8부] 후 삼각 - 자전거 프레임 교정(얼라이먼트)과 시트스테이 직접 손질해서 용접하기

프레임 교정과 시트 스테이 만들어 접합하기
8부에서 다룰 내용을 되짚어 보면 참 즐겁습니다. 내용은 이러합니다. 우선 직접 깎고 자르며 정성스레 손질한 70% 정도 완성된 프레임에 드디어 바퀴를 장착했습니다. 포크가 아닌 리어(뒤) 드롭아웃에 뒷바퀴를 꽂는 순간 그 희열은 남달랐었습니다. 더욱이 시트 스테이가 시트 러그에 연결될 부분의 형상을 직접 만들었는데요, 이 재미가 또 남달랐었습니다.

양 시트 스테이 튜브 사이에 연결되는 뒤 브레이크를 장착하는 브리지(Bridge)를 접합하면 더는 프레임을 교정할 수 없습니다. 이 때문에 시트 스테이를 만들어 프레임에 접합하기 이전에 교정(얼라이먼트)작업을 진행했습니다. 그리고 시트 스테이를 만들어 붙였었죠. 참고로 이 모든 작업을 진행하기 이전에 글쓴이는 시트 러그 부근에 남은 불필요한 용접 잔재물을 사포와 줄을 이용하여 미리 제거해주었습니다.

체인 스테이와 드롭아웃 교정
7부에서 프레임에 연결한 체인 스테이에는 드롭아웃이 접합되어 있습니다. 우선 뒷바퀴(리어 휠 세트)를 장착해 봅니다. 눈으로 봐서 틀어진 부분이 있다면 휠을 붙잡고 움직여서 교정합니다. 제법 힘이 가해질 수도 있기에 비싼 휠을 사용하면 안 되겠죠.

더욱 정교한 교정을 위해서는 전문 공구를 이용합니다. 우선 드롭아웃 교정 공구를 드롭아웃에 장착합니다. 그리고 틀어진 부분이 있다면 공구를 이용해 간격과 중심을 맞춰줍니다. 이후 버니어 캘리퍼스를 이용해 드롭아웃의 간격을 확인합니다.

이어서 프레임 교정 공구를 이용해 헤드 튜브와 시트 튜브 그리고 드롭아웃의 수치 기준을 잡습니다. 프레임의 반대쪽의 수치도 확인 후, 이에 맞게 드롭아웃 공구를 이용해 설계 수치가 나올 때까지 교정을 진행합니다.

BB 페이싱
BB 페이싱은 프레임 제작이 완료되고 나서도 최종적으로 한번 더 진행합니다. 그러나, 평평한 정반 위 프레임을 고정하기 위해서는 BB 셸을 이용하기 때문에 표면이 깨끗하게 정리돼 정확히 일직선을 이뤄야 합니다. 그래야 정확한 교정 작업을 진행할 수 있어서죠.

페이싱 작업은 프레임 빌딩을 할 때뿐만 아니라 자전거를 조립할 때에도 쓰입니다. 그래서 공구마다 사용법이 조금씩 다르지만, 일반적인 원리는 같습니다. 절삭 날이 표면을 고르게 깎아주는 것이죠. 이 단계에서 페이싱을 지나치게 많이 해버리면 BB 셸의 넓이가 짧아질 수가 있습니다. BB 셸이 딱 평평해지게만 진행하는 것을 잊어서는 안 됩니다.

프레임 교정
BB 페이싱이 완료됐다면, 정반 위 고정 장치에 BB 셸을 적당한 압력으로 프레임이 틀어지지 않게 고정합니다. 그리고 높이 게이지(Height gauge)와 같은 각종 프레임의 수치를 측정하는 공구를 이용해 헤드 튜브와 다운 튜브, 시트 튜브 간의 오차를 확인해 교정작업을 진행합니다.

방법은 간단합니다. 길고 둥근 나무 막대를 튜브에 삽입해 교정이 필요한 방향으로 힘껏 당겨주면 됩니다. 이와 같은 방법으로 교정과 측정을 원하는 수치가 나올 때까지 반복했습니다.

드롭아웃을 위한 공간 확보
프레임 교정을 완료했으니 시트 스테이를 접합해야죠. 먼저, 시트 스테이용 튜브가 단단히 고정될 블록에 튜브를 수직으로 바이스에 고정했습니다. 그리고 리어 드롭아웃이 삽입될 탭의 깊이를 측정해 마커로 표시했습니다. 이때 주의할 것은 시트 스테이는 체인 스테이와 다르게 전방으로 제법 기울기 때문에 양쪽 홈의 깊이가 다릅니다. 그 때문에 프레임을 향하는 쪽은 좀 더 얕게 바깥(뒤쪽)면은 더욱 깊게 표시를 했습니다.

