스테인레스 스틸 파이프 용접 가스 유량 계산을 위한 백퍼징 기술

스테인리스강 또는 니켈 합금 파이프의 퍼지되지 않은 용접 루트는 현장 거부의 가장 일반적인 - 및 가장 비용이 많이 드는 - 원인 중 하나입니다. 용접 중에 조인트 내부가 공기에 노출되면 산소와 질소가 뜨겁고 크롬{3}}이 풍부한 금속과 반응하여 합금에 내식성을 부여하는 얇은 산화물 층을 벗겨냅니다.

그 결과 "설탕"이라고 알려진 거칠고 변색되고 종종 벗겨지는 층이 생기고 조인트는 수압 테스트, PMI 또는 부식 자격에 실패합니다. 백 퍼징은 용접 전과 용접 중에 파이프 내부를 불활성 가스로 가득 채워 이를 방지하지만 올바른 방법을 선택하려면 난류를 발생시키지 않고 실제로 파이프에서 공기를 제거하는 유속과 퍼지 시간을 계산해야 합니다. 이 가이드에서는 스테인리스강 및 니켈 합금 파이프 제조에 사용되는 주요 백퍼징 기술을 비교하고 퍼지 유속의 크기를 올바르게 지정하는 데 사용되는 체적{2}}교환 수학을 안내합니다.

백 퍼징이란 무엇이며 스테인레스강 파이프 용접에 중요한 이유는 무엇입니까?

가스 텅스텐 아크 용접(GTAW) 및 이와 유사한 공정에서는 토치 가스로 용접 풀의 상단을 보호하지만 개방형-루트 조인트의 아래쪽은 파이프 내부의 모든 대기에 노출됩니다. 오스테나이트계 스테인리스강(304/316), 듀플렉스 및 슈퍼 듀플렉스 등급, Inconel 625 및 Hastelloy C276과 같은 니켈 합금은 모두 내식성을 위해 얇고 자가 치유되는{6}}산화 크롬 필름을 사용합니다. 용접 온도에서 해당 필름은 파괴되고, 파이프 내부에 산소와 질소가 존재하는 경우 뿌리에 새로운 결함 있는 산화물 층이 형성되어 - 짚, 파란색 또는 검정색- 회색 변색으로 보이고 심한 경우 부서지기 쉽고 비늘 모양의 "설탕" 표면으로 보입니다.

설탕 뿌리는 공정 유체에 가장 많이 노출된 위치에서 내식성을 감소시키고 주기적인 또는 부식성 서비스에서 균열을 일으킬 수 있는 응력 상승을 생성합니다. 이것이 바로 백퍼징이 스테인리스 또는 니켈 합금 파이프 용접에 적용되는 모든 코드에 대해- 선택적 개선-이 아닌 필수 단계인 이유이며, AWS D18.2 변색 참조 차트, 고순도 시스템용 ASME BPE, 신 서비스용 NACE MR0175/ISO 15156과 같은 제조 사양 및 검사 기준이 모두 허용 가능한 루트 산화 수준을 참조하는 이유입니다.

- 댐(플러그) 퍼지 또는 퍼지를 통한 연속 흐름- 중 어떤 백 퍼지 방법을 사용해야 합니까?

댐 퍼징은 용접 양쪽의 파이프 내부에 배치된 탈착식 댐을 사용하여 조인트 주위의 작은 볼륨을 격리하므로 제한된 부분만 퍼지하면 됩니다-. 이는 전체 스풀을 퍼지하는 것에 비해 퍼지 시간을 단축하고 가스 소비를 크게 줄입니다. 이와 대조적으로 플로우{2}} 퍼징은 전체 파이프 또는 제작된 어셈블리를 하나의 퍼지 볼륨으로 처리하여 한쪽 끝에서 가스를 공급하고 대체된 공기를 다른 쪽 끝으로 배출합니다. 댐은 필요하지 않지만 파이프 길이나 복잡성이 증가함에 따라 시간이 더 오래 걸리고 더 많은 가스를 사용합니다. 세 번째 변형인 챔버 또는 텐트 퍼지는 조인트 영역(또는 전체 피팅, 엘보우 또는 티)을 유연한 인클로저로 둘러싸며 일반적으로 복잡한 분기 연결과 같이 댐을 배치할 수 없는 곳에 사용됩니다.

