임경택
2001-02-02 19:51:21
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저는 식품가공공장의 부장 임경택입니다.
우리 회사는 원료를 저장하는 탱크를 STS304로 제작하기로 하고, 검토 중인데 어느 업체에서 용접방식을 100% CO2가스 아크 용접으로 하면 低賈에 만들 수 있다고 제안해 왔는데 이의 타당성이 있는 것인지요?
이 업체의 주장으로는 조선소의 케미칼탱크도 이러한 용접방식을 쓰기 때문에 전혀 문제가 되지 않는다고 하고 있습니다.
회사 내부에서 많은 논란이 있는데, 그 대강은 가격이 저렴하기 때문에 이 업체의 주장을 받아들이자는 측과, 지금까지 TIG 용접방식을 택해 왔고,CO2용접은 핀홀이 많이 생겨 기밀성에 문제가 있어 액체, 특히 강산성의 액체에는 적합하지 않을뿐만 아니라 식품업체에서는 100% CO2 아크 용접을 적용한 선례가 없다는 것이 그 이유입니다.
탱크의 제원은 재질 STS 304, D 4.3m, Body height 3.6m, total height 5.0m, 내용적 65m3(전체 하중 63톤), 하부경판 6t, 상부경판 3t, 동체 3 또는 4t이고 탱크 내부에 보강은 하지 않습니다.
내용물은 구연산이 주성분인 유기산을 함유한 ( PH = 3.0 정도) 50%정도의 알콜용액입니다.
부디 高見을 부탁 드리겠습니다.
우리 회사는 원료를 저장하는 탱크를 STS304로 제작하기로 하고, 검토 중인데 어느 업체에서 용접방식을 100% CO2가스 아크 용접으로 하면 低賈에 만들 수 있다고 제안해 왔는데 이의 타당성이 있는 것인지요?
이 업체의 주장으로는 조선소의 케미칼탱크도 이러한 용접방식을 쓰기 때문에 전혀 문제가 되지 않는다고 하고 있습니다.
회사 내부에서 많은 논란이 있는데, 그 대강은 가격이 저렴하기 때문에 이 업체의 주장을 받아들이자는 측과, 지금까지 TIG 용접방식을 택해 왔고,CO2용접은 핀홀이 많이 생겨 기밀성에 문제가 있어 액체, 특히 강산성의 액체에는 적합하지 않을뿐만 아니라 식품업체에서는 100% CO2 아크 용접을 적용한 선례가 없다는 것이 그 이유입니다.
탱크의 제원은 재질 STS 304, D 4.3m, Body height 3.6m, total height 5.0m, 내용적 65m3(전체 하중 63톤), 하부경판 6t, 상부경판 3t, 동체 3 또는 4t이고 탱크 내부에 보강은 하지 않습니다.
내용물은 구연산이 주성분인 유기산을 함유한 ( PH = 3.0 정도) 50%정도의 알콜용액입니다.
부디 高見을 부탁 드리겠습니다.
앞선 권기선님의 설명이 이미 이루어 졌기에 간단하게 CO2용접에 관한 말씀을 드리지요.
현장에서 사용하는 CO2 용접은 크게 두가지로 구분됩니다.
1. GMAW (Gas Metal Arc Welding) : 이를 다른 말로는 MAG라고도 부르지요.
MAG의 의미는 Metal Active Gas 즉, CO2를 사용하다고 해서 그렇게 부릅니다. 예전에는 CO2라고 하면 거의 GMAW를 의미했지요.
소음이 심한 편이고, Spatter가 많은 것이 단점입니다만, 최근에는 용접기의 발전으로 단점이 많이 사라지고 있습니다.
2. FCAW (Fluc Cored Arc Welding) : 최근들어서 산업계 전반에 걸쳐 활용도가 증대되는 Process입니다. 예전에는 높은 용착 효율로 인해 조선소등에서 구조물 용접에 많이 사용했지요. 제가 알기로는 FCAW의 개발이 초기에는 Stainless Steel등의 Weld Overlay를 보다 빠르고 편하게 하기 위한 것으로 알고 있습니다. 현재 FCAW는 탄소강과 일부 Stainless Steel에만 적용되고 있습니다. 용접 Bead가 미려하고 두꺼우면서도 박리가 잘되는 Slag를 형성하여 용접하기가 편리합니다.
