김종서
2019-01-14 11:43:57
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평소 선배님들의 많은 가르침에 감사드리며,
아래 API560 17.2.2 a) 문구 관련하여 궁금증이 생겨서 질문 올립니다.
-> "The root passes of 10% of all austenitic welds for each welder shall be liquid-penetrant examined~"
1. Austenitic 용접 Root부에 대해서만 10% PT 적용하는 이유는 무엇인지요? 예를들어 Ferritic와 같은 다른계열의 용접 Root부는 언급이 없는 점이 궁금합니다.
2. Root부의 10% PT를 요구하는 것은 용접사의 품질 및 초기 결함을 확인하고자 함인지 아니면 또 다른 이유가 있는 것인지 궁금합니다. 해당 용접부는 Final pass + 열처리 후 100% RT를 적용하고 있으므로 Root부 10% PT는 생략할 수 있는 것이 아닐까 합니다.
이 요건은 먼저 17.2 Weld Examination 전체를 보셔야 할듯 합니다.
17.2.1에 코일의 NDE는 압력설계코드(Pressure Design Code)에 따라야 한다(shall).고 되어 있습니다. 예를들어, Sec. VIII에 있는 NDE요건을 따라야 합니다.
17.2.2는 리턴 밴드 등을 포함한 코일에 검사 범위를 지정하고 있습니다.
17.2.2. a)는 각 용접사의 모든 오스테나이트 용접부에 대해선 초층에 10%의 PT를 하라고 합니다. 다른 어디서도 용접사를 WPQ로 하지, 직접 용접부에 대해 검사하는 경우는 본적이 없습니다. 10%의 PT로 용접사에 대해 능력을 확인하기 위함이 아닌가 생각됩니다.
말씀하신 것 같이, 압력설계코드(Pressure Design Code)에 따른 NDE는 별개의 문제라고 생각합니다.
결론적으로 용접사 용접능력을 한번 더 확인하는 요건으로 보여집니다.
이 요구는 일반적으로 straight coils, return bends, fittings, manifolds, crossover piping 등에 모두 적용됩니다. 그리고 이 규정은 용접사 검정을 위한 것이 아니라 Actual welding에 적용되는 요구사항입니다. PT 는 대개 ASME Sec.V, Art.6 or ASME Sec.VIII, Div.1, App.8에 따라 실시합니다.
ASS 에만 10% PT를 요구한 이유는 오래전부터 (전통적으로) 초층에서 liquid metal embrittlement (LME - zinc, aluminum, or low melting point alloys에 기인) 가 발생한 사례가 많아 요구된 것으로 알려져 있으며 지금도 계속 적용하고 있습니다.
API STD 560은 Fired Heater (Refinery용이나 Petrochemical, Ammonia Plants등에서도 두루 적용) 를 위한 설계, 재료, 제작, 검사/시험, Shipping, 설치 등을 위한 Code로 이용되고 있습니다.
RT의 Resolution 한계로 인해 100% RT는 초층 PT의 결과 (면제) 를 모두 Cover하지는 못합니다. 따라서 상기 규정이 실무에 적용되지 않았다면 극단적으로는 모든 용접부위를 불어내고 Rewelding을 하든지 재제작을 하여야 합니다.
이 상황에서는 초층 10%PT 에 상응하는 다른 NDE (e.g., 10% UT or others) 의 추가 적용이 고려하여 client와 대화를 해야되지 않을까 생각해 봅니다.
운이 좋아 100%RT로 10%초층 PT를 면제받을 수도 있지만 code violation에 대한 risk는 제작사/client가 함께 안고가야 합니다.
앞서 다들 좋은 의견을 주셨는데, LME와 같은 위험성을 기반으로 전통적으로 요구한 것도 있겠으나...
근본적으로 ASS 재질의 용탕이 가지는 표면 장력에 대한 우려라고 보시면 됩니다. 표면장력이 크고 Penetration이 작으며 열전달이 상대적으로 작다 보니 초층을 안정적으로 녹이기가 어려워 집니다. 그걸 방지하기 위해 전류를 높이고 속도를 낮추면 아예 구멍이 나 버리겠지요. 그러다 보니 초층에 상대적으로 LF나 IP와 같은 결함 발생 가능성이 더 높아지기에 그걸 예방하는 차원에서 10% PT를 요구하게 됩니다. 당연히 용접사 입장에서는 보다 적극적인 Weaving으로 안정적인 초층을 만들려고 노력하겠지요.
용접에 있어서 Root Pass의 중요성은 어떤 재료, 어떤 구조물에서도 주의가 요구되겠지요. 특히, Heavy Wall이나 복잡한 구조물에서는 Project/Company Spec에서 특별한 NDE 요구로 관리를 많이 하지요. 재질의 측면에서만 본다면 일반적으로 ASS보다 Ferritic Steel (Low alloys, CS)등이 Root Pass에서 더 Crack에 민감합니다.
여기서의 질문의 요지는 왜 이 Industrial Standard (Code)에서만 ASS welding에 대해 10%PT를 요구하는 것일 겁니다.
각 Standard의 요구는 해당 분야의 전문가들인 회원들의 경험에 죄우되는 것이 상당히 많답니다.
