듀플렉스 스테인레스 스틸 용접 방법

소개

듀플렉스 스테인리스강(DSS)은 까다로운 산업용 응용 분야에서 가장 인기 있는{0}}재료 중 하나가 되었습니다. 이는 오스테나이트 및 페라이트계 스테인리스 강의 최고의 특성을 약 50% 오스테나이트와 50% 페라이트로 구성된 단일 이중{2}} 미세 구조-로 결합하여 이러한 명성을 얻었습니다. 그 결과 뛰어난 내식성, 높은 기계적 강도, 응력 부식 균열(SCC)에 대한 뛰어난 저항성이 달성되었습니다.

그러나 이러한 장점에는 다음과 같은 중요한 주의 사항이 있습니다.이중 스테인레스 스틸부적절한 용접에 매우 민감합니다. 잘못 용접된 DSS 조인트는 위상 불균형을 초래하고 유해한 금속간 화합물(예: 시그마 위상)을 침전시키거나 원치 않는 잔류 응력을 유발할 수 있습니다. 이러한 결과는 재료의 사용 성능을 크게 저하시킬 수 있으며 - 때로는 파이프라인, 압력 용기 또는 열 교환기에서 치명적인 고장을 일으킬 수 있습니다.

이 가이드에서는 야금학 이해, 올바른 필러 재료 선택, 열 입력 제어, 최상의 용접 공정 선택, 용접 후 검사를 통한 용접 품질 확인에 이르기까지 듀플렉스 스테인리스강을 올바르게 용접하는 데 필요한 모든 내용을 다루고 있습니다.-

듀플렉스 스테인레스강 이해: 등급 및 특성

용접 토치를 선택하기 전에 작업 중인 듀플렉스 등급을 확인하는 것이 중요합니다. DSS 등급은 광범위한 합금 함량과 내식성을 포괄하며, 종종 PREN(피팅 저항 등가 지수)을 사용하여 정량화됩니다.

PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N

PREN이 높을수록 공식 부식 저항성이 우수함을 나타냅니다. 아래 표에는 가장 일반적인 듀플렉스 등급, 합금 구성 및 일반적인 용도가 요약되어 있습니다.

PREN=피팅 저항 등가 수치. 값은 대략적인 것이며 등급 범위 내의 정확한 화학에 따라 달라집니다.

등급을 아는 것은 단지 학술적인 것이 아니라 - 올바른 용가재, 열 입력 범위 및 용접 후 검사 요구사항을 직접 결정하는 것입니다.-

용가재 선택: 건전한 이중 용접의 기초

잘못된 용가재를 선택하는 것은 이중 스테인리스강 용접에서 가장 흔하고 비용이 많이 드는 오류 중 하나입니다. 기본 원리는 모재 금속보다 니켈(Ni) 함량이 높은 충진재 -를 사용하는 것입니다. 이는 희석 효과와 급속 응고 중에 페라이트가 용접 영역을 지배하는 경향을 보상합니다.

주요 선택 원칙

용가재는 용접 금속의 오스테나이트-페라이트 균형을 목표 범위인 35~65% 페라이트로 복원해야 합니다. 페라이트 함량이 70%를 초과하면 접합부가 부서지기 쉽고 인성이 떨어집니다. 오스테나이트가 25% 페라이트 미만에서 지배적인 경우 응력 부식 균열 저항성이 저하됩니다.

충전 금속이 올바르게 보관되고 취급되는지 항상 확인하십시오. SMAW 전극은 수소 픽업을 방지하기 위해 제조업체의 권장 사항(일반적으로 1~2시간 동안 300~350도)에 따라 건조한 상태로 유지되고{0}}다시 건조되어야 합니다.

용접 공정: 올바른 방법 선택

용접기가 등급-별 매개변수를 따르는 경우 이중 스테인리스강에서 여러 용접 공정을 성공적으로 사용할 수 있습니다. 각 프로세스는 응용 분야에 따라 뚜렷한 장점을 가지고 있습니다.

중요 매개변수: 열 입력 제어

열 입력은 이중 스테인리스강 용접에서 가장 중요한 변수입니다. 다음과 같이 계산됩니다.