아마도 현재 업체에서 제시하는 CO2용접은 FCAW를 의미할 것으로 판단됩니다.
CO2를 활용한 용접이 기존에 TIG용접에서 사용하는 Ar과 비교하여 어떤 차이점이 있는 가는 위의 그림을 보시면 확인하실 수 있습니다.
그림이 너무 작아 잘 보이지 않는 데, 그림에서 가장 오른쪽이 CO2를 사용한 것입니다. (이 그림은 이 Site의 "자료사진" 항목에 가시면 자세히 볼 수 있습니다.)
위 그림에서 보는 바와 같이 CO2를 사용하면 다른 보호 가스에 비해 높은 용입을 이룰 수 있습니다.
이와 같은 차이점은 CO2 용접에 적용되는 전류 값이 다른 것에 비해 높고, 전압이 높으며, 따라서 입열이 많아지고, 전체적으로 많은 용융금속이 발생하기에 나타나는 현상입니다.
하지만 어느 용접 방법에서나 높은 전류와 전압을 사용하다고 하는 것은 상대적으로 Spatter 발생의 위험성이 있습니다.
그러면, 왜 많은 Spec.들에서 CO2용접, 특히 FCAW를 제한하는가?
실례로 Chevron Welding Manual등에 보면 FCAW를 초층과 10t 이상의 Weld Joint에는 사용하지 못하도록 제한하고 있습니다.
이러한 이유는 다음과 같이 정리할 수 있습니다.
- 많은 양의 용탕이 형성되기에 용탕 제어가 힘들다. (하지만 실제 작업 현장에서는 가장 기량이 떨어지고 단가가 싼 용접사가 FCAW로 용접을 실시하는 곳이 많습니다.)
- 높은 입열로 인해 용접부 금속이 조대화 한다. (용접 금속이 조대화 한다는 것은 기계적 특성이 저하됨을 의미합니다.)
- 위와는 상반된 의미로 많은 양의 용탕을 제어하기 위해 용접속도가 빠르다 보니 용접부에 가스의 배출이 어렵다. (기공의 발생 위험성이 크게 됩니다. 동일한 개념으로 용접부 잔류 수소량에 대한 경고가 많이 나오게됩니다. 이에 관한 내용은 본 Site의 기술문서에서 FCAW에 관한 내용이나, 제가 출간한 "용접기술실무-21세기사 출간"을 참조하세요.)
현재 조선소를 제외한 다른 산업 특히 석유화학 분야의 FCAW 적용은 어떠한가? (제가 속해 있는 영역을 기준으로 말씀드리지요.)
- 열처리가 해당되는 기기의 용접은 제한합니다. (열처리 이후 용접부의 충격에너지 값의 저하가 심합니다.)
- 메인 용접 Seam에는 상압의 경우를 제외하고는 제한합니다.
- Fillet Joint나 단순 Support의 경우에만 허용합니다. (그러나, 이경우에는 적절한 비파괴 검사 방법을 적용하기 어렵습니다. 참고로, 국내에서 3위권 안에 드는 대형 중공업체의 QC 중에는 차라리 메인 Seam에 허용해 주면 RT를 찍던 UT를 하던지 할텐데, Fillet Joint에 허용해주기 때문에 품질 관리에 어려움이 있다고 얘기하는 사람도 있었습니다.)
그런데 이렇게 말씀드리면, "아마도 그렇다면 FCAW를 사용해서는 안되겠구나..!" 하시겠지만, 그렇게 생각하실 문제는 아닙니다.
모든 용접방법에는 장단점이 있습니다.
위에 설명한 바와 같은 단점이 있기에 전체적인 기기의 제작 단가가 싼 만큼 충분한 품질 관리 방안을 수립하셔야 합니다.
