니켈 합금 파이프의 일반적인 용접 균열 해결법: 실용 가이드

니켈 합금 파이프의 일반적인 용접 균열 해결법: 실용 가이드

Alloy 625, C-276, 400 또는 600으로 제작된 니켈 합금 파이프의 용접은 화학 공정에서 해양 석유 및 가스 산업에 이르기까지 다양한 산업 분야에서 중요한 작업입니다. 이러한 합금은 부식과 고온에 대한 뛰어난 저항성으로 선택되지만, 그 용접 특성은 탄소강이나 스테인리스강과 현저히 다릅니다.

용접 중 또는 용접 후 균열 발생은 비용이 많이 들고 위험한 문제입니다. 본 가이드는 이론을 간단히 정리하여 가장 흔한 용접 균열을 예방하고 해결하기 위한 직접적이고 실용적인 접근법을 제공합니다.

니켈 합금이 균열되는 이유: 근본 원인

해결책을 논의하기 전에, 두 가지 주요 원인을 이해하세요:

1. 오염(Contamination): 니켈 합금은 불순물에 매우 민감합니다. 황, 납, 인 또는 기타 저융점 원소가 소량만 존재하더라도 균열이 발생할 수 있습니다.

2. 높은 잔류 응력: 니켈 합금은 탄소강보다 열전도도가 낮고 열팽창 계수가 높습니다. 이로 인해 용접 후 더 높은 잔류 응력이 발생하며, 이를 적절히 관리하지 않으면 용접부가 파열될 수 있습니다.

일반적인 균열 유형 식별 및 해결

1. 열균열(응고 균열)

• 외관상 특징: 용접 금속 자체가 응고되는 과정에서 입계를 따라 발생하는 균열입니다. 일반적으로 용접 봉우리 중심부를 따라 나타납니다.

• 주요 원인: 기재 재료, 피복재 또는 환경으로부터의 오염 또는 취성 구조를 유발하는 부적절한 용접 조성.

실질적인 예방 및 해결책:

• 철저한 청결은 필수입니다: 이것이 제1의 규칙이다.

  • 전용 스테인리스강 와이어 브러시를 사용하여 파이프 내부 및 외부 표면, 용접 그루브 및 인접 부위를 청소하십시오.

  • 아세톤과 같은 용제를 사용하여 모든 오일, 페인트 및 그리스를 제거하기 위해 모든 부품을 탈지하십시오. 가능하면 염소화 용제는 피하십시오.

• 이음부 설계 및 열입력 제어:

  • 제약을 최소화하고 과도한 용접량 없이 충분한 관통이 가능한 이음부 설계를 사용하십시오.

  • 낮은 내지 중간 수준의 열입력을 사용하십시오. 과도한 열입력은 용접 풀 크기와 불순물의 분리 현상을 증가시켜 균열을 유발할 수 있습니다. 필러 금속 제조업체에서 권장하는 조건을 따르십시오.

• 올바른 필러 금속 선택:

  • 균열 저항성을 갖도록 설계된 "오버매치(over-matched)" 필러 금속을 사용하십시오. 예를 들어, ERNiCrMo-3 (연금 625) 많은 일반적인 니켈-크롬 합금 용접 용품 이 채식물질에는 탄소 (Nb) 와 같은 원소가 들어 있는데, 탄소 가 굳어질 때 곡물 경계선을 "치료"하는데 도움이 됩니다.

2. 유연성 디프 크래킹 (DDC)

• 외관상 특징: 금속이나 핵융합선 근처에 있는 얇은, 곡물 간 균열, 일반적으로 굳어지는 온도보다 훨씬 낮은 온도에서 발생합니다.

• 주요 원인: 이것은 냉각 중에 용접 금속의 유연성이 가장 낮아 열적 수축 스트레스에 견딜 수 없을 때 발생합니다.

