전채홍
2000-06-13 18:28:00
4
785
안녕하세요..
요즈음 해결해야할 문제점이 있어 여기에 적습니다.
다름이 아니고, 튜브 두개를 접합하여 누설이 안생기게 해야 하는데요.
두 튜브를 축방향(길이방향)에 수직하게 접합하는게 아니고,
한 튜브는 직경이 크고, 그 속에 들어가는 직경이 작은 튜브를 일정 부분 확관하여 안쪽 튜브의 외면과 바깥쪽 튜브의 내면이 서로 접촉하고 있는 상태에서 접촉부위를 접합시키려 합니다.
물론 확관, 접촉, 접합이 동시에 이루어져도 됩니다.
하지만 일반적인 용접법, 최근의 레이져 용접기술로도 해결되지 않은 문제점이 있어서 (일반적으로 고온, 고압의 부식분위기에서 사용된 튜브에 열을 가하면 좋지 않은 결과가 이루어지죠, 그리고 레이져 용접은 가열 및 냉각 속도가 커서 부식에 아주 않좋죠, 이런 이유입니다) 좀 색다른 접합이 가능한지를 알아 보고 있는 실정입니다.
제 생각은 이렇습니다.
확관하여 접촉한 부위에 통전하여 접합시킬수 없을까 하는 생각이지만, 용접기가 있는 것도 아니어서 여기저거 물어 봤더니 시험해 주겠다는데가 없네요.
그리고, 직경이 큰 바깥 튜브의 외면은 사람이 접근할 수 없는 구조로 되어 있습니다. 튜브 주변에 같은 크기의 튜브가 아주 많이 있죠, 간격이 7mm 정도이니, 손가락도 안들어가죠..
따라서 모든 일을 안쪽 튜브의 내부에서 해결해야 하는데, 내경이 13mm 정도 입니다. 바깥 튜브의 외경은 19.05mm(3/4"), 두께 1.25mm이구요, 안쪽 튜브는 직경 5/8", 두께 1.25mm 입니다.
어디에 쓰이는 물건이냐구요..? 열교환기 아시죠? 양쪽에 철판이 있고, 그 사이에 많은 튜브들이 설치되어 있죠.. 이런 겁니다.
튜브들을 녹여서 붙이는 것은 사용 환경 때문에 매우 않좋은 방법입니다. 그렇다고, 브레이징을 하자니, 삽입금속이 불순물로 들어가서 안되고, 고상상태의 확산접합을 하자니 공정시간이 많이 걸리고, 튜브에 열을 가해야 되니 문제가 되고요..
혹시 좋은 생각 갖고 계신 분 없으세요..??
이전에 어떤 업체에 문의 했던 내용을 첨부로 붙임니다. HWP 화일입니다.
꼭 좋은 답이 있으면 합니다.
이거 해결 못하면 큰일 납니다. 쩝..
제글 끝까지 보아 주셔서 감사합니다.
용접문의.hwp
요즈음 해결해야할 문제점이 있어 여기에 적습니다.
다름이 아니고, 튜브 두개를 접합하여 누설이 안생기게 해야 하는데요.
두 튜브를 축방향(길이방향)에 수직하게 접합하는게 아니고,
한 튜브는 직경이 크고, 그 속에 들어가는 직경이 작은 튜브를 일정 부분 확관하여 안쪽 튜브의 외면과 바깥쪽 튜브의 내면이 서로 접촉하고 있는 상태에서 접촉부위를 접합시키려 합니다.
물론 확관, 접촉, 접합이 동시에 이루어져도 됩니다.
하지만 일반적인 용접법, 최근의 레이져 용접기술로도 해결되지 않은 문제점이 있어서 (일반적으로 고온, 고압의 부식분위기에서 사용된 튜브에 열을 가하면 좋지 않은 결과가 이루어지죠, 그리고 레이져 용접은 가열 및 냉각 속도가 커서 부식에 아주 않좋죠, 이런 이유입니다) 좀 색다른 접합이 가능한지를 알아 보고 있는 실정입니다.
제 생각은 이렇습니다.
확관하여 접촉한 부위에 통전하여 접합시킬수 없을까 하는 생각이지만, 용접기가 있는 것도 아니어서 여기저거 물어 봤더니 시험해 주겠다는데가 없네요.
