용접 기공(Porosity)·슬래그 혼입(Slag Inclusion) 원인과 대책｜RT 불합격을 줄이는 현장 관리

용접을 끝내고 비드 외관까지 확인했는데 RT 검사에서 불합격이 나오는 경우가 있습니다. 겉으로 보기에는 멀쩡한데 내부에서 기공(Porosity)이나 슬래그 혼입(Slag Inclusion)이 발견되는 것입니다.

특히 조선소에서 많이 사용하는 FCAW를 비롯한 다층 용접에서는 용접조건뿐 아니라 모재 상태, 실드가스, 스틱아웃, 용융지 제어, 층간 청소 등이 결함 발생에 영향을 줍니다.

이번 글에서는 현장에서 자주 접하는 대표적인 내부 용접결함인 기공과 슬래그 혼입이 왜 발생하는지, NDT에서는 어떻게 평가되는지, 그리고 작업자가 무엇을 확인해야 하는지를 정리해보겠습니다.

1. 기공과 슬래그 혼입은 전혀 다른 결함입니다

기공과 슬래그 혼입은 RT에서 모두 내부 결함으로 발견될 수 있지만 발생 원인은 다릅니다.

기공(Porosity)

용융금속 내부의 가스가 응고되기 전에 충분히 빠져나오지 못하고 용접금속 안에 갇혀 형성되는 공동 형태의 결함입니다.

슬래그 혼입(Slag Inclusion)

플럭스가 용융된 뒤 형성된 슬래그 또는 비금속 물질이 용접금속 밖으로 충분히 배출되지 못하고 내부에 갇힌 결함입니다.

한눈에 구분:
기공 → 가스가 빠져나오지 못해 생긴 공동
슬래그 혼입 → 슬래그 등 비금속 물질이 용접금속 내부에 갇힌 결함

2. 기공(Porosity)은 왜 발생할까요?

용접금속이 용융된 상태에서 가스가 발생하거나 외부 공기가 용융지에 유입되면 기공 발생 가능성이 높아집니다. 특히 실드가스를 사용하는 FCAW·GMAW에서는 용융지를 외부 대기로부터 제대로 보호하는 것이 중요합니다.

현장에서 먼저 확인해야 할 원인

• 모재 표면의 수분, 녹, 기름, 페인트 및 각종 오염물
• 와이어 또는 용접재료의 오염·부적절한 보관
• 실드가스 유량 부족 또는 과도한 유량
• 가스 호스·연결부의 누설 또는 공급 이상
• 노즐 내부에 쌓인 스패터로 인한 가스 흐름 방해
• 바람으로 인한 실드가스 교란
• 과도한 스틱아웃 또는 부적절한 토치 위치
• 불안정한 아크와 부적절한 전류·전압·용접속도

현장 핵심: 기공이 반복된다면 가장 먼저 모재 청소 상태 → 가스 공급 → 노즐 상태 → 스틱아웃 → 용접조건 순으로 점검하는 것이 좋습니다.

3. 스틱아웃이 길어져도 기공에 영향을 줄 수 있습니다

조선소 현장에서는 CTWD(Contact Tip to Work Distance)라는 용어보다 흔히 스틱아웃(Stick-out)이라는 표현을 많이 사용합니다. 엄밀하게는 두 용어가 완전히 같은 의미는 아니므로 작업표준이나 WPS에서는 구분해서 이해하는 것이 좋습니다.

스틱아웃이나 토치 위치가 적정 범위를 벗어나면 아크 안정성 및 실드 상태에 영향을 줄 수 있습니다. 특히 토치를 모재에서 과도하게 멀리 유지하면 실드가스 보호가 불안정해질 수 있고 용접조건도 달라질 수 있습니다.

다만 모든 용접에서 특정 거리 하나를 정답처럼 적용해서는 안 됩니다. 적정 값은 와이어 종류와 직경, 용접전류, 용접자세, 이음 형상 및 WPS에 따라 달라집니다.

주의: “스틱아웃은 무조건 몇 mm가 적정하다”라고 외우기보다는 해당 공정의 WPS와 용접재료 제조사의 권장조건을 기준으로 관리해야 합니다.

4. 바람은 생각보다 기공에 큰 영향을 줍니다

FCAW나 GMAW 작업에서 실드가스를 사용하는 경우 바람은 중요한 관리 대상입니다.

가스 유량이 충분하더라도 측면에서 바람이 불면 노즐에서 공급되는 보호가스가 흩어지면서 주변 공기가 용융지에 유입될 수 있습니다. 이렇게 실드가 깨지면 산화와 기공 발생 가능성이 높아집니다.

