 길이 및 두께를 적절히 설계하고, 용접부가 받는 하중을 고려한 배치와 보강이 필요합니다.

② 재료 특성과 용접성 고려

부재의 재질이 용접 적합성을 갖추고 있는지 확인해야 하며, 필요에 따라 용접 전 예열, 용접 후 열처리(후열)를 수행해 용접부의 균열과 취성을 방지합니다.

③ 용접변형 관리

용접부가 열팽창과 급격한 냉각을 반복하면서 발생하는 용접변형은 구조물의 직각도, 평면도를 흐트러뜨릴 수 있습니다. 시공 전에 변형을 예측하고, 용접 순서, 다단 용접 기법 등을 통해 이를 최소화해야 합니다.

④ 내진성능 확보를 위한 설계 기준 준수

지진과 같은 반복적 충격 하중에 대비해 용접접합은 내진 설계 기준을 충족해야 하며, 이음부의 피로수명과 내구성을 충분히 확보하도록 설계합니다.