테크노넷 - P no.1 (A106 Gr.B) 와 P no.45 (Incoloy 825) 간 용접에 관한 질문드립니다.

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P no.1 (A106 Gr.B) 와 P no.45 (Incoloy 825) 간 용접에 관한 질문드립니다.

이진우 2020-02-06 11:23:52

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안녕하세요. A106 Gr.B 와 Incoloy 825 간 용접을 해야할 부분 (2인치, 스케쥴 XXS)이 있어서

2개의 WPS를 검토하던 중에, 아래와 같은 궁금증이 있어 질의 드립니다.

1. 사용 환경

: 2인치, 스케쥴 XXS 이고, 원래는 CS 배관이나 Reducing 부분에 부식이 너무 심해져서,

2인치 PIPE (약 200mm) + 2x1.1/2" REDUCER + 1.1/2" FLANGE 부분을 CS -> Incoloy 825로 통째로 변경하기로 하였고,

이 중, Incoloy 825 부분에 대해서는 개선이 되어 문제가 없으나, 기존의 CS 배관과 Incoloy 825 배관의 용접부가

가장 취약할 것으로 판단하여, 이에 대한 용접부를 검토 중입니다.

유체는 HCR 공정의 고압부분이라서 부식이 심한 유체입니다. 그래서 NACE도 참조했습니다.

2. 질문

API 581, NACE, AWS D1.1 등 CODE 및 인터넷 검색을 통해서도 해결 하지 못 한 질문들은 아래와 같습니다.

2-1) 후열처리의 필요성에 대한 부분

NACE SP 0472 의 2.3.5 Thermal Methods 항을 보면, 최소한 620도로 후열처리를 하도록 되어 있습니다.

이는 용접부의 HAZ (Heat Affected Zone) 의 Hardness를 낮추어 Crack 을 방지하는 목적인 것으로 보이는데,

문제는 단순 CS-CS 간 용접에는 적합하겠으나, CS-Incoloy 825 간 용접에도 적용이 가능할지가 궁금합니다.

처음에는 상기 NACE만을 보고, 당연히 필요하겠거니 생각했는데, 첨부1번과 같은 레포트를 보면,

용접부의 Grain 경계면에 열처리가 소용이 없고 여전히 SSC 에 취약하다는 것으로 보입니다.

결국, 제일 취약한 부분부터 Crack 이 발생하기 때문에 주변부가 개선되는 것은 의미가 없어서 후열처리가

아닌 다른 방법을 생각해야하나 고민에 빠져있습니다. 조언 부탁드립니다.ㅠㅠ

2-2) Heat Input 에 대한 부분

용접은 Tig 용접으로 ERNICR-3 또는 ERNICRMO-3 용접봉을 사용할 예정입니다.

AWS A5.12 의 Table A1에서 권장하는 전류값은 나와있으나, 전압값은 어디에도 없더라구요.

따라서,Heat Input 차원으로 검토를 진행해봤는데요.

용접봉 개별에 대해서 또는 Nickel-Alloy 와 CS간 용접에 대해서 Maximum Heat Input 수치가 제한된 것이 있을까요?

또, 고민인 부분은, Heat Input 이 낮아야 한다면 쉽게 Travel Speed를 높여서 빨리 용접을 해버리면 될 수도

있겠지만, 그러면 용접품질이 안 좋아질 것 같고, 꼼꼼히 떼우자니 Heat Input 도 올라갈 뿐더러 Interpass Temp.가

높아져서 어느 방향으로 고려를 해야할지 어렵습니다. 조언 부탁드립니다. ㅠㅠ

2-3) Preheat & Interpass Temperature

: 위와도 조금 연관되는 부분이나, ASME B31.3 의 Table 330.1.1 Preheat Temp를 보면, P no.1의 경우는 10도,

ALL Other Material을 보면, 10도로 낮게 되어 있으나, NACE 유체 특성을 감안하여, NACE SP0472 2.3.5.1.5 의

Minimum 93도를 준수해야 한다고 보는데,

이럴 경우, 용접 전 기준 온도 자체가 높다보니 Heat Input 을 더해주면, 온도가 (10도에서 출발하는 것보다) 금방

오르게 되므로, Interpass Temp.를 어느 수준으로 맞추어야 하는지가 어렵네요.

인터넷 상에 여러 정보들이 있던데, 어디에는 (Nickel-alloy 와 CS간 용접 시) 150도로 Interpass Temp.를 제한해야

한다는 내용도 있구요. 첨부2를 보면, 용접봉 회사의 카탈로그 자체에 Heat Input을 1.5kJ/mm 로 제한해야 한다는

내용도 있는데, 2.4 파이 용접봉에 전류를 (AWS A.5.12의 Table A1에 따라) 150-250 암페어로 사용하고, Volt를 15~17를

사용할 경우, 엄청 빨리 떼우지 않는 한 (Travel Speed를 250 mm/min 이상) 해당 Heat Input 을 맞추는게 어렵더라구요.