그리고 표시한 만큼의 홈을 톱을 이용해 만들었습니다. 시트 스테이용 튜브당 총 두 개의 홈이 필요합니다. 튜브 표면에 표시한 만큼 알맞게 톱질을 한 후, 롱 노우즈로 이리저리 잡아당겨 불필요한 부분을 제거해 공간을 만들었습니다. 이어서 생성된 공간에 알맞은 줄(File)을 찾아 내부 면을 적당히 갈아줍니다. 이때 시트 스테이용 튜브에 표시한 각기 다른 높이만큼을 고려해 갈아줬습니다.

시트 스테이 하단 부 모양 만들기
이제 모양을 낼 차례입니다. 포크와 체인 스테이를 만들 때 드롭아웃을 장착했었는데요, 그 방법과 전체적으로 유사합니다. 비스듬히 바이스에 고정한 튜브를 각도기를 통해 각을 측정한 후 값을 메모해놓습니다. 이유는 반대 면과 나머지 시트 스테이 튜브 역시 같은 각도 값을 적용해 완성도를 높이기 위해서죠. 즉, 순전히 성능과 상관없는 모양 때문입니다. 그리고 적당한 넓이의 평 줄을 이용해 단면을 갈아줬습니다.

둥근 줄을 이용해 평 줄로 만들었던 경사면의 중심부를 갈아내면 한층 멋스러워집니다. 최종적으로 드롭아웃에 삽입해 형태를 확인하면서 마음에 들지 않는 부분이 있다면 세밀한 작업을 더 해줍니다. 또한, 용접물이 들어갈 튜브 외면뿐만 아닌 내면도 사포를 이용해 깨끗이 닦아냈습니다.

시트 러그 쪽 시트 스테이 재단과 모양을 위한 준비
프레임 BB 셸을 바이스에 고정한 후 준비된 시트 스테이용 튜브를 시트 튜브 러그에 대보며 재단할 길이와 폭을 마커로 표시했습니다. 이때는 지그를 활용하는 것이 좋습니다. 잘라낼 시트 스테이의 반대편은 드롭아웃을 위한 공간이 이미 확보가 됐으므로 지그를 이용하면 더욱 정확한 수치를 얻어낼 수가 있죠.

이 밖에 시트 스테이가 시트 러그 위치상 어디가 가장 적합한지도 붉은색 마커를 이용해 표시해줬습니다. 그리고 이를 둥근 줄을 이용해 갈아줍니다. 시트 스테이를 접합할 때 시트 러그 위에 튜브가 살짝 얹히도록 하기 위함이죠. 또한, 시트 스테이를 지그에서 분리한 다음 튜브 표면에 표시한 길이만큼 잘라내기도 했습니다.

참고로 시트 스테이는 프레임 전체를 놓고 보았을 때 아주 중요한 역할은 하지 않습니다. 프레임이 틀어지지 않기 지지하는 역할정도랄까요, 사실 최근의 엔듀런스 자전거들은 시트 스테이를 적극적으로 활용하는 모습을 보여주고 있기도 하지만요. 여하튼, GT나 BMC의 자전거들 처럼 시트 튜브쪽에 시트 스테이를 접합을 해도 전혀 상관없습니다. 시트스 테이는 자전거의 전체적 성능보단 외적인 취향이 크게 작용하는 부분이라 생각합니다.

시트 스테이 상단 부 모양 만들기
길이에 맞게 깔끔하게 잘라낸 튜브를 시트 러그에 붉게 표시한 부분에 정확히 맞댑니다. 공구를 이용해 모양을 만들 수치만큼 시트 튜브 표면에 마커로 표시해줍니다. 이어서 시트 스테이 튜브를 알맞은 바이스 위 블록에 45도로 고정한 다음, 평줄로 길이만큼 반복해서 갈아줬습니다. 원하는 크기의 타원형의 구멍이 형성되면 사포를 이용해 매끈하게 표면을 정리합니다.

