산소 혼용토치 스폿히팅·노치 위험, 조선소 용접부 올바른 예열방법

겨울철 조선소에서는 차가운 철판의 용접부를 말리고 데우기 위해 토치를 사용합니다. 특히 기온이 0℃ 이하로 내려가거나 철판 표면에 서리와 결로가 생겼다면 용접 전 드라이아웃이 필요할 수 있습니다.

이때 산소절단기나 집중가열토치로 한 지점을 빠르게 달구면 작업이 빨리 끝난 것처럼 보입니다. 그러나 작은 면적에 열이 집중되거나 절단산소를 잘못 작동시키면 산화흔, 표면 노치, 스폿히팅과 모재 변형의 원인이 될 수 있습니다.

드라이아웃과 용접 예열은 같은 작업이 아닙니다

드라이아웃(Dry-out)은 용접부 주변의 서리, 결로와 수분을 제거해 표면을 건조하게 만드는 작업입니다.

예열(Preheating)은 용접 전 모재를 WPS에서 정한 온도범위까지 가열해 냉각속도와 수소균열 위험 등을 관리하는 품질작업입니다.

드라이아웃을 했다고 필요한 예열이 완료된 것은 아닙니다. 반대로 철판이 따뜻하다고 해서 WPS의 목표온도를 만족했다고 판단할 수도 없습니다.

강종, 판두께, 탄소당량, 용접재료, 이음부의 구속도와 주변온도에 따라 요구조건이 달라지므로 온도를 추측해서는 안 됩니다.

문제는 산소 자체보다 잘못된 사용방법입니다

산소와 연료가스를 사용하는 가열장비도 규격과 작업절차에 맞게 사용하면 예열에 활용할 수 있습니다. 따라서 산소를 사용한다는 이유만으로 항상 노치나 모재 변형이 발생한다고 단정하는 것은 정확하지 않습니다.

위험은 절단토치를 예열용으로 사용하면서 고압 절단산소를 작동하거나, 과도한 산화성 화염을 모재에 너무 가까이 대거나, 강한 화염을 한 지점에 오래 정지시킬 때 커집니다.

이러한 조건이 겹치면 모재 표면이 산화되거나 일부가 용융되어 홈이 생기고, 좁은 범위에 급격한 온도차가 발생해 변형될 수 있습니다.

1. 고압 절단산소가 닿으면 표면 노치가 생길 수 있습니다

절단토치의 고압산소는 예열된 강재를 산화시키고 산화물을 밖으로 밀어내 절단하는 기능을 합니다.

용접 개선면이나 모재 표면을 예열하는 과정에서 고압산소 조절밸브를 잘못 열면 작은 홈과 거친 산화면이 만들어질 수 있습니다.

이 홈은 단순한 색 변화가 아니라 응력이 집중될 수 있는 표면 불연속부가 될 수 있습니다. 특히 용접선 주변에 만들어진 날카로운 홈은 균열의 시작점이 될 가능성이 있으므로 주의해야 합니다.

손상된 부위를 그대로 덮어 용접하지 말고 작업을 중지한 뒤 위치와 범위를 표시하고, 정해진 검사와 보수절차에 따라 제거·확인해야 합니다.

2. 한 점을 붉게 달구는 스폿히팅을 피합니다

차가운 철판의 한 지점만 급격하게 가열하면 중심부와 주변부의 온도차가 커집니다.

가열된 부분은 열팽창하려 하지만 차가운 주변 모재가 팽창을 구속합니다. 이 과정에서 국부적인 수축과 변형이 발생하고 잔류응력이 커질 수 있습니다.

불꽃을 철판에 붙이거나 한 점이 붉어질 때까지 화염을 멈추지 않습니다. 토치는 일정한 거리와 속도로 계속 이동하고, 용접선 양쪽과 필요한 가열폭을 겹치면서 가열해야 합니다.