용접 초보라서, 많이 공부한다고 했지만 CODE에서 관련 내용을 못 찾는 것 같습니다.

조언 및 도움 부탁드립니다.ㅠㅠ

그럼 다들 감기 조심하시고, 좋은 하루되세요!

ps. 혹시 첨부로 올린 자료는 인터넷에서 찾은 자료라 올려도 될 것으로 판단했으나,

만약 문제가 된다면 삭제하겠으니 알려주십시오.

1580955424&&첨부1_SSC cracking of a dissimilar welding in gas piping.pdf

1580955424&&첨부2_용접봉 카탈로그_NST_nst-carbon-gouging-rods-english-15102018.pdf

수정 삭제

송일규[master829] 2020-02-07 13:44

배관정복카페에 올렸던 질문이 그대로 올라왔네요. ※ "2.4 파이 용접봉에 전류를 (AWS A.5.1.2의 Table A1에 따라) 150-250 암페어로 사용하고, ... " 여기서 "(AWS A5.1.2의"는 오자로 보이나 이 내용이 어떤 것인지 정확하게 확인 바랍니다 잘못 이해하고 있습니다. ※ "Interpass temperature"가 어떤 의미인지 잘못 알고 질문한 것으로 보입니다.

이진우[bluet03] 2020-02-07 16:16

안녕하세요. 네 맞습니다. 급해서 제가 두 군데에 동시에 올렸습니다. 1) AWS A5.1.2 가 아니라 A 5.12 의 Table 1 이였네요. 오타 정정해주셔서 감사합니다. 본문에서 수정해 놓겠습니다. 해당 Table 에 보면, DCSP 기준으로 2.4파이는 150-250 암페어로 기재되어 있습니다. 2) Interpass Temperature 에 대해서 ASME B31.3 의 Table 330.1.1 의 Note (4) 에 따르면, 315도씨로 규정이 되어 있고, API 582 Table 4 에 따르면, P-No.1 은 315도, P-No.45는 175도로 되어있습니다. 이렇게 Spec. 마다 수치가 상이하여, Heat Input 의 개념으로 접근해보았는데, 제가 어떤 부분을 더 공부하면 좋을까요?

송일규[master829] 2020-02-07 16:53

1) AWS A5.1.2 가 아니라 A 5.12 의 Table 1에 보면, DCSP 기준으로 2.4파이는 150-250 암페어로 기재되어 있습니다. 위 내용은 용접봉에 대한 것이 아닌 것으로 알고 있습니다. 그리고 꼭 거기에 따라야 하는 것도 아닙니다. 2) "Interpass Temperature 에 대해서 ASME B31.3 의 Table 330.1.1 의 Note (4) 에 따르면, 315도씨로 규정이 되어 있고, API 582 Table 4 에 따르면, P-No.1 은 315도, P-No.45는 175도로 되어있습니다." 이 "Interpass Temperature"는 입열량과 관계가 없습니다. 관련된 규정의 온도 이하로 지켜주면 되는 것입니다. ※ TIGW(GTAW)에서의 전압은 직접 측정을 해보아야 값을 알 수 있습니다. 용접기마다, 용접사마다 각기 다른 값으로 나타날 것입니다.

이진우[bluet03] 2020-02-10 09:22

답변 감사합니다. 제가 입열량에 주목했던 이유는 Preheat 온도는 최소온도이자 시작 점이 되고, 거기에 열이 가해질 경우, 온도(입열량)가 더 올라가게 되니. Interpass Temp. 가 높은 경우, 상대적으로 입열량 허용치가 더 늘어날 수 있겠다고 이해했었습니다. 그럼 Interpass Temp.는 그럼 International Code에서 서로 다르게 규정하고 있는 경우, 둘 중에 어느 온도를 기준 삼는 것이 좋을까요? Interpass Temp.와 Preheat Temp.를 규정하는 매커니즘을 알고 싶은데 어느 Spec.을 봐야하는지 정확히 모르겠습니다. 혹시 조언 부탁드려도 될까요?

송일규[master829] 2020-02-10 10:19

일반적으로 Intepass temperatue는 낮은 것이 좋은 결과를 가져오는 경우가 많습니다. 단 예열온도보다 낮으면 안 되기도 합니다.

