아연도금강판 용접방법과 용접봉 고르는 법

아연도금 강판은 녹을 막는 아연층 때문에 맨 강판처럼 용접하면 기공, 스패터, 흄 문제가 함께 생깁니다. 맨 강판용 피복 아크 용접봉을 대체로 그대로 쓰지만, 도금층을 어떻게 처리하고 어떻게 운봉하느냐가 결과를 가릅니다. 미국 아연도금협회(AGA) 기술진이 쓴 지침과 Kobelco(고베제강) 자료를 중심으로 정리합니다.

아연은 약 900℃에서 기체가 되어 기공을 만듭니다

Kobelco 교육 자료는 아연 도금층이 아크열에 분해되어 약 900℃에서 기화하고, 그 기체가 용융지에 기포를 만들어 용접금속에 기공을 남긴다고 설명합니다. 아연 증기의 분출이 용적 이행을 불안정하게 만들어 스패터도 늘어난다고 적고 있습니다.

같은 자료는 도금층이 두꺼울수록 피트·블로홀 같은 기공과 스패터가 많아진다고 정리합니다. AGA 기술진이 PCI 저널(1998년)에 실은 지침도 스패터가 도금 두께와 함께 늘어, 연속 도금 판재보다 제작 후 용융 아연도금한 제품에서 더 많다고 설명합니다.

가장 확실한 방법은 용접 자리의 도금을 걷어내는 것입니다

AGA 지침은 미국용접학회(AWS)의 아연도금강 용접 규격(D19.0)을 바탕으로, 용접할 자리 양쪽으로 최소 50~102mm 범위의 아연을 걷어내고 가능하면 판 양면 모두 제거하라고 정리합니다. 같은 글은 이 규격을 지금은 AWS에서 구할 수 없다고 밝히고 있습니다.

제거 방법으로는 실리콘 연마 디스크로 갈아내는 방법이 가장 효과적이라고 하고, 탄소 아크나 산화염 토치로 태우는 방법, 이동식 쇼트 블라스트도 소개합니다. 도금을 걷어낸 뒤에는 맨 강판의 용접 절차를 따르면 된다고 설명합니다.

도금을 남긴 채 용접할 때는 간격을 넓히고 천천히 갑니다

AGA 지침은 수동 아크 용접에서 도금 제거가 유익하지만 필수는 아니라고 하면서, 이때도 맨 강판과 같은 종류·지름·전류의 봉을 쓸 수 있다고 설명합니다. 차이는 아연을 용융지 앞에서 태워 없애도록 열을 더 주고 속도를 늦추는 데 있으며, 그 방법으로 휘핑 동작을 듭니다.

평자세 맞대기에서 맨 강판과 같은 1.6mm 루트 간격으로 완전 용입을 얻으려면 봉과 판의 각도를 보통의 70°에서 30°로 줄이고 이음선 방향으로 휘핑하는데, 이 경우 이동 속도가 맨 강판보다 40% 줄어든다고 적고 있습니다. 수직·위보기 맞대기에서는 완전 용입을 위해 2mm 루트 간격이 필요하다고 합니다.

셀룰로스계인 EXX10·EXX11 봉은 진행 방향으로 3.2~7.9mm 내밀었다가 용융지로 되돌리는 휘핑으로, 아연이 다 기화한 뒤 비드를 진행하라고 권합니다. 위빙과 다층 비드는 피하고 짧은 아크로 용융지를 다루라는 권고도 함께 있습니다. 루트 패스 뒤의 층은 대부분 도금이 없는 용접금속 위에 쌓이므로 맨 강판과 비슷하게 용접할 수 있다고 합니다.

봉을 고를 때는 피복계와 규소 함량을 봅니다

AGA 지침의 루트 패스 조건표는 6.4~12.7mm 두께 도금 강판 맞대기에 루틸계 E7013과 저수소계 E7016을 쓴 예를 싣고 있습니다. 특별한 봉이 필요하다기보다, 맨 강판에 맞는 봉을 고른 뒤 운봉과 이음 간격을 바꾸는 접근입니다.

같은 지침은 도금 강판 필릿 용접에서 루트에서 표면으로 뻗는 작은 균열이 드물지 않다고 하고, 용접금속 규소 함량, 용입, 판 두께에 따른 구속, 도금 두께가 영향을 준다고 설명합니다. 규소 0.2% 이하의 저규소 봉이나 루틸계 봉이 대체로 균열을 줄인다고 적고 있습니다. 기공이 있는 필릿에서는 아연 침투 균열로 불리는 입계 균열도 생길 수 있어, 절차와 용접사 시험을 해 두라고 권합니다.

표 2처럼 같은 회사 제품끼리도 형번에 따라 용접금속 규소 값이 다릅니다. 실제 선택에서는 쓰려는 제품 데이터시트의 용접금속 성분을 확인하는 것이 정확합니다. AGA 지침은 아연도금면이나 아연 프라이머 위에 용착하면 수소가 늘 수 있어, 필요하면 맨 강판보다 높은 예열을 고려하라고도 적고 있습니다.

흄 대책과 용접 후 방청 복구

미국 산업안전보건청(OSHA)은 아연도금 강판과 아연 함유 도료에서 나오는 산화아연을 금속열의 흔한 원인으로 들고, 증상으로 발열·메스꺼움·기침을 적고 있습니다. AGA 지침도 금속열이 노출 몇 시간 뒤나 밤에 시작되고 보통 24~48시간 안에 회복되지만, 반복 노출은 피해야 한다고 설명합니다.

같은 지침은 환기가 잘 되는 곳에서 작업하고, 환기가 부족하거나 밀폐된 곳에서는 송기식 호흡보호구를 쓰라고 합니다. 국소배기, 호흡보호구, 밀폐공간 작업 절차는 국내 법령과 사업장 기준에 따라 안전관리자와 확인해야 합니다.

용접 열로 주변 도금이 손상되면 방청력이 떨어집니다. AGA 지침은 슬래그를 떼어 낸 직후 손상 부위를 아연 함량 95%의 아연 함유 도료나 에폭시 도료로 보수하고, 보수는 ASTM A780에 따르라고 정리합니다. 구조물 용접부의 강도·피로 요구가 있으면 설계와 시공 기준 확인이 필요합니다.