3. 국부과열은 눈으로 보이기 전에 시작될 수 있습니다

철판이 붉게 보이지 않는다고 해서 과열이 발생하지 않은 것은 아닙니다. 조명이 밝은 조선소 내부에서는 모재의 색 변화를 정확하게 확인하기 어렵습니다.

화염이 닿은 작은 원만 빠르게 밝아지거나 표면 스케일이 일어나고, 도료가 좁은 범위에서 급격히 타거나 철판이 국부적으로 휘기 시작하면 열이 한곳에 집중되고 있다는 신호입니다.

철판 색과 작업자의 감각에 의존하지 말고 승인된 온도측정기구를 사용해야 합니다.

4. 0℃ 이하에서는 먼저 실제 모재온도를 확인합니다

기온이 0℃ 이하이거나 철판에 서리와 결로가 확인되면 바로 아크를 발생시키지 않습니다.

용접선, 개선면과 주변 모재의 얼음, 수분, 기름, 도료와 염분을 제거하고 WPS와 승인된 작업절차에서 요구하는 건조 및 예열조건을 확인합니다.

대기온도만 보고 철판 온도를 단정해서도 안 됩니다. 밤새 냉각된 블록, 그늘진 외판과 바람을 직접 받는 장소는 대기온도보다 모재온도가 낮을 수 있습니다.

반대로 햇빛이나 주변 화기작업의 영향을 받은 철판은 대기온도보다 높을 수 있으므로 실제 모재온도를 측정해야 합니다.

5. 넓은 범위에는 적합한 열원을 선택합니다

첨부된 공기혼합식 LPG 예열토치는 넓은 버너헤드로 화염을 분산시키기 때문에 드라이아웃과 넓은 범위의 이동가열에 유리합니다.

별도의 고압산소 공급호스와 절단산소 분사계통이 없어 절단토치 오조작에 의한 표면 파임 위험을 줄일 수 있습니다.

그러나 공기혼합식 LPG 예열토치도 개방화염을 사용하는 장비입니다. 화재, 화상, 가스누출, 불완전연소와 연소가스 위험은 그대로 남아 있으므로 환기와 화재예방조치가 필요합니다.

더 정밀한 온도균일성이 필요한 작업은 전기저항가열이나 유도가열처럼 WPS와 품질계획에 적합한 방법을 검토해야 합니다.

공기혼합식 LPG 토치는 산소용기를 사용하지 않습니다

이 글에서 설명하는 예열토치는 첨부 사진과 같은 공기혼합식 LPG 토치입니다. LPG 호스 한 계통과 주변 공기를 이용해 연소하므로 별도의 고압산소 용기와 산소호스를 연결하지 않습니다.

다만 주변 공기 속 산소를 이용해 연소하는 장비이므로 “산소가 전혀 필요하지 않은 토치”라는 표현보다는 “별도의 고압산소를 공급하지 않는 공기혼합식 토치”라고 설명하는 것이 정확합니다.

6. 용접선만이 아니라 양쪽 모재를 함께 가열합니다

토치를 한쪽 방향으로만 빠르게 훑고 끝내면 반대편과 두께방향까지 충분히 가열되지 않을 수 있습니다.

용접선 양쪽을 정해진 폭으로 나누어 왕복하고, 앞서 가열한 구간과 다음 구간이 자연스럽게 겹치도록 이동합니다.

가열은 용접선 중심부에만 집중하지 않고 WPS에서 요구하는 범위 전체가 완만한 온도분포를 갖도록 실시합니다.

두꺼운 판재, 교차부, 보강재가 붙은 구역은 열이 빠르게 빠져나가므로 표면 한 곳의 색이나 수증기가 사라지는 모습만 보고 완료를 판단해서는 안 됩니다.

7. 화염을 모재에 붙이지 말고 계속 이동합니다

버너와 모재 사이의 거리는 사용하는 토치, 버너 규격과 화염상태에 맞게 유지합니다.