이상훈 2020-02-10 10:50

2-1)일반적으로 인클로이 계열은 후열처리 온도에 그리 민감하지 않아 탄소강 혹은 저합금강과의 이종 용접 시 후열처리를 했는데, 이 부분에 걱정이 되신다면, 버터링 방법으로 탄소강 부분을 먼저 용접 후 후열처리 하고 용접하는 방법도 있으니 참고하시기 바랍니다. 2-2) PQ를 통해서 검증하는 것이 좋을 듯합니다. 2-3)Interpass 온도는 다층 용접 시 용접 전의 온도를 이야기 하는 것이므로 입열량을 얼마로 제한하라는 내용이 아닙니다. 입열량이 많으면 적정 최대 인터패스 온도까지 냉각하는데 시간이 많이 걸리겠지요.

이진우[bluet03] 2020-02-10 13:05

두분 답변 감사드립니다. 설명해주신대로 Interpass Temp. 를 다층 용접 시, 이전 Pass 용접 이후 다시 해당 온도 (Maximum Interpass Temp.) 까지 냉각 후, 다시 그 다음 층을 용접할 수 있는 개념으로 이해하면 Heat Input 과는 무관하겠군요. 다시 한번 답변 감사드립니다. AWS D1.1/D1.1M:2015 의 Table H.2 에 Minimum Preheat, Interpass Temp 와 더불어 종합적으로 판단해보겠습니다. 감사합니다. Heat Input 과 관련해서는 그렇다면, 첨부2에 보면, Heat Input 에 대한 Maximum 값이 정해져있는데 (이는 Interpass Temp.와 무관하겠지만) 이는 어디를 참조하면 좋을까요. 왜냐하면, 제가 가지고 있는 WPS (PQR) 에는 Heat Input 값이 첨부2의 입열량 최대치보다 높아서, 잘못 작성된 것인지 검증하고 싶어서 그렇습니다.

송일규[master829] 2020-02-10 15:12

Heat Input 에 대한 Maximum 값이 스테인리스강보다 듀플렉스강이나 인코넬 계열의 금속에서는 훨씬 낮은 값(15 kJ/cm 이하)이 옳습니다.

관리자[senior] 2020-02-10 20:40

이종 재질 용접부에서 형성되는 고경도의 취성 조직에 대한 질문으로 이해합니다. 이론적으로는 제시된 자료에서 보는 바와 같이 그 부분이 제일 취약하고 부식의 위험성도 있고, NACE를 고려해야 할 정도의 분위기라면 당연히 Fusion Line 주변으로 손상을 예상할 수 있습니다. 그런데, 이게 실제로 일어날 것이냐, 혹은 그렇다면 이런 문제를 어떻게 예방할 것이냐, 구체적으로 용접시에 어떻게 해야 이런 문제가 발생하지 않을 것이냐 하는 고민의 문제라고 봅니다. 제시된 자료에 갈바닉을 언급한 부분은 이론적으로는 맞는 얘기이지만, 실제로 그게 문제가 된다면 공장내에 무수히 많은 이종재질 용접부는 모두 문제가 될 수 있겠지요. 그리고 갈바닉과 SCC와는 얘기가 좀 많이 다릅니다. 수소와 갈바닉을 같은 선상에 높고 얘기하면 답이 안 나옵니다. 경도를 기준으로 따지자면, 이론적으로 저 부분에 높은 경도의 취성 조직이 생기는 것이기에 이 역시 문제가 됩니다. 그런데 그런 상황이 피할 수 있는 상황도 아니라면, 모든 공장에서 유사한 손상이 발생해야겠죠. 지금의 상황에서 최적의 대안은 아예 이종 재질의 조합을 만들지 않은 것이지만, 그건 책 보고 하는 얘기가 될 것이고... 결국 경도가 높은 용접부를 경도가 조금이라도 낮게 가져갈 수 있도록 용접관리하는 것이 대안이 될 수 있습니다. 예열이 굳이 필요한 배관은 아니겠으나, 가볍게 예열을 해 주고 용접후 급냉이 되지 않도록 계속 전원을 유지하면서 서냉해 주세요. 실제로 만들어지는 조직이 그렇게 해도 쉽게 경도가 낮아지지는 않겠으나, 그렇게 최선을 다해 만든 조직 조차도 경도가 높아서 SCC가 발생할 수 있다고 주장한다면 더이상 머리를 맞대로 같이 논의할 대상은 아니라고 봅니다. 앞서 송일규 기술사님이 제시한 내용대로 입열이나 층간온도 같은 걸 가지고 따질 문제가 아니라 그냥 무조건 서냉을 유도하여 가능한 용접부 경도를 낮추는 쪽으로 현실적인 대안을 가져가거나 아니면 그냥 동종 재질로 변경해서 사용하시길 추천합니다.

이진우[bluet03] 2020-03-03 09:07

두 분 모두 답변 감사드립니다. 특히 현실적인 부분까지도 고려해서 서냉을 제안해주신 것 까지도 너무 감사드립니다.

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