용접 검사의 모든 것 - 종류, 방법 및 자동화에 대한 철저한 설명

용접 검사란?

이 섹션에서는 검출 대상, 정도, 속도, 비용 및 자동화 적합성을 기준으로 다양한 용접 검사 방법을 상호 비교합니다.

용접 검사의 정의와 목적

용접 검사는 용접부의 품질이 설계 요구 사항 및 표준 기준을 충족하는지 확인하는 일련의 프로세스입니다. 용접은 ’특수 공정’으로 간주되며, 완료 후 외관만으로는 품질을 완전히 판단할 수 없기 때문에 각 공정별로 여러 검사 방법을 조합하여 품질을 보증합니다.

용접 검사의 주요 목적은 세 가지가 있습니다. 첫째, 구조물의 강도, 내구성 및 안전성을 확보하는 것입니다. 둘째, 제품 결함을 조기에 발견하여 재작업 비용을 최소화하는 것입니다. 셋째, 트레이서빌리티를 확보하고 품질 기록을 축적하는 것입니다.

용접 검사는 자동차, 철골 구조물, 압력 용기, 조선, 플랜트 배관, 전자 부품 등 모든 제조업에서 품질의 기본입니다. 최근에는 검사원 부족과 품질 요구 사항의 고도화로 인해 용접 검사 자동화에 3D 프로파일 센서와 카메라의 사용이 증가하고 있습니다.

용접 검사의 4가지 시기

용접 검사는 용접 전, 제작 중, 완료 후, 운전 중의 4단계로 수행됩니다. 각 단계마다 검사 항목과 적용 가능한 검사 방법이 다릅니다.

1. 1 용접 전 검사 – 모재 확인, 홈 형상, 치수 및 각도 측정, 표면의 녹, 기름, 오염 확인 등이 포함됩니다. 또한 용접 재료(봉 및 와이어)의 적합성과 예열 온도를 확인하는 것도 포함됩니다.
2. 2 용접 중 검사 – 첫 번째 레이어(루트 패스)에서의 용입 상태를 확인합니다. 슬래그를 제거한 후 각 패스의 형상, 균열, 융합 불량 및 슬래그 혼입을 검사합니다. 패스 간 온도 관리도 중요합니다.
3. 3 용접 후 검사 – 외관 검사를 통해 비드 형상, 언더컷, 피트 및 보강 형상을 확인합니다. 필요에 따라 RT 및 UT로 내부 결함을 검출합니다. 각장 및 목 두께는 치수 측정을 통해 측정합니다.
4. 4 운전 중 검사 – 구조물 사용 중 피로 균열, 응력 부식 균열 및 크리프 손상을 주기적으로 검사합니다. 이는 플랜트, 교량, 압력 용기 등에 대한 법정 검사로 실시됩니다.

용접 검사의 종류와 특징

용접 검사는 크게 "외관 검사(표면)"와 "비파괴 검사(내부)"로 나뉩니다. 이 섹션에서는 각 방법의 원리, 검출 대상, 장점 및 주의 사항에 대해 설명합니다.

외관 검사(VT) – 표면

가장 기본적인 용접 검사 방법입니다. 검사원이 육안, 돋보기 또는 검사용 게이지를 사용하여 용접 비드의 외관(형상, 치수 및 표면 결함)을 평가합니다. 모든 용접 검사의 시작점이며 모든 단계에서 수행됩니다.

• 장점: 특별한 장비가 필요 없음, 저비용, 넓은 적용 범위
• 주의 사항: 검사원의 숙련도에 의존함, 정량적 평가 부족, 내부 결함 검출 불가

3D 자동 외관 검사 – 표면

3D 프로파일 센서(LJ-X8000 시리즈 또는 LJ-S8000 시리즈 등)가 용접 비드의 단면 형상을 신속하게 캡처하고 각장, 목 두께, 보강 높이, 비드 폭 등을 자동으로 측정합니다. 수치 기준에 따라 OK/NG 판정을 수행하여 외관 검사의 주관성을 배제합니다. 로봇 암과 조합하여 인라인 전수 검사가 가능합니다.

• 장점: 정량적 판정, 전수 검사, 트레이서빌리티, 고속 및 고정도
• 주의 사항: 내부 결함 검출 불가(UT/RT와의 병용 필요)

자분 탐상 시험(MT) – 표면

강철과 같은 강자성체를 자화시키고 자분을 흡착시켜 표면 및 표면 직하의 균열을 검출하는 방법입니다. 형광 자분을 사용하면 어두운 곳에서 미세한 균열을 시각화할 수 있어 높은 검출 감도를 제공합니다.