실질적인 예방 및 해결책:

• DDC에 저항하는 필러 금속을 선택하세요: 이것은 가장 효과적인 전략입니다. 필러 금속 ERNiCrFe-7 (FM-52) 그리고 ERNiCrCoMo-1 (연금 617) dDC에 저항하기 위해 정제된 곡물 구조와 화학적 성질을 가진 특이하게 만들어졌습니다.

• 제어 용접 기술:

  • 를 사용하여 스트링거 봉 넓고 지그재그 형태의 봉 대신 사용한다. 지그재그 용접은 전체적인 열입력을 증가시키며 금속이 연성 저하와 같은 취성 온도 범위에 머무는 시간을 늘린다.

  • 패스 간 적절한 시간을 확보하여 패스간 온도를 관리한다(많은 합금의 경우 일반적으로 150°C / 300°F 이하). 이를 통해 열응력 사이클을 제어할 수 있다.

3. 변형노화균열(SAC)

• 외관상 특징: 용접 후 열처리(PWHT) 또는 고온에서의 사용 중에 석출경화형(PH) 니켈합금(Alloy X-750 등)의 열영향부(HAZ)에서 발생하는 균열.

• 주요 원인: HAZ는 용접 열 사이클에 의해 경화된다. 이후 응력 완화 또는 PWHT를 위한 가열 과정에서 모재는 HAZ가 크립을 통해 완화되는 속도보다 더 빠르게 강화되어 잔류응력 하에서 균열이 발생한다.

실질적인 예방 및 해결책:

• 용해 어닐링된 기본 재료 사용: 용접 전 파이프가 용해 어닐링 상태에 있는지 확인한다.

• PWHT 사이클 수정:

  • 중간 균열 온도 범위에 머무르는 것을 방지하기 위해 가능한 한 빨리 시효 온도까지 가열하십시오.

  • 극단적인 경우, 시효 처리 이전에 용접 후 완전한 고용화 어닐링이 필요할 수 있으나, 대형 배관 시스템의 경우 종종 비현실적입니다.

• 저강도 피복재 사용: 시효된 모재보다 더 부드러운 피복재를 사용하십시오 (예: X-750 합금의 경우 AWS ERNiFeCr-1). 이를 통해 더 부드러운 용접 금속이 변형되어 응력을 흡수함으로써 HAZ의 균열을 방지할 수 있습니다.

실용적인 용접 공정 점검표

균열이 처음부터 발생하는 것을 방지하기 위해 다음 점검표를 기반으로 공정을 수립하십시오:

균열을 발견했을 때 조치 방법

1. 용접 중지: 균열 위에 다시 용접을 하려고 시도하지 마십시오.

2. 균열 완전히 제거: 연마기 또는 공압식 골이공구를 사용하여 균열 전체를 제거하십시오. 액체 침투 검사(PT 또는 염료 검사)를 통해 완전한 제거 여부를 확인하십시오.

3. 근본 원인 파악: 오염 때문이었는가? 과도한 열입력 때문이었는가? 잘못된 필러재 사용 때문이었는가? 균열의 원인을 파악할 때까지 재용접하지 마십시오.

4. 재용접: 원인이 해결되고 결함이 완전히 제거된 후에는 올바른 절차에 따라 해당 부위를 재용접하십시오.

결론: 핵심은 정밀한 제어에 있다

니켈합금 파이프의 성공적인 용접은 힘에 의존하는 것이 아니라 정밀한 제어와 정확성에 달려 있습니다. 깨끗한 작업 환경 완벽한 청결 상태 , 정밀하게 조절된 열입력 , 그리고 적절한 용가재 선택 에 주목함으로써, 고성능 배관 시스템의 무결성과 내구성을 보장하는 고품질의 균열 없는 용접을 지속적으로 수행할 수 있습니다.

항상 승인된 용접 절차 사양(WPS)을 준수하고, 용접 기술자들이 이러한 특정 작업 방식의 '이유'를 이해할 수 있도록 교육에 투자하십시오.