그리고, 직경이 큰 바깥 튜브의 외면은 사람이 접근할 수 없는 구조로 되어 있습니다. 튜브 주변에 같은 크기의 튜브가 아주 많이 있죠, 간격이 7mm 정도이니, 손가락도 안들어가죠..
따라서 모든 일을 안쪽 튜브의 내부에서 해결해야 하는데, 내경이 13mm 정도 입니다. 바깥 튜브의 외경은 19.05mm(3/4"), 두께 1.25mm이구요, 안쪽 튜브는 직경 5/8", 두께 1.25mm 입니다.
어디에 쓰이는 물건이냐구요..? 열교환기 아시죠? 양쪽에 철판이 있고, 그 사이에 많은 튜브들이 설치되어 있죠.. 이런 겁니다.
튜브들을 녹여서 붙이는 것은 사용 환경 때문에 매우 않좋은 방법입니다. 그렇다고, 브레이징을 하자니, 삽입금속이 불순물로 들어가서 안되고, 고상상태의 확산접합을 하자니 공정시간이 많이 걸리고, 튜브에 열을 가해야 되니 문제가 되고요..
혹시 좋은 생각 갖고 계신 분 없으세요..??
이전에 어떤 업체에 문의 했던 내용을 첨부로 붙임니다. HWP 화일입니다.
꼭 좋은 답이 있으면 합니다.
이거 해결 못하면 큰일 납니다. 쩝..
제글 끝까지 보아 주셔서 감사합니다.
용접문의.hwp
열교환기 Tube를 교체하거나 수정 보수 하는 상황인것으로 추정됩니다.
현재 Tube의 재질과 사용 온도와 압력이 어는 정도인지는 모르겠으나 - 알려 주시면 더욱 정확한 답변을 드릴 수 있을 텐데 - 제 생각에는 그냥 확관만 해서 사용해도 될 것 같습니다.
큰 직경의 Tube 내부에 작은 직경의 Tube를 집어 넣어 접합 한다고 하면 Tube 전체를 바꾸는 것 같지는 않고 아마도 Ferrule을 장착하려고 하는 것 같습니다. Tube를 이중으로 사용하면 열효율 때문에 문제가 생길 수 있을 테니 그런 용도는 아닌 것으로 추정됩니다.
사용 기간이 오래되거나, 마모 부식이 심한 경우, 유체의 Even Distribution등을 요구할 경우에 사용하는 Ferrule의 경우에는 Tube의 끝단 부위만 접합되면 되니까, 확관으로 적용하시는 게 가장 좋을 것 같습니다. 어차피 충분한 강도를 요구하는 경우는 아닌 것으로 추정되니까..
현재 Tube의 재질과 사용 온도와 압력이 어는 정도인지는 모르겠으나 - 알려 주시면 더욱 정확한 답변을 드릴 수 있을 텐데 - 제 생각에는 그냥 확관만 해서 사용해도 될 것 같습니다.
큰 직경의 Tube 내부에 작은 직경의 Tube를 집어 넣어 접합 한다고 하면 Tube 전체를 바꾸는 것 같지는 않고 아마도 Ferrule을 장착하려고 하는 것 같습니다. Tube를 이중으로 사용하면 열효율 때문에 문제가 생길 수 있을 테니 그런 용도는 아닌 것으로 추정됩니다.
사용 기간이 오래되거나, 마모 부식이 심한 경우, 유체의 Even Distribution등을 요구할 경우에 사용하는 Ferrule의 경우에는 Tube의 끝단 부위만 접합되면 되니까, 확관으로 적용하시는 게 가장 좋을 것 같습니다. 어차피 충분한 강도를 요구하는 경우는 아닌 것으로 추정되니까..
관심있는 답변에 감사드립니다.
우선 이 열교환기는 원자력 발전소에서 사용하는 증기발생기(튜브시트 두께 500mm, 직경 약 3,000mm, 튜브 직경 3/4"(19.05mm), 재질 Inconel 600, 690, Incoloy 800 등 3종 사용, 사용온도 섭씨 350 도 정도, 튜브안쪽 사용압력 : 160bar, 바깥 압력 60bar, 튜브 내외쪽 모두 부식분위기임 : PWSCC, ODSCC 등)입니다.