화염이 한 점에 직접 충돌해 작은 원만 밝게 달아오르거나 표면 스케일이 발생하고 색이 급격히 변하면 과도한 국부가열 신호입니다.

토치는 손목으로 작은 범위만 흔드는 것이 아니라 필요한 가열폭 전체를 일정한 속도로 이동합니다.

모서리, 개선면 끝, 얇은 부재와 작은 브래킷은 열이 집중되기 쉬우므로 접근시간을 줄이고 온도를 더 자주 확인해야 합니다.

8. 한 방향만 가열하면 철판이 휠 수 있습니다

넓은 철판의 한쪽 면만 강하게 가열하면 가열면과 반대면 사이에 큰 온도차가 발생할 수 있습니다.

가열된 면은 팽창하고 반대면은 상대적으로 차가운 상태로 남기 때문에 철판이 한쪽으로 휘거나 각변형이 발생할 가능성이 커집니다.

판두께가 두껍거나 반대면까지 열이 전달되기 어려운 구조에서는 여러 위치의 온도를 확인하고, 작업절차에서 요구하는 가열범위와 유지시간을 따라야 합니다.

9. 온도는 눈대중이 아니라 측정기로 확인합니다

철판의 색, 손으로 느껴지는 열기와 수증기가 사라지는 시점은 정확한 온도기준이 될 수 없습니다.

접촉식 온도계, 열전대, 온도표시 크레용 또는 작업절차에서 승인한 측정기구를 사용합니다.

비접촉식 적외선 온도계는 편리하지만 표면의 녹, 스케일, 도료, 반사상태와 방사율 설정에 따라 측정값이 달라질 수 있습니다. 필요한 경우 접촉식 측정방법과 비교해 확인합니다.

측정기는 사용 전 상태와 교정 여부를 확인하고 화염을 직접 측정하지 않도록 주의합니다.

10. 화염이 직접 닿은 지점만 측정하지 않습니다

화염이 직접 닿은 지점은 주변 모재보다 순간적으로 높은 온도를 나타낼 수 있습니다. 이 값만 확인하면 실제 용접부 전체가 충분히 예열되지 않았는데도 완료된 것으로 판단할 수 있습니다.

측정위치는 적용 규격과 WPS가 지정한 위치여야 합니다. 필요한 경우 열원 반대면이나 용접선에서 정해진 거리만큼 떨어진 곳의 온도를 확인합니다.

측정 전에는 화염을 잠시 이동시켜 표면온도가 안정되도록 하고, 용접선의 시작부·중앙부·끝부분 등 여러 위치에서 온도를 비교합니다.

11. 목표 예열온도는 하나의 숫자로 정할 수 없습니다

모든 조선용 강재에 같은 예열온도를 적용하면 안 됩니다.

강종의 탄소당량, 판두께, 용접입열, 확산성 수소수준, 이음부의 구속도와 주변온도에 따라 요구되는 예열온도가 달라집니다.

인터넷에서 확인한 온도나 인접 작업구역의 값을 그대로 적용하지 말고 해당 용접부에 승인된 WPS를 확인합니다.

최소 예열온도뿐 아니라 허용되는 최고온도와 층간온도도 함께 관리해야 과열과 재질변화를 예방할 수 있습니다.

12. 예열 후 용접이 지연되면 다시 측정합니다

목표온도에 도달했더라도 바람이 강하거나 철판이 두꺼우면 온도가 빠르게 내려갈 수 있습니다.

예열 후 맞춤상태 확인, 장비교체와 작업대기 등으로 용접 시작이 지연됐다면 아크를 발생시키기 전에 모재온도를 다시 측정해야 합니다.

용접 중에도 필요한 최소 예열온도와 층간온도가 유지되는지 확인합니다. 온도가 기준보다 낮아졌다면 승인된 방법으로 다시 가열한 뒤 작업을 재개합니다.