특히 조선소에서는 블록 내부, 개방된 갑판, 통풍구 주변, 송풍기 근처 등 작업 위치에 따라 기류가 크게 달라질 수 있습니다.

방지 방법: 바람의 세기뿐 아니라 실제 용융지 주변에서 실드가스가 안정적으로 유지되는지를 확인하고, 필요한 경우 방풍막 등 적절한 조치를 적용해야 합니다.

5. 슬래그 혼입(Slag Inclusion)은 왜 생길까요?

슬래그 혼입은 FCAW, SMAW, SAW 등 플럭스를 사용하는 용접에서 주의해야 하는 대표적인 내부 결함입니다.

특히 다층 용접에서는 이전 패스에서 만들어진 슬래그를 충분히 제거하지 않고 다음 패스를 용접하면 슬래그가 용접금속 사이에 갇힐 수 있습니다.

대표적인 발생 원인

• 층간 슬래그 제거 불량
• 그루브 측면이나 비드 토우부에 남은 슬래그
• 부적절한 전류·전압 또는 용접속도
• 잘못된 토치각·진행각
• 과도한 위빙으로 인한 용융지 제어 불량
• 비드 형상이 불량해 다음 패스에서 슬래그 제거가 어려운 경우
• 좁은 그루브나 부적절한 개선 형상으로 충분한 접근이 어려운 경우
• 슬래그가 용융지보다 앞서 진행하는 상황

핵심: 슬래그 혼입은 단순히 “청소를 안 해서”만 발생하는 것이 아닙니다. 비드 형상과 용융지 제어가 나쁘면 청소를 해도 다음 패스에서 다시 결함이 발생할 수 있습니다.

6. 전진법이면 슬래그 혼입이 생길까요?

현장에서 흔히 “슬래그가 앞서가니까 무조건 후진법으로 해야 한다”는 이야기를 듣기도 합니다. 하지만 전진법과 후진법 중 어느 하나가 모든 용접조건에서 항상 정답이라고 볼 수는 없습니다.

용접 진행방향에 따라 아크 힘, 용융지의 움직임, 비드 형상 및 슬래그 거동이 달라질 수 있지만 실제 적용 방법은 용접공정과 용접재료, 자세, 이음형상 및 WPS에 따라 결정해야 합니다.

중요한 것은 작업자가 아크가 용융지의 선단과 그루브 측면을 제대로 녹이고 있는지, 슬래그가 아크보다 앞서 흘러가고 있지는 않은지를 관찰하는 것입니다.

현장 포인트: 전진법·후진법 자체보다 WPS에 맞는 토치각과 진행각을 유지하면서 아크와 용융지를 제대로 제어하는 것이 중요합니다.

7. RT에서 기공과 슬래그 혼입은 어떻게 보일까요?

방사선투과검사(RT)는 용접부 내부의 체적성 불연속을 확인하는 데 널리 사용됩니다.

기공

일반적으로 둥글거나 타원형의 어두운 지시로 나타날 수 있습니다. 여러 개가 모여 있으면 군집 형태로, 용접 방향을 따라 배열되면 선상 형태로 관찰될 수 있습니다.

슬래그 혼입

기공과 비교하면 길쭉하거나 불규칙한 형상의 지시로 나타나는 경우가 많으며, 발생 위치와 방향도 다양할 수 있습니다.

하지만 RT 영상만 보고 단순히 “검은 점이면 기공”이라고 판단하는 것은 적절하지 않습니다. 최종 평가는 자격을 갖춘 검사자가 적용 규격과 판독기준에 따라 수행해야 합니다.

8. 기공이 하나라도 나오면 불합격일까요?

그렇지 않습니다.

NDT에서 불연속이 검출됐다는 사실과 해당 용접부가 불합격이라는 것은 같은 의미가 아닙니다.

검출된 기공이나 슬래그 혼입의 크기, 길이, 개수, 분포, 위치 및 상호 간격 등을 적용되는 코드·선급 규칙·발주처 사양과 비교하여 최종 합격 여부를 결정합니다.

중요: 용접결함의 허용기준을 모든 현장에 동일한 숫자로 적용해서는 안 됩니다. 선박, 압력용기, 배관, 구조물 등 제작 대상과 적용 규격에 따라 판정기준이 달라질 수 있습니다.

9. ASME Section IX에 대한 오해

용접 관련 글에서 ASME Section IX가 실제 제작 용접부의 모든 NDT 합격·불합격 기준을 정하는 규격처럼 설명되는 경우가 있습니다. 하지만 이를 구분해서 이해해야 합니다.