잘라낸 튜브 재활용하기
6부 앞 삼각 손질하기 편에서 설계 수치만큼 자르고 남은 톱 튜브나 헤드 튜브 등을 이용해 시트 튜브 상단의 모양을 낼 수가 있습니다. 일반적으로 크로몰리 자전거들은 총알(Bullet) 형태의 러그를 사용하거나 지금 보고 있는 형태의 곡선이 들어간 창 형태의 시트 스테이를 많이 사용합니다. 글쓴이는 앞 단락에서 형성했던 타원형의 구멍에 잘라낸 튜브를 재활용했습니다. 평평한 철판을 이용해도 됩니다.

튜브를 구멍에 대어 보고 빈 곳이 생기지 않는지 확인합니다. 재료로 적합하다고 생각되면 재활용 튜브를 반으로 가릅니다. 그리고 반으로 자른 재활용 튜브와 시트 스테이 튜브를 탁자 위에 간격 없이 맞댄 상태에서 붉은색 마커로 시트 스테이 튜브의 형태에 따라 표시합니다.

통기구멍 확보와 세척
손질된 시트 스테이를 프레임에 결합하기 전, 용접 과정 중 발생하는 가스를 배출하기 위한 통기구멍을 리어 드롭아웃 가까이에 생성합니다. 스크라이브(Scribe)로 위치를 표시한 다음 드릴로 통기구멍을 냈습니다. 용접하기 전에는 솔벤트 또는 산(acid)으로 세척 과정을 거처야 합니다. 그리고 오일류가 표면에 묻어 있다면 접착성이 감소하고 많은 연기가 발생합니다. 검은 코팅이 되어 있는 튜브는 사포나 샌드 블라스터로 표면 처리를 해야 합니다. TIG 혹은 실버 브레이징(은 용접)만 가능한 스테인리스 스틸의 경우 표면에 니켈 옥사이드가 있을 수 있습니다. 이를 반드시 제거해야 합니다.

재단된 시트 스테이와 재활용 튜브 고정
시트 스테이와 재활용 튜브를 접합하기 위해 바이스에 고정하기 전에 해야 할 일이 한 가지 더 있습니다. 각각의 시트 스테이 튜브와 재활용 튜브를 헛갈리지 않게 표시하는 것입니다. 글쓴이는 A와 B라고 써주었습니다. 완성도를 높이기 위해서는 일체감이 있어야 하는데 튜브가 엇갈리게 되면 모양이 살지 않기 때문이었죠. 또한, 간격이 심하면 동이 내부로 흘러들어 소모가 심하기도 합니다.

바이스에 고정할 때에는 사용하지 않는 작은 튜브를 재활용 튜브 아래에 받쳐서 높이를 확보했습니다. 그리고 시트 스테이는 바이스에 물린 블록에 고정했죠. 주의할 점은 접합될 부분이 반드시 평 상태로 고정되어야 합니다. 방향에 따라 흘러내리는 동(bronze)을 사용해 용접을 진행하기 때문이죠.

동 용접을 위한 플럭스 선택과 주의사항
동을 이용한 자전거 프레임 빌딩에 적합한 반죽 상태의 플럭스(페이스트 플럭스, Paste Flux)는 흡수력은 떨어지지만, 물에 잘 녹아(수용성) 용접 후 제거 작업이 필요치 않습니다. 접합부에 플럭스를 바를 때의 주의할 점은 과하다 싶을 정도로 몇 센티 더 넓게 발라야 한다는 것입니다. 또한, 뜨거운 접합부위에 새로운(젖은) 플럭스를 바르면 절대 안 됩니다. 그래서 용접 중 플럭스가 부족하지 않게 충분히 바르는 걸 잊지 말아야 합니다. 사용될 용접봉은 용접 전 수세미와 같은 도구를 이용해 깨끗이 닦아 줍니다.

동 용접, 속 불은 짧지만 뜨겁게
동 용접은 은보다 높은 온도에서 가열해야 합니다. 그래서 산소와 아세틸렌을 적절히 조절해 속 불이 은 용접보다 짧지만, 화력이 강하고 뜨겁습니다. 불꽃이 가해지는 부위가 광택이 나기 시작하면 동(bronze) 용접봉 하나를 다 쓸 정도로 삽입하기 시작합니다.