항상 관리자님의 좋은 의견과 노고에 경의를 표합니다. 모든 것에 정답이 없듯이 보는 방향에 따라 모든 질의의 답변은 조금씩은 다르게 기재될 수 도 있지 않을까요. 본인의 경험과 책임에서 나온 의견이니까요. 특히, 유독 한 standard 에서만 특이한 요구를 할 경우는 더욱 그러하겠지요. 이 경우 그냥 질의한 분의 판단에 맡기는 것이 낮지 않을까요.
그래도 의문이 해소되지 않으시면 API 560 technical committee에 한번 질의해 보시든지 committee meeting에 참석해 보시는 것도 한 방법이 되겠지요.
다시 한번 노고에 감사드립니다.
API & NACE Technical Committees (materials, corrosion, welding, test & inspection, and some equipment) Member
API 560이 "Fire Heater for General Refinery Service"에 관한 코드이네요. 이 분야는 잘 모르긴 합니다만 고온 환경에 노출되는 배관 혹은 구조물에 관련된 것 같구요~ 여러 선배님들 고견에 제 의견을 댓글 한번 달아봅니다.^^;
질문을 요약해보면, '왜 하필이면 austenitic weld만 PT 10% 대상이냐? 요구하는 기술적 배경이 뭐냐? 용접부 최종 열처리 후에 100% RT 촬영하는데 구지 PT를 할 필요가 있냐?;로 요약할 수 있을 것 같습니다.
우선, 고온 환경의 Austenitic weld는 스테인리스 321/347 그리고 INCONEL 정도 떠오르네요. 이래저래 검색해보니 이 세 가지의 소재가 고온균열 중에서 특히, 액화균열에 취약하다고 합니다.
또한, PT는 MT를 적용하기 어려운 비자성체 소재의 표면결함을 검출하기 위한 비파괴검사법입니다. PT를 할 수 있을 정도로 접근이 가능한 상황이라면 언더컷, 과대여성, 오버랩. 산화정도 및 용입부족은 충분히 확인할 수 있을 것이니 표면의 미세균열 검출이 주 목적이 아닐까 생각이 되구요~
코드 상 논란의 문구를 다음과 같이 풀어서 생각해봤습니다. '액화균열에 민감한 소재는 용접 시에 조건을 잘 지켜 용접을 해야하는데, 각 용접사 별로 10개 중 1개를 Root부 PT 검사하여 문제가 없다면 나머지 9개는 절차를 잘 지켜서 용접한 것으로 간주할 수 있다.'
초층 뿐만이 아니라 나머지 층에서도 같은 문제가 발생할 수 있을 듯 한데.. 용접과 후처리가 다 끝난 뒤에 RT 촬영하면 다 확인이 되는 것이 아닌가라고 생각될 수도 있을 것 같습니다. 그런데, 액화균열은 그 사이즈가 마이크로 단위인 것도 많은 것으로 알고 있으므로 RT만으로는 찾을 수 없을 가능성이 높다는 것이죠. 그런데 PT는 아무리 미세하여도 표면에 노출만 되어있다면 다 검출해내잖아요~
요약하면, Austenitic 소재의 액화균열을 우려한 규제사항으로 생각이 들구요. 이 경우, RT 단독보다는 PT를 추가하는 것이 품질 확보 측면에서 보다 효과적이지 않을까 생각합니다.
API STD 560의 내용을 읽어보니 "each welder"와 "10%"라는 단어가 눈에 들어오네요.
왜? each welder일까?, 왜? 100%가 아니고 10%일까?
Code/Standard에서는 모두 알고계시 듯 Requirement에 대해 "왜냐하면~"은 포함되어있지 않습니다. 오랜 연구와 경험에서 얻은 결론을 집대성한 규정에서는 다룰이유가 없다는 것이겠지요.
그러나 우리는 왜? 이렇게 해야하는가에 궁금증을 갖게됩니다. 또는 엔지니어의 실수로 놓친 부분을 해결하기 위해 협상을 하는 과정에서 논리적 접근을 위해 요구조건의 이유를 궁금히 여기게 됩니다.
회사의 이익과 관련된 중요한 사안이라면 API에 공식적인 질의를 통해 해결하시는게 바람직하다고 생각됩니다만, 공식적인 질의를 하더라도 그 이유에 대해 설명을 해줄지는.....
API STD 620/650에서도 NDE 요건 중 "each welder/operator"라는 요구조건이 있는것으로 보아 API STD 560의 Root pass에 대한 PT 요구조건도 같은 개념으로 저는 해석이 되네요.
즉, 이유(학문적/경험적)가 어찌됐든, 각각의 용접사별로 기량에 따른 Risk 차이가 있으니 최소한의(10%) 검증을 필요로 한다는 의미로 해석됩니다.
왜냐하면, 용접 야금학적인 Risk가 너무 높고 용접 완료 후 RT로 검출되기 어려운 결함을 미연에 제거하기 위해서라면 100%가 되어야 하지 않을까 합니다.
오래 전 ASME BPVC를 배울때 "Code requirement의 내용을 글자 그대로 받아들여라"라는 충고가 생각나네요.
요구조건이 명시되어 있는데 용접완료 후 100% RT 를 적용하니 문제없겠지 하는 판단은 Code/Standard를 이용하여 업무처리를 하는 엔지니어의 기본자세가 아닌 것 같습니다.
질문자분의 문제가 잘 해결 됐을것으로 생각합니다
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