선택은 일반적으로 형상과 반복성에 따라 결정됩니다. 짧은 조인트가 많은 작업장 스풀 제작은 속도 측면에서 댐을 선호하는 반면, 크로스컨트리 파이프라인 타이-인과 궤도 튜브-에서-튜브 용접은 일반적으로 댐을 삽입할 실질적인 방법이 없기 때문에 퍼징을 통한 흐름-을 사용합니다.

주어진 파이프 직경에 대한 퍼지 가스 유량을 어떻게 계산합니까?

시작점은 제거되는 섹션의 내부 볼륨입니다.

V=π × (ID / 2)² × L

여기서 ID는 파이프의 내부 직경이고 L은 퍼지 영역의 길이(댐 사이의 거리 또는 퍼지를 통한 흐름-에 대한 전체 스풀 길이)입니다. 부피를 알고 나면 필요한 유량은 목표 퍼지 시간과 안전한 산소 수준에 도달하는 데 필요한 부피 교환 횟수에 따라 직접 결정됩니다.

Q = (V × N) / t

Q는 유량, V는 퍼지- 영역 볼륨, N은 전체 볼륨 교환 횟수(일반적으로 4~10, 다음 섹션에서 설명), t는 목표 퍼지 시간입니다. 작업 예: 6인치 스케줄 40 파이프의 내부 직경은 약 154mm입니다. 3미터 길이의 댐 구역에서 퍼지 볼륨은 V=π × (0.077 m)² × 3 m ≒ 0.056 m³, 즉 대략 56리터입니다. 8분 퍼지 내에 6회의 전체 부피 교환을 달성하기 위해 필요한 유속은 Q= (56 L × 6) / 8분 ≒ 42 L/min입니다.

실제로 대부분의 절차에서는 2{0}단계 흐름을 사용합니다. 즉, 대량의 공기를 신속하게 제거하기 위해 더 높은 초기 유속을 사용한 다음, 이미 퍼지된 대기를 방해하지 않고 약간의 양압을 유지하기 위해 용접 중에 유지되는 소구경 파이프의 경우 훨씬 더 낮은 "홀드백" 흐름(- 종종 5~15L/분-)이 따릅니다-. 가스 속도가 난류가 될 정도로 유량을 너무 높이면 안 됩니다. 난류는-퍼지가 제거하려는 공기를 재동반시키고 댐을 날려버릴 수도 있으므로 절차는 일반적으로 가능한 가장 빠른 채우기보다는 낮고 꾸준한 속도를 목표로 합니다.

안전한 산소 수준에 도달하려면 얼마나 많은 파이프 볼륨 교환이 필요합니까?

파이프에서 공기를 교체하는 것은-1대1-1교환-이 아닙니다. 유입되는 퍼지 가스는 흐름 전면 근처의 나머지 공기와 혼합되므로 각각의 추가 볼륨 교환은 점차적으로 더 적은 양의 남아 있는 산소를 제거합니다. 이것이 처음 몇 번의 교환 동안 산소 농도가 빠르게 떨어지고 훨씬 더 느리게 떨어지는 이유이며, 단순히 부피와 유속으로부터 퍼지 시간을 계산하는 것이 아크를 발생시키기 전에 벤트나 용접 루트에서 교정된 산소 분석기로 실제 산소 수준을 확인하는 것을 대체할 수 없는 이유입니다.

이러한 수치는 대표적인 것이며 보장되지는 않습니다. - 데드 레그, 밸브, 샘플 포트 및 열악한 댐 씰은 모두 이론적인 희석 모델에 비해 실제{1}} 퍼지 효율을 감소시킵니다. 이것이 바로 교환 횟수만이 아닌 산소 모니터링이 부식에 대한-}용접 결정-중요 작업의 기초가 되는 기초가 되는 이유입니다.