원 튜브의 길이 : 7m 높이의 U bend 형입니다. 따라서 전체 길이는 약 14m 이상이 됩니다.
기존의 방식은 크게 두가지로 나누면 용접식과 비용접식이 있습니다.
용접식 : bore welding, 레이져 용접 등이 있으나, 사용재(재질열화된)에
적용시 문제점이 많습니다. 또한 와전류탐상으로 비파괴검사가
어렵습니다.
기계식 : 확관만으로 장착 , 수압확관, 기계적 확관(hard roll) 등
이 부위는 ASME Code에 따라 설계되어져야 합니다.
실증시험 : 파열시험, 인장시험, 피로시험, 1차측 압력시험(튜브내부),
2차측 압력시험(튜브외부), 부식시험 등을 하며,
각 시험 전후에 누설시험을 하여 누설여부를 판정합니다.
이러한 상황입니다.
제가 관심있는 것은 접합을 하는데 열영향부를 거의 없는 접합을 하려 합니다.
도움 주십시요.
전채홍,
0342-710-4189로 연락 주십시요.
우선 이 열교환기는 원자력 발전소에서 사용하는 증기발생기(튜브시트 두께 500mm, 직경 약 3,000mm, 튜브 직경 3/4"(19.05mm), 재질 Inconel 600, 690, Incoloy 800 등 3종 사용, 사용온도 섭씨 350 도 정도, 튜브안쪽 사용압력 : 160bar, 바깥 압력 60bar, 튜브 내외쪽 모두 부식분위기임 : PWSCC, ODSCC 등)입니다.
원 튜브의 길이 : 7m 높이의 U bend 형입니다. 따라서 전체 길이는 약 14m 이상이 됩니다.
기존의 방식은 크게 두가지로 나누면 용접식과 비용접식이 있습니다.
용접식 : bore welding, 레이져 용접 등이 있으나, 사용재(재질열화된)에
적용시 문제점이 많습니다. 또한 와전류탐상으로 비파괴검사가
어렵습니다.
기계식 : 확관만으로 장착 , 수압확관, 기계적 확관(hard roll) 등
이 부위는 ASME Code에 따라 설계되어져야 합니다.
실증시험 : 파열시험, 인장시험, 피로시험, 1차측 압력시험(튜브내부),
2차측 압력시험(튜브외부), 부식시험 등을 하며,
각 시험 전후에 누설시험을 하여 누설여부를 판정합니다.
이러한 상황입니다.
제가 관심있는 것은 접합을 하는데 열영향부를 거의 없는 접합을 하려 합니다.
도움 주십시요.
전채홍,
0342-710-4189로 연락 주십시요.
답변이 쉽지 않군요
우선 사용 온도 조건에 따른 재료의 연화 여부는 크게 문제가 되지 않을 것으로 추정합니다.
부식성의 이유를 제외하고 Inconel을 사용하는 경우는 대개 고온에서의 Creep강도를 추구하기 위해 사용합니다.
그러나, 현재의 사용온도는 굳이 고온이라고 표현하기에는 부적절한 것으로 판단됩니다.
석유 화학 플랜트의 경우에는 이정도의 온도 조건에서 H2S, Chloride등이 포함된 부식 분위기에서 주로 5 ~ 9 Cr정도의 Low Alloy를 사용합니다.
물론 Stainless Steel을 사용하는 경우도 있고요.
Inconel의 경우에는 용접성은 별로 문제가 되지 않습니다.
아마도 질문하신 분께서 염려하시는 부분은 용접 열영향부에 형성되는 부식과 균열이라고 추정됩니다.
이는 용접 자체의 문제라기 보다는 Nickel Base합금이 가지고 있는 가장 큰 단점중의 하나입니다.
그 원인은 주로 S, P, Pb등의 합금 원소가 용접과정에서 저융점의 Film을 형성하고 그 Film이 응고 수축하는 과정에서 균열을 발생시킬 수 있는 Preference Site 가 되는 점이 문제이지요. 이는 고온 균열의 하나로 분류 할 수 있습니다. 이를 해결하기 위해 이들 불순물이 적은 용접재료를 선정하고, 예열을 피하여 고온부의 급냉을 유도하는 작업이 요구되기도 합니다.