열량(kJ/mm)=[전압(V) × 전류(A) × 60] ¼ [이동 속도(mm/min) × 1000]

대부분의 듀플렉스 등급에 대해 일반적으로 허용되는 열 입력 범위는 0.5~2.5kJ/mm이며, 선호되는 목표는 0.8~1.5kJ/mm입니다. 0.5kJ/mm 미만의 열 입력은 용접을 너무 빨리 냉각시켜 과도한 페라이트를 가두게 됩니다. 2.5 kJ/mm 이상의 열 입력은 열 영향부(HAZ)에서 시그마 상(금속간 화합물)의 침전을 유발하여 인성과 내식성을 심각하게 감소시킬 수 있습니다.

용접 전-준비: 성공을 위한 발판 마련

최고의 용접 기술이라도 잘못된 준비를 보상할 수는 없습니다. 다음 사전{1}}용접 단계는 협상할 수 없습니다.-

조인트 디자인 및 핏-업

부식을 촉진하는 틈을 제거하려면 가능하면 완전 용입 맞대기 용접 설계를 사용하십시오.

베벨 각도: 60~70도(포함 각도)가 맞대기 조인트의 표준입니다. 파이프의 경우 ASME B31.3 또는 이와 동등한 표준에 따라 37.5도 베벨을 사용하십시오.

루트 간격: TIG 루트 패스의 경우 2~3mm, 가변적인 열 유입을 방지하기 위해 일관된 핏을-유지합니다.

가용접 크기를 최소화합니다. 가용접이 최종 용접과 동일한 품질 요구 사항을 충족하는지 확인합니다.

청소 및 오염 관리

용접하기 전에 아세톤이나 승인된 산업용 용제로 모든 표면의 그리스를 제거하십시오.

조인트 양쪽의 최소 25mm에서 모든 밀 스케일, 페인트, 그리스 및 습기를 제거하십시오.

전용 스테인리스강 와이어 브러시와 연삭 디스크를 사용하십시오. - 철 오염을 방지하려면 탄소강과 도구를 공유하지 마십시오.

준비된 표면을 다룰 때는 깨끗한 장갑을 착용하십시오.

예열 요구 사항

대부분의 경우 듀플렉스 스테인리스 스틸은 예열이 필요하지 않습니다. 실제로 100도 이상의 예열은 시그마 상 형성의 위험을 증가시키기 때문에 일반적으로 권장되지 않습니다. 예외는 주변 온도가 5도 미만이거나 습기가 있는 증거가 있는 경우입니다. - 이러한 경우에는 약간 따뜻한-최대 15~50도가 허용됩니다.

가스 보호 및 백퍼징: 용접부를 산화로부터 보호

질소는 이중 스테인리스강의 핵심 합금 원소입니다. - 오스테나이트 상을 안정화하고 내식성에 직접적으로 기여합니다. 1~3% 질소를 포함하는 보호 가스는 용접 풀의 질소 함량을 유지하는 데 도움이 되며, 그렇지 않으면 용접 중 휘발을 통해 손실될 수 있습니다.

표준 듀플렉스(2205): GTAW 및 GMAW 루트 앤 필 패스에는 Argon + 2% N2가 권장됩니다.

순수 아르곤: 질소-가 풍부한 충진 금속을 사용하는 GTAW에 허용되지만 덜 선호됩니다.

CO2가 풍부한 가스를 피하십시오. CO2 농도가 25%를 초과하면 과도한 산화가 발생하고 질소 보유량이 감소할 수 있습니다.

가스 유량: GTAW의 경우 12~15L/min; GMAW의 경우 15~20L/min. 난류 또는 불충분한 흐름은 다공성을 유발합니다.

루트 패스를 위한 백퍼징

불활성 가스 -로 파이프 또는 용기 내부를 범람시키는 백 퍼징 -은 이중 스테인리스강의 루트 패스에 필수입니다. 퍼지 영역의 산소 수준은 용접이 시작되기 전에 0.1%(1,000ppm) 미만으로 감소되어야 하며 루트 패스 증착 전체에서 해당 수준 미만으로 유지되어야 합니다. 퍼지 가스: 100% 아르곤 또는 아르곤 + 2% 질소. 아크를 발생시키기 전에 퍼지 품질을 확인하기 위해 산소 분석기를 사용해야 합니다.

층간 온도 및 냉각 속도 제어

층간 온도를 제어하는 ​​것은 열 입력을 제어하는 ​​것만큼 중요합니다. 듀플렉스 스테인리스강의 최대 패스간 온도는 표준 듀플렉스의 경우 150도(화씨 302도)이며 일부 슈퍼듀플렉스 사양에는 더 낮은 한계(120도)가 필요할 수 있습니다.