예를 들어 기기의 제작 후에 비파괴 검사나 수압시험등을 시행하고, 적극적인 용접 품질 관리를 위한 대안을 마련하시는 게 좋습니다.
그런데 제가 보기에는 전체적으로 기기의 두께가 얇아서 외부 Suppot 없이 그냥 수압을 걸게 되면, 변형이 염려됩니다. (미리 한번 확인해 보세요.)
도움이 되시길 바랍니다.
현장에서 사용하는 CO2 용접은 크게 두가지로 구분됩니다.
1. GMAW (Gas Metal Arc Welding) : 이를 다른 말로는 MAG라고도 부르지요.
MAG의 의미는 Metal Active Gas 즉, CO2를 사용하다고 해서 그렇게 부릅니다. 예전에는 CO2라고 하면 거의 GMAW를 의미했지요.
소음이 심한 편이고, Spatter가 많은 것이 단점입니다만, 최근에는 용접기의 발전으로 단점이 많이 사라지고 있습니다.
2. FCAW (Fluc Cored Arc Welding) : 최근들어서 산업계 전반에 걸쳐 활용도가 증대되는 Process입니다. 예전에는 높은 용착 효율로 인해 조선소등에서 구조물 용접에 많이 사용했지요. 제가 알기로는 FCAW의 개발이 초기에는 Stainless Steel등의 Weld Overlay를 보다 빠르고 편하게 하기 위한 것으로 알고 있습니다. 현재 FCAW는 탄소강과 일부 Stainless Steel에만 적용되고 있습니다. 용접 Bead가 미려하고 두꺼우면서도 박리가 잘되는 Slag를 형성하여 용접하기가 편리합니다.
아마도 현재 업체에서 제시하는 CO2용접은 FCAW를 의미할 것으로 판단됩니다.
CO2를 활용한 용접이 기존에 TIG용접에서 사용하는 Ar과 비교하여 어떤 차이점이 있는 가는 위의 그림을 보시면 확인하실 수 있습니다.
그림이 너무 작아 잘 보이지 않는 데, 그림에서 가장 오른쪽이 CO2를 사용한 것입니다. (이 그림은 이 Site의 "자료사진" 항목에 가시면 자세히 볼 수 있습니다.)
위 그림에서 보는 바와 같이 CO2를 사용하면 다른 보호 가스에 비해 높은 용입을 이룰 수 있습니다.
이와 같은 차이점은 CO2 용접에 적용되는 전류 값이 다른 것에 비해 높고, 전압이 높으며, 따라서 입열이 많아지고, 전체적으로 많은 용융금속이 발생하기에 나타나는 현상입니다.
하지만 어느 용접 방법에서나 높은 전류와 전압을 사용하다고 하는 것은 상대적으로 Spatter 발생의 위험성이 있습니다.
그러면, 왜 많은 Spec.들에서 CO2용접, 특히 FCAW를 제한하는가?
실례로 Chevron Welding Manual등에 보면 FCAW를 초층과 10t 이상의 Weld Joint에는 사용하지 못하도록 제한하고 있습니다.
이러한 이유는 다음과 같이 정리할 수 있습니다.
- 많은 양의 용탕이 형성되기에 용탕 제어가 힘들다. (하지만 실제 작업 현장에서는 가장 기량이 떨어지고 단가가 싼 용접사가 FCAW로 용접을 실시하는 곳이 많습니다.)
- 높은 입열로 인해 용접부 금속이 조대화 한다. (용접 금속이 조대화 한다는 것은 기계적 특성이 저하됨을 의미합니다.)
- 위와는 상반된 의미로 많은 양의 용탕을 제어하기 위해 용접속도가 빠르다 보니 용접부에 가스의 배출이 어렵다. (기공의 발생 위험성이 크게 됩니다. 동일한 개념으로 용접부 잔류 수소량에 대한 경고가 많이 나오게됩니다. 이에 관한 내용은 본 Site의 기술문서에서 FCAW에 관한 내용이나, 제가 출간한 "용접기술실무-21세기사 출간"을 참조하세요.)