합금 계열별로 아크를 쏘기 전에 어떤 산소 함량을 목표로 삼아야 합니까?

AWS D18.2 변색 참조 차트는 가시적인 뿌리-측 산화물 색상과 대략적인 산소 농도의 상관관계를 보여주며 실용적인 현장 검사로 널리 사용됩니다. 밝은 은색 또는 연한 밀짚 뿌리는 일반적으로 잘 제거된 접합부에 해당하는 반면, 파란색, 보라색, 회색 또는 검은색 색상은 이미 표면이 저하될 만큼 산소 수준이 높다는 신호입니다.

듀플렉스 및 슈퍼 듀플렉스 등급은 변색을 방지할 뿐만 아니라 루트의 과도한 산소가 듀플렉스 강에 강도와 내식성을 부여하는 페라이트-오스테나이트 균형과 질소 유지를 방해할 수 있기 때문에 표준 오스테나이트 스테인리스보다 다소 더 엄격한 산소 제한이 필요합니다. 크롬 및 몰리브덴 함량이 높은 니켈 합금도 마찬가지로 민감하며 ASME BPE에 구축된 고순도 시스템은 산소 한도 외에 경면 마감 요구 사항을 추가합니다.-

아르곤 대 질소 대 아르곤-수소

아르곤은 완전히 불활성이고 공기보다 밀도가 높으며(수평 파이프 섹션에 안정되고 고정되는 데 도움이 됨) 기본적으로 모든 스테인리스 및 니켈 합금 등급과 호환됩니다. 이것이 바로 아르곤이 대부분의 용접 절차 사양에 지정된 기본 퍼지 가스인 이유입니다. 질소는 비용이 저렴하고 널리 사용 가능하며 표준 오스테나이트 스테인리스강을 효과적으로 퍼지하지만 루트에서 제어되지 않은 질소 픽업이 의도한 상 균형을 변경할 수 있는 질소- 제어 이중 및 슈퍼 이중 등급에 대해서는 불활성이 아닙니다. 또한 질소가 원치 않는 질화물 형성을 촉진할 수 있는 여러 니켈 합금에도 적합하지 않습니다.

아르곤{0}}수소 혼합물(일반적으로 2~5% 수소)은 오스테나이트 스테인리스에 더 밝고 더 많은 산화물-이 없는 루트를 생성하고 퍼지 시간을 약간 단축할 수 있지만 수소는 듀플렉스, 슈퍼 듀플렉스 및 특정 석출-경화 또는 고{5}}강도 니켈 합금에서 실제 취성 위험을 초래하므로 선택하기 전에 특정 WPS 및 재료 사양을 기준으로 사용을 확인해야 합니다.

퍼지 댐을 어떻게 배치해야 하며 어떤 재료를 사용해야 합니까?

댐 배치는 직접적인 상충 관계입니다.{0}}댐을 조인트에 더 가깝게 이동하면 퍼지 볼륨이 줄어들고 그에 따라 퍼지 시간이 줄어들지만, 용접 루트 전체에 원활하고 난류가 아닌 흐름을 형성하기 위한 흡입구와 통풍구를 위한 공간이 줄어듭니다.- 실용적인 시작점은 소직경 및 중직경 파이프의 경우 각 측면의 접합부에서 100~150mm이며, 흐름을 안정화하기 위해 더 많은 거리가 필요한 더 큰 직경의 경우 위쪽으로 조정됩니다.

수용성{0}}종이 댐은 용접 후 용해 및 세척되어 제거 단계가 필요하지 않기 때문에 작업장 스풀 제작에 일반적으로 사용됩니다. 팽창식 고무 댐은 재사용이 가능하며 동일한 장비로 많은 관절을 제거하는 현장 연결 장치에 매우 적합합니다.{1}} 티, 리듀서 및 기타 불규칙한 형상의 경우 모양의 폼 블록이나 고온{2}} 퍼지 테이프를 사용하여 피팅의 내부 프로파일 주위를 밀봉합니다. 모든 경우에 벤트의 크기는 너무 많은 유출을 허용하지 않고 댐이 느슨해지지 않도록 크기를 조정해야 합니다. - 댐 파손 중간- 용접은 조인트를 통해 퍼지가 대기를 손실하는 가장 일반적인 원인 중 하나입니다.