용접
우선 시트 스테이와 재활용 튜브 간의 세 부분을 일정한 간격을 주고 간단하게(살짝) 접합합니다. 그리고 이 접합점을 끝점을 기준으로 빈대 끝까지 틈 안으로 부드러우면서도 두텁게 동을 밀어 넣어 주면서 빈 곳을 메꿔줍니다. 금속에서 작고 밝은 푸른 빛이 보이면 과열됐다는 신호이므로 주의합니다. 가열된 부분에서 동이 녹을 때 주변부에 충분히 열을 가해주지 않으면 용접물이 그냥 덮어지는 포켓(Pocket) 형태가 되어 내구성이 떨어지게 되므로 이 역시 주의합니다.

작업이 끝나면 여전히 수평으로 고정한 채, 혹시 메워지지 않은 공간이 있는지 확인하면서 확실히 마무리합니다. 모든 작업이 완료되면 고정장치서 바로 분리하지 말고 몇 분 정도 여유를 가지며 식혀줍니다.

불필요한 용접물 제거
용접이 끝났으면, 굳은 플럭스와 불필요하거나 보기 좋지 않게 돌출된 용접물들을 제거하는 작업을 거칩니다. 종류에 따라 물로 제거 가능한 플럭스가 있고 아닌 것이 있습니다. 물로 플럭스 제거가 쉽지 않을 경우 다양한 형태의 줄(file)과 사포를 이용해 갈아서 제거해줍니다.

시트 스테이 상단부 손질
용접이 끝났으니 불필요한 재활용 튜브를 손질해야죠. 우선 튜브를 쉽게 자를 수 있도록 도와주는 가위(스니프, Snip)를 이용해 불필요한 부분은 최대한 과감히 잘라줬습니다. 그리고 평줄을 이용해 거칠게 손질했죠.

약식으로 거칠게 손질된 시트 스테이를 블록에 고정하고 작은 평줄과 사포로 원하는 모양이 나올때까지 부드럽게 반복적으로 손질했습니다. 하나의 시트 스테이가 완성되면 반대편도 같은 방법으로 진행해줍니다.

손질된 시트 스테이 용접 시 주의, 참고사항
리어 드롭아웃 용접은 상당히 많은 간격을 메우는 작업입니다. 속이 텅 비어 있는 체인 스테이 튜브보다 드롭아웃은 내부가 꽉 차있는데요, 70에서 80%의 열을 드롭아웃 위주로 가해줘야 합니다. 지그 픽스쳐에 물린 채 반드시 용접할 부분이 수평이 되게 고정해야 합니다.

드롭아웃 용접
우선 리어 드롭아웃의 측면 두 부분씩 총 네 곳을 간단하게 접합합니다. 튜브 끝을 둥글게 깎아서 다듬은 중심부를 기준으로 용접봉의 삼 분의 일 정도의 동을 튜브 안으로 밀어 넣어 메꿔줍니다. 튜브 내부가 일정 부분 메꿔지면, 처음보다 좀 더 윗부분을 기준으로 용접봉을 녹여 부드러운 경사면이 형성되도록 마무리합니다.

금속에서 작고 밝은 푸른 빛이 보이면 과열됐다는 신호이므로 주의합니다. 가열된 부분에서 동이 녹을 때 주변 역시 충분히 열을 가해주지 않으면 용접물이 그냥 덮어지는 포켓(Pocket) 형태가 되어 내구성이 떨어지게 되므로 이 역시 주의합니다.

작업이 끝나면 체인 스테이를 여전히 수평으로 고정한 채, 혹시 메워지지 않은 공간이 있는지 확인하면서 확실히 마무리합니다. 모든 작업이 완료되면 고정장치에서 바로 분리하지 말고 몇 분 정도 여유를 가지며 식혀줍니다.

시트 스테이 은 용접을 위한 플럭스 선택과 도포
플럭스를 바르기 전 용접될 시트 러그와 시트 스테이 주변부를 사포를 이용하여 표면을 깨끗이 만듭니다. 물에 녹는 플럭스를 사용하면 은 용접 후 남아있는 플럭스를 쉽게 제거할 수 있습니다. 동 용접에 사용되는 플럭스는 녹는점이 높습니다. 이 때문에 은 용접을 하기 위한 불 세기로는 플럭스가 녹지 않으므로 주의합니다. 접합면 양측에 플럭스를 과하다 싶을 정도로 넓게 그리고 용접 중 플럭스가 부족하지 않게 충분히 바르는 걸 잊지 말아야 합니다.