그 외에 문제점으로는 용접 과정에서 발생하는 기공과 용입이 깊어 지지 않는 특징을 들 수 있겠지요
Ni-Base합금은 용탕의 퍼짐과 용입이 약하기 때문에 적절한 Weaving과 용접사의 기량이 필요합니다.
하지만, Ni이 들어있는 용접 재료는 E309, Inconel등과 같이 대부분의 이종 용접재료로 추천될 만큼 용접 금속의 성질이 우수하고 Dillution, Contamination등에 의한 문제 발생 요인이 작습니다.
용접 자체는 크게 걱정하지 않아도 될 것으로 판단됩니다.
다음으로 ASME Code에 따른 설계, 제작, 검사인데요
현재 설계가 어떻게 되어있는 지는 모르겠으나, 아마도 제작사 입장이시것 같고, 그렇다면 이미 완성된 설계가 있을 것이므로 Joint설계에 대한 부분의 자세한 설명은 생략하고 대략적인 내용만 말씀드리겠습니다.
우선 부식성 분위기라면 Tube to Tubesheet의 Seal Weld를 시행해야 합니다.
이는 Tube와 Tubesheet사이의 Crevice로 Penetration되어 들어간 부식성 물질에 의한 부식과 이어지는 Leak의 위험성을 배제하기 위한 조치입니다.
현재 사용 압력이 비교적 높은 편에 속합니다.
400℃ 이상의 온도에서 운전되는 폐열 보일러에 사용되는 Tube to Tubesheet Joint Design은 In-Bore Welding Machine을 적용하는 맞대기 이음을 많이 선호합니다. (ASEM Sec. VIII에 보면 이런 Joint가 그림으로 나왔지요, 국내에서는 예전의 (주)한비와 얼마전 일성(주)에서 시행한 경험이 있습니다.)
이런 Design은 일본의 Kawasaki가 세계적으로 유명하며, 예전에는 Tubesheet뒷면에 열팽창을 흡수하고 맞대기 이음의 효율을 증대하며 검사의 편의성을 도모할 수 있도록 홈(Groove)를 파놓기도 했습니다.
Ethyl Benzen이나 Stylene Monomer등을 생산하는 공정에서는 이와 같은 대 용량의 폐열보일러가 필수적이지요.
ASME Code상에 보면 Mock up Test라는 게 있습니다.
- 아마도 아시고 계시겠지만 혹시 모르고 관심이 있는 분을 위해 설명드리지요 -
실제 사용되는 형상의 축소된 Tubesheet 모형을 제작하여 - 동일한 두께와 Hole 크기, 다만 Hole의 수자만 10개 정도 - 용접 (필요시 확관까지) 실시합니다.
용접이 끝나면 대개 발주처의 요구사항에 따라 몇가지 Test를 실시하지요
가장 기본적인 것은 Macro Etching Test입니다.
약 10배 정도의 확대경으로 용접부 단면을 Etching하여 용접 금속의 Penetration 여부를 확인하는 것이지요.
이때 확관된 부분이 있으면 확관률도 함께 측정합니다.
다음으로는 일종의 Tension Test 라고 할 수 있는 Push Bar를 사용한 용접부 (+ 확관부)의 강도 Test를 실시합니다.
용접된 Tube의 한쪽 끝을 막고 여기에 Push Bar를 넣어서 밀어내면서 Tube to Tubesheet Joint의 건전성과 강도를 측정하는 것이지요
그 외에 용접부 단면의 경도를 Miro-Hardness로 측정해 달라는 요구가 있기도 합니다.
많은 경우에 제작사의 입장에서는 이러한 Test 자체에 거부감과 함께 두려움을 표명하고 있지만, 사실은 일종의 PQ Test를 실시한다는 느낌으로 접근하면 별로 문제가 될 것이 없습니다.