당화 또는 용접 결함을 일으키는 가장 일반적인 백퍼징 실수는 무엇입니까?

목표 산소 수준이 확인되기 전에 용접하는 것은 - 실제 산소 판독값 대신 고정된 퍼지 시간에 의존합니다.

유량이 너무 높게 설정되어{0}}공기를 가스 전면 앞으로 밀어내는 대신 퍼지 영역으로 다시 혼합하는 난류가 생성됩니다.

특히 내부 프로파일이 불규칙한 플랜지, 밸브 또는 분기 연결부에서 누출되거나 부적절하게 장착된 댐.

통풍구가 없거나 통풍구가 너무 작아서 압력이 상승하여 댐이 터지거나 벽이 얇은-파이프가 왜곡될 수 있습니다.

특히 듀플렉스 또는 니켈 합금 접합부에 질소 또는 아르곤{0}}수소 혼합물을 사용하여 합금 호환성을 확인하지 않고 퍼지 가스 유형을 전환합니다.

용접 중에 낮은 안정된 "홀드백" 흐름을 유지하지 못하여 외부 공기가 긴 다중{0}}패스 용접을 통해 퍼지 영역으로 다시 확산될 수 있습니다.

자주 묻는 질문

Q: 스테인레스 스틸 파이프 용접의 최소 퍼지 시간은 얼마입니까?

A: 보편적인 최소 시간은 없습니다. - 퍼지 시간은 퍼지- 영역 볼륨, 유속 및 목표 산소 수준에 따라 달라지며 Q= (V × N) / t로 계산한 다음 고정된 경험 법칙으로 적용하기보다는 산소 분석기로 확인해야 합니다.

Q: 백퍼징에 아르곤 대신 질소를 사용할 수 있습니까?

답변: 질소는 표준 300-시리즈 오스테나이트 스테인리스강에 허용되지만 듀플렉스, 슈퍼듀플렉스 및 질소에 민감한 니켈 합금에서는 피해야 합니다. 제어되지 않은 질소 픽업이 위상 균형이나 야금에 영향을 미칠 수 있기 때문입니다.

Q: 스테인레스 스틸 파이프를 용접하기 전에 허용되는 산소 수준은 얼마입니까?

답변: 대부분의 제조 사양은 표준 오스테나이트 스테인리스의 경우 50~100ppm을 목표로 하고, 듀플렉스 및 니켈 합금의 경우 25~50ppm, 고순도 시스템의 경우 10ppm 미만을 목표로 합니다.- 해당 프로젝트 사양과 WPS가 정확한 수치를 결정합니다.

Q: 퍼지를 실행해도 용접 루트가 파란색이나 검은색으로 변하는 이유는 무엇입니까?

A: 변색은 용접 전이나 용접 중에 퍼지가 충분히 낮은 산소 수준에 도달하지 않았음을 나타냅니다. - 일반적인 원인은 퍼지 시간 부족, 댐 누출, 유량 설정이 너무 높거나 대기가 안정화되기 전에 아크 시작 등입니다.

Q: 용접 중에 백퍼징 유량을 변경해야 합니까?

A: 예 - 대부분의 절차에서는 공기를 빠르게 제거하기 위해 더 높은 초기 유량을 사용한 다음, 난류를 발생시키지 않고 약간의 양압을 유지하기 위해 용접 중에 훨씬 더 낮은 홀드백 흐름으로 줄입니다.

Q: 백퍼징은 코드에서 요구됩니까, 아니면 권장되는 방법입니까?

답변: 요구사항은 스테인레스 및 니켈 합금 파이프에 대한 보편적인 -다양한 배관 및 압력-경계 적용이 아니라 관리 코드, 사양 또는 WPS에 의해 설정되며 허용 기준은 일반적으로 AWS D18.2 변색 차트 또는 프로젝트별 산소 한도를 참조합니다.-