• 장점: 표면 및 표면 직하 균열에 대한 높은 감도, 실시간 판정
• 주의 사항: 강자성체에만 적용 가능, 균열 깊이 판정 불가, 탈자 필요

침투 탐상 시험(PT) – 표면

표면에 침투성이 높은 착색(또는 형광) 액체를 도포하면 모세관 현상에 의해 균열 내부로 침투합니다. 잉여 액체를 제거한 후 침투액을 표면으로 빨아올려 표면 균열 및 핀홀을 시각화합니다. 재질에 관계없이 적용할 수 있습니다.

• 장점: 거의 모든 재질에 적용 가능, 간단한 장비
• 주의 사항: 표면에 열린 결함에만 해당, 건조 및 세척에 시간이 걸림

방사선 투과 시험(RT) – 내부

용접부에 X선 또는 감마선을 조사하고, 투과량의 차이를 필름(또는 디지털 검출기)에 기록하여 내부 결함을 검출합니다. 기공(블로우 홀) 및 슬래그 혼입과 같은 체적 결함에 대한 검출 능력이 높고 기록성이 뛰어납니다.

• 장점: 내부 체적 결함에 대한 감도가 높음, 필름 기록으로 인한 객관성 확보
• 주의 사항: 방사선 안전 관리가 필요함, 평면 결함(균열)의 검출력이 떨어짐, 촬영/현상 프로세스에 시간이 걸림

초음파 탐상 시험(UT) – 내부

용접부에 초음파 펄스를 송신하고, 내부 결함이나 바닥면으로부터의 에코(반사파)를 검출하여 결함의 유무, 위치, 크기를 추정합니다. 균열 및 융합 불량과 같은 평면 결함에 대한 검출 능력이 높고, 방사선을 사용하지 않아 안전성이 높습니다.

• 장점: 평면 결함에 대한 감도가 높음, 방사선을 사용하지 않아 안전함, 두꺼운 판재에 적용 가능
• 단점: 구형 결함의 검출력이 떨어짐, 검사원의 숙련도에 의존함, RT에 비해 기록성이 떨어짐

용접 검사에서 검출해야 할 대표적인 결함

이 섹션에서는 용접부에서 발생할 수 있는 대표적인 결함과 그 원인, 그리고 이를 검출하기 위한 효과적인 검사 방법에 대해 설명합니다.

언더컷 – 표면

용접 비드의 토우부에서 모재가 녹아내려 생긴 홈 모양의 오목한 부분입니다. 과도한 용접 전류나 속도로 인해 발생합니다. 응력 집중의 원인이 되어 피로 강도를 저하시킵니다. 깊이와 길이는 3D 프로파일러로 정량적으로 측정할 수 있습니다.

오버랩 – 표면

용접 금속이 비드의 토우부에서 모재와 융합되지 않고 모재를 덮고 있는 상태입니다. 열 입력 부족이나 지나치게 느린 용접 속도로 인해 발생합니다. 3D 프로파일러를 사용하여 비드 토우부의 각도로 검출할 수 있습니다.

부적절한 덧살 – 표면

덧살이 과도하거나(응력 집중) 부족한(강도 부족) 상태입니다. 덧살 높이의 허용 범위는 JASS 6 등과 같은 표준에 규정되어 있습니다. 프로파일러를 사용하여 높이를 자동으로 측정하고 OK/NG 판정을 내릴 수 있습니다.

다리 길이 부족 – 표면

필릿 용접에서 다리 길이가 설계값 미만인 상태입니다. 조인트 강도 부족의 직접적인 원인이 됩니다. 프로파일러를 사용하여 양쪽 다리 길이를 자동으로 측정하고 공차 관리를 수행할 수 있습니다.

피트/기공(블로우 홀) – 표면/내부

응고 과정에서 용접 금속 내부에 갇힌 가스에 의해 형성된 구형의 빈 공간입니다. 표면에 열려 있는 것은 3D 프로파일러로 검출할 수 있습니다. 내부의 것은 RT 또는 UT로 검출합니다.

용접 균열 – 표면/내부

응고 중의 고온 균열과 냉각 후의 저온 균열을 포함합니다. 가장 위험한 결함 중 하나입니다. 표면에 열려 있는 균열은 3D 프로파일러 또는 MT로 검출하며, 내부 균열에는 UT가 효과적입니다.

융합 불량 – 내부

용접 금속과 모재 사이, 또는 패스 간이 충분히 융합되지 않은 상태입니다. UT가 가장 효과적인 검출 방법입니다. 방향에 따라 RT로는 검출이 어려울 수 있습니다.

용입 불량 – 내부

루트부의 용입 부족입니다. UT/RT로 검출됩니다. 주요 원인은 용접 전류 부족 및 부적절한 홈 가공입니다.

슬래그 혼입 – 내부

용접 금속 내부에 슬래그가 잔류하는 상태. RT로 검출률이 높음. 다층 용접 시 패스 간 청소 부족이 원인.

용접 검사 방법 비교

본 섹션에서는 검출 대상, 정도, 속도, 비용, 자동화 적합성을 기준으로 다양한 용접 검사 방법을 상호 비교합니다.