이런 과정과 별개로 단순하게 Leak를 방지하면서 Tube to Tubesheet의 접합을 원하신다면 Double Groove를 포함한 Tubesheet에 확관으로 Tube를 고정하고 Seal Weld보다는 약간의 Champering으로 Groove를 만들어 시행하는 Strength Weld로 용접을 시행할 것을 추천합니다.
이때, 확관이 완료된 이후에 용접을 시행하면 용접 Gas가 빠져 나갈 길에 없어서 용접부 결함(기공, 크랙)이 생기게 됩니다.
ASME Code Boiler부분에 보면 Light Expand후에 용접 그리고 Heavy Expand를 요구하고 있지요.
이점만 주의하면 제작에 별 문제는 없을 겁니다.
간단하게 답변드렸는 데 도움이 될지 모르겠습니다.
좀더 자세한 사항이 필요하시거나 의견 교환이 필요하시면 다시 질의하시거나 직접 제게 Mail이나 전화주세요.
추가하여 첨부하셨다고 하는 파일은 현재 열어볼 수가 없습니다.
"Technonet에서 Upgrade하면서 어쩌구 저쩌구하는 Error" 얘기만 나와서 열어 보지 못했습니다. 도움이 될만한 내용이면 직접 보내 주세요.
이진희 senior@lgenc.co.kr 02-728-3201
우선 사용 온도 조건에 따른 재료의 연화 여부는 크게 문제가 되지 않을 것으로 추정합니다.
부식성의 이유를 제외하고 Inconel을 사용하는 경우는 대개 고온에서의 Creep강도를 추구하기 위해 사용합니다.
그러나, 현재의 사용온도는 굳이 고온이라고 표현하기에는 부적절한 것으로 판단됩니다.
석유 화학 플랜트의 경우에는 이정도의 온도 조건에서 H2S, Chloride등이 포함된 부식 분위기에서 주로 5 ~ 9 Cr정도의 Low Alloy를 사용합니다.
물론 Stainless Steel을 사용하는 경우도 있고요.
Inconel의 경우에는 용접성은 별로 문제가 되지 않습니다.
아마도 질문하신 분께서 염려하시는 부분은 용접 열영향부에 형성되는 부식과 균열이라고 추정됩니다.
이는 용접 자체의 문제라기 보다는 Nickel Base합금이 가지고 있는 가장 큰 단점중의 하나입니다.
그 원인은 주로 S, P, Pb등의 합금 원소가 용접과정에서 저융점의 Film을 형성하고 그 Film이 응고 수축하는 과정에서 균열을 발생시킬 수 있는 Preference Site 가 되는 점이 문제이지요. 이는 고온 균열의 하나로 분류 할 수 있습니다. 이를 해결하기 위해 이들 불순물이 적은 용접재료를 선정하고, 예열을 피하여 고온부의 급냉을 유도하는 작업이 요구되기도 합니다.
그 외에 문제점으로는 용접 과정에서 발생하는 기공과 용입이 깊어 지지 않는 특징을 들 수 있겠지요
Ni-Base합금은 용탕의 퍼짐과 용입이 약하기 때문에 적절한 Weaving과 용접사의 기량이 필요합니다.
하지만, Ni이 들어있는 용접 재료는 E309, Inconel등과 같이 대부분의 이종 용접재료로 추천될 만큼 용접 금속의 성질이 우수하고 Dillution, Contamination등에 의한 문제 발생 요인이 작습니다.
용접 자체는 크게 걱정하지 않아도 될 것으로 판단됩니다.
다음으로 ASME Code에 따른 설계, 제작, 검사인데요
현재 설계가 어떻게 되어있는 지는 모르겠으나, 아마도 제작사 입장이시것 같고, 그렇다면 이미 완성된 설계가 있을 것이므로 Joint설계에 대한 부분의 자세한 설명은 생략하고 대략적인 내용만 말씀드리겠습니다.
우선 부식성 분위기라면 Tube to Tubesheet의 Seal Weld를 시행해야 합니다.
이는 Tube와 Tubesheet사이의 Crevice로 Penetration되어 들어간 부식성 물질에 의한 부식과 이어지는 Leak의 위험성을 배제하기 위한 조치입니다.
현재 사용 압력이 비교적 높은 편에 속합니다.
