쇠를 붙이는 용접의 세계

뻘뻘 땀을 흘리며 뜨겁게 달군 쇠를 탕탕 내리치는 대장장이를 생각해보자. 금속을 달군 뒤에 두들기는 풀무질은 쇠를 단단하게 하고 모양을 만드는 역할을 하기도 하며 금속과 금속을 연결하는 용접의 가장 기본적인 방법이 되기도 한다.

용접의 역사를 따져보면 기원전 3000년부터 수메르인들이 부러진 청동검을 이어 붙이는 것부터 시작해 지금까지 산업화를 지탱하는 매우 중요한 기술로 발전되어 왔다.

용접은 쉽게 말해 금속과 금속을 녹인 다음 서로 이어 붙이는 방법으로, 크게 접합할 금속 자체를 녹여 붙이는 방식과 다른 금속을 이용하는 방식으로 나눌 수 있다. 금속 자체의 접합부를 가열하여 녹여서 붙이는 방식에는 가스용접, 전기용접, 원자수소 용접, 테리밋 용접 등이 있다. 가장 기본적인 방식이랄 수 있는 가스용접은 아세틸렌과 산소를 주 원료로 하기 때문에 흔히 ‘산소용접(Oxy-Acetylene Welding)’이라 불리는데 산소와 아세틸린에 혼합된 가스를 분사 약 3천도로 연소시켜 이음부위를 용접한다. 이 방식으로 특수강이나 황동 등 비철금속의 용접도 가능하다.

가스 용접 외에도 다른 금속을 이용하는 용접 방식도 있는데 흔히 ‘납땜’이라는 호칭으로 널리 알려져 있다. 이 방식은 접합할 금속보다 녹는 점이 낮은 금속(납이 대표적인 경우)을 놓고 해당 금속을 녹여 붙이는 방식이다.

용접이란 단어를 보면 보통 거친 산업현장의 단순한 것이라 생각 하지만 사실 용접은 20세기 산업화의 숨은 주역이다. 자동차, 선박, 철도, 철골 기둥을 이용한 대형 건축물 등 우리 생활 곳곳에 용접의 힘으로 탄생하지 않은 거대 철제 구조물은 없으며 현대에 이르러서는 우주를 탐험하는 최첨단 우주선 및 심해를 탐사하는 심해 탐사선 등 용접은 최첨단 기술에 필수적으로 사용되고 있다. 특히 20세기를 움직인 연료인 ‘석유’ 발굴은 용접의 기술 분야 중 ‘수중 용접’ 없었다면 불가능 했을 것이다. 대양에 떠 있는 거대한 석유시추선을 수리하기 위해 매번 석유 시추를 중단하고 그 먼 바다에서 육지로 끌어올리는 번거로움과 수고로움을 상상이나 할 수 있겠는가.

물로 가득 차있는 수중에서 불꽃을 일으켜 용접을 한다는 것은 무척 신기한 일이다. 수중용접은 영국해군이 1차 세계대전 중 누수가 발생하는 선박을 육지로 끌어 올려 수리를 하는데 시간이 너무 많이 걸려 보다 빨리 수리하기 위해 개발 되었다. 수중용접의 기본 원리는 지상에서의 용접과 동일하다. 물 속에서는 지상과 달리 산소가 없어 바로 용접을 할 수 없기 때문에 용접이 가능하도록 강한 기체를 분사 시켜 일시적으로 물이 없는 상태로 만든 뒤 용접한다.

수중 용접은 다시 건식과 습식으로 나뉘는데, 건식은 용접할 부위에 비활성기체(보통은 아르곤 가스)를 채운 특수한 상자로 일정 공간을 만들고, 그 속의 물을 없앤 뒤 작업하는 방식이다. 습식은 수중에서 직접 실시하는 용접으로 용접 부위가 작거나 응급조치가 필요한 경우에 행해진다. 하지만 수중 용접은 육상 용접에 비해 강도가 80%에 그치기 때문에 비상 수리 작업에 주로 쓰인다. 이와 반대로 습식용접은 사용의 편리성 때문에 널리 사용되고 있다. 습식 용접은 용접에 필요한 기체(주로 수소)를 용접하는 순간 내뿜어 순간적으로 용접이 가능한 공간을 만든 뒤 용접하는 방법이다.

습식 용접은 기체 형성과 용접 작업을 동시에 진행하기 때문에 균열, 기공 등 결함이 생기기 쉽지만 용접을 위해 특정 공간을 설치해야 하는 건식 용접에 비해 설비비가 싸고 용접할 크기에 대한 제약이 없기 때문에 널리 사용된다.

용접은 자동차, 선박, 건축 등 각종 산업의 기반이 되는 기술이며 최첨단 기기에 사용 되는 고급 기술 이지만 3D 업종으로 분류되어 사회적인 인식과 인력난이 심한 분야이기도 하다.

앞으로 우리나라에서도 심해나 극지, 우주 공간에서의 개발 필요성 높아질수록 이에 대한 투자와 노력 그리고 우리 모두의 관심이 더욱 필요할 것이다. (과학향기 편집부)

출처 : KISTI의 과학향기