붉은 점, 파임과 과도한 산화흔이 발견되면 멈춥니다

국부적으로 붉게 달아오른 흔적, 표면이 움푹 파인 부위, 거친 산화스케일과 휨이 발견되면 그 위에 바로 용접하지 않습니다.

손상범위를 표시하고 모재를 자연스럽게 안정시킨 뒤 품질담당자와 정해진 절차에 따라 확인합니다.

빨리 식히려고 물이나 압축공기를 뿌리면 급랭에 따른 추가적인 경화와 변형 위험이 생길 수 있습니다.

임의로 연삭해 흔적만 숨기지 말고 필요한 표면검사와 보수를 실시한 뒤 용접을 재개해야 합니다.

13. 예열 중에도 화재와 가스안전을 관리합니다

예열부의 반대편과 아래층에 도료, 보온재, 케이블, 기름걸레와 다른 작업자가 있는지 확인합니다.

넓게 가열하면 작업자가 예상한 범위보다 멀리 열이 전달될 수 있습니다. 인접구역과 철판 반대편까지 확인하고 필요한 경우 화재감시자를 배치합니다.

LPG 호스와 연결부는 작업 전 승인된 검지액으로 누출검사를 하고, 가스용기는 넘어지지 않도록 세워 고정합니다.

토치와 호스는 불꽃, 뜨거운 철판, 차량 이동구간과 낙하물의 영향을 받지 않도록 배치합니다.

14. 협소구역에서는 환기와 가스측정을 유지합니다

선박 블록과 탱크 내부에서는 LPG 누출과 불완전연소로 위험한 분위기가 만들어질 수 있습니다.

작업 전 분위기를 측정하고 강제환기를 유지합니다. 출입구만 열어놓은 상태를 충분한 환기로 판단해서는 안 됩니다.

환기장치가 멈추거나 가스측정기 경보가 발생하면 즉시 예열작업을 중지하고 안전한 위치로 이동합니다.

휴식, 교대와 작업 종료 시에는 가스 공급밸브를 차단하고 가압된 토치와 호스를 협소구역 내부에 남겨두지 않습니다.

조선소 용접부의 올바른 드라이아웃·예열순서

표면온도·서리·결로 확인 → WPS와 목표온도 확인 → 표면 오염 제거 → 반대편·가연물 점검 → 적합한 열원 선택 → 용접선 양쪽을 넓게 이동 가열 → 지정 위치 온도측정 → 균일온도 확인 → 용접 시작

드라이아웃의 목적은 표면의 수분을 제거하는 것이고, 예열의 완료기준은 WPS에서 요구하는 온도조건을 충족하는 것입니다.

두 작업을 작업자의 눈대중과 철판의 색만으로 판단해서는 안 됩니다.

올바른 예열은 빨리 달구는 작업이 아닙니다

절단토치와 집중가열토치는 빠르게 높은 열을 줄 수 있지만, 잘못 사용하면 고압 절단산소와 국부과열로 표면 노치, 산화흔, 스폿히팅과 모재 변형을 만들 수 있습니다.

문제는 산소의 존재만이 아니라 토치의 선택, 화염상태, 가열거리, 이동속도, 정지시간과 온도관리입니다.

0℃ 이하의 용접부는 서리와 결로를 제거하고 실제 모재온도를 측정해야 합니다. 공기혼합식 LPG 예열토치처럼 넓은 열원을 계속 이동시키고, 용접선 양쪽과 필요한 범위를 균일하게 가열해야 합니다.

가열이 끝난 뒤에는 WPS가 지정한 측정위치와 온도범위를 확인하고, 기준을 만족한 상태에서 용접을 시작해야 합니다.

NADAY WELDING LAB
나데이 용접연구소
용접으로 세상을 잇다.

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2026.10.22 - [조선소 용접&안전] - 산소절단기 사용방법, 절단·히팅·예열토치 구조와 안전사용법

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