400℃ 이상의 온도에서 운전되는 폐열 보일러에 사용되는 Tube to Tubesheet Joint Design은 In-Bore Welding Machine을 적용하는 맞대기 이음을 많이 선호합니다. (ASEM Sec. VIII에 보면 이런 Joint가 그림으로 나왔지요, 국내에서는 예전의 (주)한비와 얼마전 일성(주)에서 시행한 경험이 있습니다.)
이런 Design은 일본의 Kawasaki가 세계적으로 유명하며, 예전에는 Tubesheet뒷면에 열팽창을 흡수하고 맞대기 이음의 효율을 증대하며 검사의 편의성을 도모할 수 있도록 홈(Groove)를 파놓기도 했습니다.
Ethyl Benzen이나 Stylene Monomer등을 생산하는 공정에서는 이와 같은 대 용량의 폐열보일러가 필수적이지요.
ASME Code상에 보면 Mock up Test라는 게 있습니다.
- 아마도 아시고 계시겠지만 혹시 모르고 관심이 있는 분을 위해 설명드리지요 -
실제 사용되는 형상의 축소된 Tubesheet 모형을 제작하여 - 동일한 두께와 Hole 크기, 다만 Hole의 수자만 10개 정도 - 용접 (필요시 확관까지) 실시합니다.
용접이 끝나면 대개 발주처의 요구사항에 따라 몇가지 Test를 실시하지요
가장 기본적인 것은 Macro Etching Test입니다.
약 10배 정도의 확대경으로 용접부 단면을 Etching하여 용접 금속의 Penetration 여부를 확인하는 것이지요.
이때 확관된 부분이 있으면 확관률도 함께 측정합니다.
다음으로는 일종의 Tension Test 라고 할 수 있는 Push Bar를 사용한 용접부 (+ 확관부)의 강도 Test를 실시합니다.
용접된 Tube의 한쪽 끝을 막고 여기에 Push Bar를 넣어서 밀어내면서 Tube to Tubesheet Joint의 건전성과 강도를 측정하는 것이지요
그 외에 용접부 단면의 경도를 Miro-Hardness로 측정해 달라는 요구가 있기도 합니다.
많은 경우에 제작사의 입장에서는 이러한 Test 자체에 거부감과 함께 두려움을 표명하고 있지만, 사실은 일종의 PQ Test를 실시한다는 느낌으로 접근하면 별로 문제가 될 것이 없습니다.
이런 과정과 별개로 단순하게 Leak를 방지하면서 Tube to Tubesheet의 접합을 원하신다면 Double Groove를 포함한 Tubesheet에 확관으로 Tube를 고정하고 Seal Weld보다는 약간의 Champering으로 Groove를 만들어 시행하는 Strength Weld로 용접을 시행할 것을 추천합니다.
이때, 확관이 완료된 이후에 용접을 시행하면 용접 Gas가 빠져 나갈 길에 없어서 용접부 결함(기공, 크랙)이 생기게 됩니다.
ASME Code Boiler부분에 보면 Light Expand후에 용접 그리고 Heavy Expand를 요구하고 있지요.
이점만 주의하면 제작에 별 문제는 없을 겁니다.
간단하게 답변드렸는 데 도움이 될지 모르겠습니다.
좀더 자세한 사항이 필요하시거나 의견 교환이 필요하시면 다시 질의하시거나 직접 제게 Mail이나 전화주세요.
추가하여 첨부하셨다고 하는 파일은 현재 열어볼 수가 없습니다.
"Technonet에서 Upgrade하면서 어쩌구 저쩌구하는 Error" 얘기만 나와서 열어 보지 못했습니다. 도움이 될만한 내용이면 직접 보내 주세요.
이진희 senior@lgenc.co.kr 02-728-3201
공지사항
공정을 선정하는데 몇가지 궁금한점이 있습니다.
1) 튜브의길이를 알려주세요(안쪽,바깥쪽 튜브 모두)
2) 이번에 처음 제작을 하시는 건지,
아니면 과거의 공정을 바꾸실려는 거라면 어느 용접방법을 적용했었는지..
3) 용접부의 품질보증 방법(매우 중요) - 기존의 방법이나 염두에 두고 계신 방법이 혹시 있으시다면 알려 주세요.