외관 검사 자동화는 최고의 투자 대비 효과를 제공합니다

용접 검사 공정 중 외관 검사는 가장 일반적이면서도 인력이 가장 많이 소요되는 단계입니다. 이를 3D 프로파일러로 자동화하는 것만으로도 검사 시간을 대폭 단축하는 동시에 일관된 품질을 확보할 수 있습니다. 내부 결함 검출을 위해 UT/RT와 병행하여 사용할 수도 있습니다.

검사 공정 자동화에 대해 자세히 알아보기

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3D 프로파일러를 이용한 용접 검사 자동화

용접 외관 검사부터 3D 프로파일러를 이용한 인라인 자동 검사까지. 본 가이드에서는 검사원 부족, 품질 편차, 전수 검사 필요성 등의 과제를 한 번에 해결하는 방법을 설명합니다.

왜 지금 용접 검사 자동화가 필요할까요?

숙련된 검사원의 고령화 및 퇴직으로 인해 용접 외관 검사를 수행할 수 있는 인력이 매년 감소하고 있습니다. 반면, 전기 자동차의 보급과 자동차 부품의 복잡화로 인해 용접 포인트 수와 품질 기준의 엄격함은 모두 증가하고 있습니다. 이로 인해 ‘인력은 부족한데 검사량은 늘어나는’ 구조적인 문제에 직면한 공장이 급증하고 있습니다.

3D 프로파일러를 이용한 자동 용접 검사는 이 문제를 근본적으로 해결합니다. 센서가 프로파일당 3200포인트로 용접 비드의 단면 형상을 캡처하여 각장, 목 두께, 보강 높이, 비드 폭, 언더컷 깊이 등의 값을 자동으로 측정합니다. 이를 통해 검사자의 경험에 의존하지 않는 정량적이고 재현성 높은 검사가 가능해집니다.

인라인 자동 검사 절차

• 로봇 또는 컨베이어에 센서 설치 – 용접 로봇의 암 또는 컨베이어에 LJ-X8000 시리즈 또는 LJ-S8000 시리즈를 장착합니다. 용접 직후 인라인으로 비드를 스캔합니다.
• 고속으로 3D 단면 프로파일 취득 – 이동하는 워크의 용접 비드 단면 형상을 실시간으로 캡처합니다. 라인당 최대 3200포인트의 상세하고 조밀한 데이터입니다.
• 각장, 목 두께, 보강 등을 자동으로 측정 – 취득한 프로파일 데이터로부터 각 검사 항목의 치수 값을 자동으로 계산합니다. 설정된 공차와 비교하여 OK/NG 판정을 수행합니다.
• 전수 기록 및 트레이서빌리티 – 모든 검사 결과가 디지털로 기록됩니다. NG 워크의 자동 배출 및 용접 조건에 대한 피드백 제어부터 품질 통계 누적까지 시스템이 엔드 투 엔드로 지원합니다.

용접 검사에 최적인 3D 프로파일러

KEYENCE의 3D 프로파일러는 용접 비드의 외관 검사 자동화에서 검증된 실적을 보유하고 있습니다. 검사 대상 및 생산 라인에 따라 최적의 시리즈를 선택할 수 있습니다.

용접 검사에 가장 많이 도입됨 – 초고해상도 인라인 프로파일 측정기 LJ-X8000 시리즈

프로파일당 3200포인트의 초고해상도 데이터로 용접 비드 단면을 취득합니다. 언더컷, 보강, 각장, 비드 폭을 동시에 자동으로 측정하여 OK/NG 판정을 수행합니다. 고속 컨베이어 라인 또는 로봇 암에 장착하여 인라인 용접 전수 검사를 지원합니다.

독자적인 멀티 슬릿 광학 시스템 덕분에 광택이 있는 금속 표면이나 스패터가 부착된 거친 표면에서도 안정적인 프로파일을 취득할 수 있습니다. 용접 비드 특유의 반사 조건에 강하도록 설계되었습니다.

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스캔 메커니즘 불필요, 간편한 설치 – 오토 스캔 3D 센서 LJ-S8000 시리즈

이 시리즈는 LJ-X8000 시리즈의 기술을 계승하면서 구동부(모션)를 없애 설치의 용이성을 추구했습니다. 제한된 공간에 추가 설치하거나 소형 로봇에 장착하기에 이상적입니다. 용접 비드의 각장, 목 두께, 보강 높이의 자동 측정에 충분한 정도와 프로파일 속도를 제공합니다.

내장된 측정 도구를 사용하여 비드 단면으로부터 치수 측정 프로그램을 쉽게 설정할 수 있습니다.

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용접 자동 검사 도입 사례

3D 프로파일러를 이용한 용접 자동 검사는 자동차, 건설 기계, 금속, 전기 기기 등 다양한 산업 분야에 도입되고 있습니다.

용접 검사에 대해 자주 묻는 질문

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