조운식님의 글
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안녕하세요 저는 대구도시가스에 근무하는 조운식입니다.
제가 이렇게 이진희기술사님께..제가 글을 보내게 된 이유는
지난 1월10일자 가스신문에 지하에 매설되는 도시가스배관에서 엘보등 이음관과 이음관을 용접할때에는 받드시 단관을 넣고 용접해야 한다는 주장이 있어서 입니다.
이음관과 이음관을 맞대기 용접하면 변형이 오거나 용접부에 결함이 발생할 수있다고 주장하고 있습니다. 이것이 사실인지 또한 이음관과 이음관의 용접에 대한 규정이 용접관련책자에 있는지. 있으면 어떤 책인지 알고싶습니다..감사합니다

----------------- [답 변] -------------------

반갑습니다.

제가 업무를 하면서 가장 어려운 것이 바로 지금과 같은 경우에 대한 답변입니다.
아마 국내외 어디를 봐도, 이음관과 이음관을 직접 연결하여 용접하는 곳은 없을 것입니다.
그리고, 그렇게 하면 안된다고 하는 규정 또한 찾아 보기 어려울 것입니다.

결론 부터 말씀드리면, 현장의 배관작업은 잘 아시는 바와 같이 그렇게 하면 안되고 그렇게 적용하는 곳도 없을 것입니다. (적용할 이유도 없겠지요.)
다시 말씀드리면, Elbow 하단에 다시 Tee를 직접 연결하는 식의 배관을 적용하지는 않지요.

그럼 왜 이런 결론이 나오는 가에 대한 제 나름대로의 답변을 드리지요.
우리말로 이음관이라고 하는 것에는 대표적으로 다음과 같은 종류가 있습니다.
Union, Elbow, Tee 그리고 자주 사용되지 않는 Cross 가 그 종류 들이지요.
그리고 만드는 방법에 따라, 냉간 성형(Cold Bending), 열간성형(Hot Bending), 그리고 단조(Forging)에 의한 제작 방법이 있습니다.
이외에도 이음관으로 분류 할 수 있는 플랜지(Flange)도 있으나, 지하 배관에는 지상 노출부의 밸브 연결부 이외에는 사용하지 않으므로 제외합니다.

이들 이음관을 통칭하여 Fitting이라고 부릅니다.
이들 Fitting의 제작 과정에서는 많은 응력을 가해서 억지로 변형을 시켜 원하는 모양의 Fitting을 만들게 됩니다. (이하에서는 소구경의 제작 과정을 중심으로 말씀드리지요. 대구경도 결국은 마찬가지입니다.)
냉간으로 Elbow를 만드는 가장 쉽고 일반적인 방법은 Pipe를 Bending하고 원하는 각도로 변형된 Pipe를 성형틀에 넣고, Pipe 내부에 쇠구슬을 작은 것 부터 큰 것 까지 차례로 넣어서 내부의 직경을 확보하고 국부적인 변형을 방지하도록 하면서 Elbow를 만들게 됩니다.
이 과정은 열간가공도 크게 다르지 않고 마찬가지 입니다.
그렇게 억지로 변형을 통해 얻어진 Fitting은 많은 잔류 응력이 잔존하게 되며, 가공에 의한 경화가 심하고, (이미 충분히 변형이 되었으므로)연신률이 저하하게 되며, 전체적인 재료의 특성이 가공정의 Pipe상태에 비해 많이 취약하게 됩니다.
물론 이를 조금이라도 방지하기 위해 열처리도 하고, 살두께도 연결되는 배관의 Pipe에 비해 좀더 두꺼운 것으로 사용하게 됩니다.

용접부는 용접과정에서 발생하는 잔류응력에 의해 어느 정도의 변형이 있어야 하고, 두개의 용접재 중에 어느 한쪽에서라도 이런한 변형을 흡수할 수 있는 여력이 있어야 합니다.
높은 잔류응력과 가공 경화에 의해 취약해진 Fitting 끼리의 용접은 정상적인 Pipe to Fitting의 용접에 비해 취약해지게 되고, 결국 결함의 발생 가능성이 높아지게 됩니다.
참고로 Pipe와 Fitting의 용접부에 발생하는 결함의 양상을 보면 Fitting쪽에 발생하는 경향이 좀더 많게됩니다.

제가 생각하기에는 가스신문에 나온 얘기는 지극히 상식적인 얘기를 언급한 것으로 판단됩니다.
질문하신 분께서 찾는 기술적인 내용을 언급한 자료는 아직은 제가 발견하지 못했습니다.
혹시 API등에 나와 있는 내용이 있는 지는 확인해 보고 추후에 다시 알려 드리겠습니다. 하지만, Fitting의 제작 과정과 강 용접부에 발생하는 결함의 원인등에 대한 이해가 선결된다면 자연스런 해답이 나올 수 있을 것으로 기대합니다.
혹시 용접부의 경화와 잔류 응력에 의한 문제점 및 용접부 변형과 결함에 대한 자료가 필요하시면 "용접기술실무 - 21세기사"를 참조하세요.

도움이 되시길 바라며, 다른 전문위원들의 도움을 요청드립니다.