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철은 딱풀로 안 붙잖아요. 그럼 뭘로 붙여요?

STEEL Talk 31

철은 딱풀로 안 붙잖아요. 그럼 뭘로 붙여요?

2020/10/29

STEEL Talk에서는 STEEL(철강)은 물론 Science, Technology, Energy, Environment and Life에 대한 궁금증과 호기심을 재미있는 이야기로 풀어드립니다.

l 철은 용접이란 걸 해야 붙어요!

건설 현장에서 아저씨들이 보호 안경 쓰고 불꽃 튀기면서 작업하는 모습 본 적 있죠? 그게 바로 용접이에요. 연결하고자 하는 물체의 접합 부분에 열과 압력을 가해 붙이는 기술이죠. 축구장 몇 배 크기의 선박부터 자동차, 아파트, 가전기기, 심지어 휴대폰 같은 작은 전자기기에도 용접 기술이 적용돼 있어요. 철강뿐 아니라 거의 모든 금속이 하나의 제품으로 상용화 되기 위해서는 용접은 필수랍니다.

이러한 용접은 비교적 이음 구조가 간단하고 재료나 작업 공수의 절감이 가능해 경제적이라는 장점이 있어요. 또한 이음 효율이 좋고, 두께의 제한도 없어요. 특히 철은 금속 중에서도 용접하기 가장 좋은 금속이에요. 때문에 철강 소재에 많이 쓰이고 있어요.

하지만 열을 가하는 작업이기 때문에 재료의 성질이 변하고, 변형이 생겨 사고가 날 수 있어요. 또한 용접 대상 물체의 무게가 매우 무겁기 때문에 넘어지거나 사람과 충돌하면 큰 사고가 발생할 수 있죠. 이 단점을 보완하기 위해 포스코는 다양한 철강 제품과 용접 기술을 연구하고 있는데 이건 뒤에서 자세히 설명해 줄게요.

▲ 철강구조물은 강판을 오리고 붙여서 만드는 용접의 마술에 의해서 최종 제품으로 탄생한다(사진: 포스코 원료수송 전용 선박)

l 용접이 왜 중요하냐면요…

용접은 매우 중요해요. 용접 부실은 대부분 대형사고로 이어지거든요. 구조물이 붕괴된 사건들을 살펴보면 주원인으로 용접불량이 꼽히는 경우가 많아요. 1994년에 발생한 성수대교 붕괴사고가 대표적인데요. 교량 상판을 떠받치는 철제 구조물의 연결 이음매 용접 불량으로 다리가 무너져 32명이 목숨을 잃었어요. 완공된 지 불과 15년밖에 되지 않은 다리에서 벌어진 참사였죠. 비단 우리나라만의 일이 아니에요. 1980년 3월 북해에서 석유 노동자들을 위한 해양구조물(반잠수식 RIG)이 붕괴되서 123명이 목숨을 잃었어요. 플랫폼 한쪽 다리 균열(용접 불량)로 구조물이 붕괴된 건데요, 그날 저녁 북해에는 강풍 조건이 있었지만 6m 높이 파도로 이렇게 큰 사고가 날 것이라고는 아무도 생각하지 못했대요.

▲ (왼쪽) 교량상판을 떠받치는 철제구조물의 연결이음새의 용접이 제대로 되지 않았고, 10mm이상이 되어야 하는 용접 두께가 8mm밖에 되지 않았다(성수대교 붕괴, 1994년 10월 21일) (이미지 출처), (오른쪽) 해양구조물 반잠수식 Oil RIG 붕괴(‘1980년 3월 27일, 북해), 풍속 약 70km/h, 파고: 6~7m, 용접결함에 의한 피로파괴 (이미지 출처)

l 용접을 가장 잘아는 사람이 포스코에 있어요!

앞서 용접에 쓰는 금속이 무거워서 사고가 날 수 있다고 얘기했죠? 포스코는 튼튼하면서도 가벼운 철을 생산하고 있어요. 보통 철이 얼마나 단단한지 말할 때 ‘인장강도’라는 표현을 써요. 인장강도는 철을 양쪽으로 잡아당겼을 때 얼마나 견딜 수 있는지를 뜻하는데, 특히 자동차에 들어가는 기가스틸은 최대로 견딜 수 있는 인장강도가 1,000 Mega Pa이에요. 다시 말해, 기가스틸은 1 Giga Pa이상의 초고강도강이란 말씀. 10원 동전 크기 기가스틸에 전교생이 매달려도 버틸 수 있답니다.

이렇게 튼튼하면서도 가벼운 철을 용접하기 위한 용접 기술도 포스코에서 개발하고 있어요. 일명 레이저 용접기술! 고밀도로 집속된 레이저 빔을 쏘아서 용접하는 방식인데요. 초고장력강판(AHSS), 마그네슙(Mg)합금, 알루미늄(Al)합금, 이종금속 접합부 등의 맞대기, 겹치기, 모서리 등 다양한 이음부에 적용 가능하다는 장점이 있어요. 이러한 용접 방식은 제품의 생산 속도를 증가시키고, 용접 부위를 강하게 하기도 한답니다.

‘철강+비철금속’, ‘금속+고분자’ 등 성질이 서로 다른 물성의 이종소재를 결합하면 경량화 등 단일 소재에서는 확보할 수 없었던 최적의 성능을 이끌어낼 수 있어요. 그렇다면 서로 다른 두 소재를 튼튼하게 이을 수 있는 방법도 필요하겠죠? 포스코는 레이저뿐 아니라, 손바닥을 비빌 때 생기는 열과 같은 마찰 에너지, 초음파 등을 이용해 알루미늄, 마그네슘, CFRP(탄소섬유 강화플라스틱, Carbon Fiber Reinforced Plastics) 등을 철에 접합하는 기술도 개발하고 있답니다.

아참! 용접에 필요한 소재인 용접재료도 고객사와 공동 개발하고 있어요. 특히 친환경차용 초고강도 도금강판, LNG 저장탱크 극저온용강(아주 추운지역에서도 강재가 깨지지 않는 성질) 등의 분야에서는 기본적인 용접성 뿐만 아니라 용접재료의 성능 향상이 필수적이기 때문이에요.


딱풀로도 안 붙는 철이 척척 붙어 있는 비결, 이제 알았죠? 본드보다 더 튼튼한 용접 기술을 고민하는 포스코의 노력이 있는 한, 용접이 말썽 부릴 일은 없겠어요~

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