현재 조선소를 제외한 다른 산업 특히 석유화학 분야의 FCAW 적용은 어떠한가? (제가 속해 있는 영역을 기준으로 말씀드리지요.)
- 열처리가 해당되는 기기의 용접은 제한합니다. (열처리 이후 용접부의 충격에너지 값의 저하가 심합니다.)
- 메인 용접 Seam에는 상압의 경우를 제외하고는 제한합니다.
- Fillet Joint나 단순 Support의 경우에만 허용합니다. (그러나, 이경우에는 적절한 비파괴 검사 방법을 적용하기 어렵습니다. 참고로, 국내에서 3위권 안에 드는 대형 중공업체의 QC 중에는 차라리 메인 Seam에 허용해 주면 RT를 찍던 UT를 하던지 할텐데, Fillet Joint에 허용해주기 때문에 품질 관리에 어려움이 있다고 얘기하는 사람도 있었습니다.)
그런데 이렇게 말씀드리면, "아마도 그렇다면 FCAW를 사용해서는 안되겠구나..!" 하시겠지만, 그렇게 생각하실 문제는 아닙니다.
모든 용접방법에는 장단점이 있습니다.
위에 설명한 바와 같은 단점이 있기에 전체적인 기기의 제작 단가가 싼 만큼 충분한 품질 관리 방안을 수립하셔야 합니다.
예를 들어 기기의 제작 후에 비파괴 검사나 수압시험등을 시행하고, 적극적인 용접 품질 관리를 위한 대안을 마련하시는 게 좋습니다.
그런데 제가 보기에는 전체적으로 기기의 두께가 얇아서 외부 Suppot 없이 그냥 수압을 걸게 되면, 변형이 염려됩니다. (미리 한번 확인해 보세요.)
도움이 되시길 바랍니다.
공지사항
일단 CO2 with Flux cored wire(플럭스 코아드 아크 용접방법)라 생각하고 설명을 드리면 다음과 같습니다.
첫째, 용접시 2중(CO2와 Wire의 내부의 Flux)으로 용융금속을 대기로부터 보호하기 때문에, 매우 안정된 용접금속을 얻을 수 있습니다.
둘째, TIG에 비해 용접 생산성이 매우 좋아 제작기간을 단축할 수 있습니다. 실제 조선업체의 Chemical tanker 제작에는 이 용접방법이 사용되고 있습니다.
결국, 피 용접재의 두께를 고려할 때, CO2 용접방법이 TIG 보다 좋을 것으로 생각됩니다.
다만, 이 용접방법은 TIG에 비해 용접부 주위에 Spatter와 용접 슬래그가 많이 부착되거나 잔류하고 있어 용접 후, 이들을 반드시 제거해 주어야 합니다.
또 귀사에서 우려하는 기밀성의 문제는 TIG 등 어떠한 용접방법도 용접시공 기술의 부적정에 기인하여 발생하는 용접결함과 상관성이 있지 용접방법에 좌우되지는 않습니다.
잘 모르겠으나, 탱크 제작 후, 수압시험이나 별도의 방법을 사용하여 누수 여부를 확인할 수도 있기 때문에 용접시공시 용접결함이 발생하지 않도록 주의하면 문제는 없을 것으로 생각됩니다.
한편 MIG 또는 MAG는 추천드리고 싶지 않습니다. 이들은 플럭스 코아드 아크 용접방법보다 스팻타가 많고, 아크 불안정에 따른 기공 발생량도 많습니다.
정리하면, 귀사의 304 탱크 제작에는 플럭스 코아드 용접방법을 사용하시고, 용접부의 스팻타 및 용접슬래그를 완벽하게 제거하시면, TIG 용접부와 차이가 없습니다. 이때 용접재료는 ER308LT 선정하십시오.
참고로 MIG, MAG와 플럭스 코아드 아크 용접방법은 용접기가 동일하고 단지 용접재료와 보호가스만 바뀝니다.