ASME BPVC Section IX는 기본적으로 용접 및 브레이징 절차와 작업자 자격인정을 다루는 규격입니다. 대표적으로 WPS, PQR, 용접사·용접작업자 자격인정과 관련된 요구사항을 규정합니다.

실제 제작된 용접부의 RT·UT 등 NDT 합격기준은 해당 제작물에 적용되는 Construction Code, 프로젝트 사양, 발주처 요구사항 또는 선급 규칙 등을 확인해야 합니다.

쉽게 정리하면:
Section IX → “어떤 절차와 자격으로 용접할 것인가?”
실제 제작물의 적용 Code·Specification → “검출된 불연속을 합격으로 볼 것인가?”

10. 기공·슬래그 혼입 방지 현장 체크리스트

용접 전

• WPS의 전류·전압·용접속도 등 주요 조건 확인
• 모재의 수분·기름·녹·페인트·이물질 제거
• 와이어 및 용접재료 상태 확인
• 실드가스 종류와 공급상태 확인
• 호스와 연결부의 누설 여부 확인
• 노즐 내부 스패터 제거
• 작업장 기류와 방풍 상태 확인

용접 중

• WPS 범위 내 전류·전압 유지
• 적정 스틱아웃 및 토치 위치 유지
• 일정한 토치각과 진행각 유지
• 용융지와 슬래그의 움직임 관찰
• 과도한 위빙과 불규칙한 용접속도 방지
• 아크 불안정이나 가스 이상 발생 시 즉시 원인 확인

층간 작업

• 각 패스의 슬래그를 충분히 제거
• 토우부와 그루브 측면을 집중적으로 확인
• 필요한 경우 브러싱·치핑·그라인딩 실시
• 불량한 비드 형상을 그대로 덮지 않기
• 다음 패스를 올리기 전에 표면 상태 확인

기억할 네 가지: 청소 → 가스 → 용접조건 → 층간관리. 이 기본이 무너지면 기공과 슬래그 혼입이 반복될 가능성이 높아집니다.

자주 묻는 질문

Q. 비드가 깨끗한데 RT에서 기공이 나올 수 있나요?

A. 가능합니다. 표면 외관이 양호하더라도 용접금속 내부에 기공이나 슬래그 혼입 같은 불연속이 존재할 수 있습니다.

Q. 기공이 발견되면 무조건 보수용접해야 하나요?

A. 아닙니다. 적용되는 코드나 선급 규칙, 프로젝트 사양의 허용기준을 초과했는지를 먼저 판단해야 합니다. 허용기준을 초과한 경우 승인된 보수절차에 따라 결함을 제거하고 재용접해야 합니다.

Q. 슬래그는 제거했는데 왜 다시 슬래그 혼입이 발생할까요?

A. 층간 청소만의 문제가 아닐 수 있습니다. 전층 비드 형상, 토우부의 깊은 골, 그루브 형상, 전류·전압, 토치각, 용접속도와 용융지 제어 상태를 함께 확인해야 합니다.

Q. CO2/FCAW에서 갑자기 기공이 많이 발생하면 무엇부터 확인해야 하나요?

A. 가스 공급 여부와 유량, 호스 연결상태, 노즐 막힘, 작업장 바람, 모재 오염과 수분, 와이어 상태 등을 우선 확인하는 것이 좋습니다. 평소 정상적으로 용접되다가 갑자기 다량의 기공이 발생했다면 작업을 계속하기보다 원인을 먼저 확인해야 합니다.

결론｜결함은 RT 검사실에서 만들어지는 것이 아닙니다

RT에서 기공이나 슬래그 혼입이 발견되면 우리는 흔히 검사 결과부터 보게 됩니다. 하지만 결함은 RT 촬영 순간에 생긴 것이 아닙니다.

용접하기 전 모재에 남아 있던 수분과 이물질, 흔들리던 실드가스, 막혀 있던 노즐, 길어진 스틱아웃, 불안정했던 용융지, 그리고 이전 패스에서 미처 제거하지 못한 슬래그가 이미 결과를 만들고 있었을 가능성이 있습니다.

그래서 반복적인 NDT 불합격을 줄이려면 작업자 개인의 숙련도만 문제 삼기보다 재료 → 모재 → 장비 → 가스 → 용접조건 → 작업방법 → 층간청소까지 전체 공정을 확인해야 합니다.

한 줄 정리: 좋은 용접은 RT를 통과하기 위해 만드는 것이 아니라, 올바른 작업조건을 지킨 결과 RT에서도 좋은 결과가 나오는 것입니다.

참고: 실제 용접부의 합격·불합격 여부는 해당 선박·구조물에 적용되는 코드, 선급 규칙, 승인도면, WPS 및 프로젝트 사양을 우선하여 판단해야 합니다.