은 용접은 1,800도 이하
은 용접(실버 블레이징)은 매우 낮은 온도(1,800도 이하)에서 작업해야 합니다. 금속이 빨갛게 달궈지면 안 되죠. 1,800도가 넘은 상태에서 천천히 금속을 식히게 되면 구부러지거나 내구성이 떨어져 부서지기 쉬운 성질을 가지게 되기 때문입니다. 또 온도가 높으면 플럭스의 이물질 세척력이 떨어져 금속이 산화되면서 점도가 높아집니다. 결국, 용접봉이 충분히 스며들지 못해 용접부위가 약해지는 것입니다. 플럭스가 오염이 되면 분해 후 다시 처음부터 작업해야 하므로 항상 주의를 필요로 합니다.

은 용접봉을 선택할 때에는 56% 카드뮴 함유된 것을 권장합니다. 45%의 은과 카드뮴이 섞인 합금 역시 일반적이나 과도하게 연기를 흡입할 경우 폐에 부종이 생길 수 있습니다. 이 밖에, 45% 카드뮴과 은이 제거된 합금은 간격을 메울 때 적합하나 녹을 때 울퉁불퉁해지는 단점을 지녀 드롭아웃을 체결할 때 주로 사용됩니다. 사용될 용접봉은 용접 전 수세미와 같은 도구를 이용해 깨끗이 닦아 줍니다.

은을 이용한 시트 스테이 용접
시트 스테이는와 러그 사이를 용접할 할 때에는 용접 부위를 수평으로 만든 다음 시트 스테이 상단에서 불을 이용해 은을 녹여 아래로 흘러내면서 빈 곳간을 고르게 채워줘야 합니다. 은을 쓴 가장 큰 이유는 시트 스테이와 재활용 튜브를 동으로 접합했기 때문이죠. 동은 은보다 녹는 점이 높습니다. 이 때문에 시트 스테이를 시트 러그에 은으로 접합하기 위해 가열할 때 해당 부분이 녹지 않겠죠.

불필요한 용접물 제거
용접이 끝났으면, 굳은 플럭스와 불필요하거나 보기 좋지 않게 돌출된 용접물들을 제거하는 작업을 거칩니다. 종류에 따라 물로 제거 가능한 플럭스가 있고 아닌 것이 있습니다. 물로 제거가 쉽지 않을 경우 다양한 형태의 줄(file)과 사포를 이용해 갈아서 제거해줍니다. 사실, 이 과정을 얼마큼 줄일 수 있느냐가 프레임 빌더의 숙련도를 나타내는 척도라 할 수 있을 만큼 많은 시간이 있어야 하는 작업입니다. 주의할 점은 너무 과하게 갈아내서 용접이 완료된 용접물과 플럭스를 넘어 튜브의 표면까지 갈아내면 안 된다는 것입니다. 이를 언더 커팅이라 칭하는데요, 추후 도색 시 눈에 띄는 자국이 생기게 되므로 주의합니다.

90%까지 완성된 세상 단 하나의 프레임
이제 고지가 멀지 않았습니다. 불필요한 용접물들을 사포와 줄로 이용해 제거하다 보면 용접물이 제대로 스며들지 못해 틈이 보일 수도 있습니다. 이때는 보강 용접을 통해 다시 한 번 내구성과 완성도를 높여야 합니다. 다음 편에서는 뒤 브레이크가 장착되고 시트 스테이가 뒤틀리지 않게 단단히 도와주는 브리지, 물통 케이지가 장착되는 홀, 자전거의 브레이크와 변속 겉 선이 고정되는 케이블 스톱을 장착하는 등의 작업과정을 풀어보겠습니다.

http://bikeacademy.co.kr/ (프레임 빌딩교육의 표준, 바이크아카데미)

유기농 자전거 프로젝트 -
5. 체인스테이 - 겉과 다르게 자전거에서 중요한 역할의 Chainstay 손질하고 용접하기
6. 앞 삼각 - 프레임의 성능과 외형에 가장 큰 영향을 미치는 앞 삼각 자르고 손질하기
7. 앞 삼각 2 - 자전거 프레임의 외형과 성능에 영향을 주는 앞 삼각 세척하고 용접하기
9. 브레이즈 온 - 뒤 브레이크를 위한 브리지, 케이블 스톱, 물통 케이지 손질 용접하기

관련 문화평 -
자전거의 역사 : 두 바퀴에 실린 신화와 열정 (2008, 프란체스코 바로니)
바이시클 테크놀로지 (2013, 롭 반 데르 플라스, 스튜어트 베어드)

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결론은 피팅이다 : 보다 과학적이고 편안한 사이클링을 논하다

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