용접 중심선에서 25mm 거리에서 교정된 접촉 온도계 또는 적외선 고온계를 사용하여 패스간 온도를 측정합니다. 용접부를 자연적으로 식히십시오. - 열충격과 균열을 일으킬 수 있는 강제 공기 냉각이나 물 담금질을 절대 사용하지 마십시오.

생산 압력이 높을 경우 패스 간 충분한 대기 시간을 계획하세요. 유용한 경험 법칙: 적당한 열 입력(~1.0kJ/mm)에서 6mm 필렛 용접의 경우 금속이 150도 미만으로 돌아가도록 패스 사이에 최소 3~5분을 허용합니다.

사후-용접 처리: 마무리 및 복원

사후-용접열처리(PWHT)

용접 후 열처리(용체화 어닐링)는 매우 중요한 응용 분야나 용접 어셈블리에 과도한 열 입력이 발생한 경우에 필요한 경우가 있습니다. 듀플렉스 등급의 일반적인 용액 어닐링 온도는 1,020~1,100도이며 이후 급속 물 담금질이 이루어집니다. 이는 시그마 상을 용해시키고 균형 잡힌 미세 구조를 복원합니다. 그러나 PWHT는 상당한 비용을 추가하며 일반적으로 임계 압력 용기 또는 해저 응용 분야에만 지정됩니다.

산세 및 패시베이션

용접 후에는 용접부와 HAZ의 열 착색(산화 변색)을 제거하여 스테인리스강에 내식성을 부여하는 부동태 크롬 산화 피막을 복원해야 합니다. 이는 다음을 통해 달성됩니다.

기계적 방법: 전용 연마 디스크를 사용한 스테인레스 스틸 와이어 브러싱 또는 연삭.

화학적 산세척: 질산-불화수소산 페이스트 또는 스프레이 도포(엄격한 보건 및 안전 프로토콜을 따르십시오. 이러한 화학물질은 위험합니다). 노출 시간은 일반적으로 15~60분 후 철저하게 물로 헹구어냅니다.

패시베이션: 산세척 후 질산 용액(부피 기준 20~50%)을 적용하여 산화막 형성을 최대화합니다.

일반적인 용접 결함 및 이를 방지하는 방법

아래 표에는 듀플렉스 스테인리스강을 용접할 때 가장 자주 발생하는 결함과 근본 원인, 입증된 예방 전략이 요약되어 있습니다.

사후-용접 검사 및 품질 보증

엄격한 검사는 안전하고 신뢰할 수 있는 이중 스테인리스강 용접을 보장하기 위한 최종 방어선입니다. 일반적인 검사 체제에는 다음이 포함됩니다.

육안 검사(VT)

The first and simplest check - performed immediately after welding and cleaning. Look for surface cracks, incomplete fusion, excessive undercut (>0.5mm), 중첩 또는 눈에 보이는 다공성. 필요한 경우 밝은 조명과 확대를 사용합니다.

페라이트 함량 측정

보정된 페라이트 스코프(ISO 8249 또는 AWS A4.2에 따라)를 사용하여 용접 금속과 HAZ 전체의 페라이트 수(FN)를 측정합니다. 허용 가능한 범위는 일반적으로 FN 30–70(부피 기준 페라이트 약 35–65%)입니다. 용접을 따라 정의된 간격으로 측정값을 문서화합니다.

비-파괴 검사(NDT)

염료 침투 테스트(PT): 표면-파열 균열 및 다공성을 감지합니다. 압력-지탱 조인트의 루트 패스 및 최종 캡 패스에 필수입니다.

Ultrasonic Testing (UT): Detects volumetric flaws including lack of fusion, slag inclusions, and internal cracks. Preferred for thicker sections (>6mm).

방사선 사진 테스트(RT): 영구 기록이 필요한 중요한 관절에 사용됩니다. 다공성, 함유물 및 내부 융합 부족을 감지하는 데 효과적입니다.

부식 테스트

가장 까다로운 응용 분야(해저, 화학 처리)의 경우 ASTM G48 방법 A 또는 B 공식 부식 테스트를 지정할 수 있습니다. 여기에는 시험편을 고온에서 6% 염화제이철 용액에 담그고 24시간 후에 구멍이 생기거나 체중이 감소하는지 검사하는 것이 포함됩니다.

규정 준수 표준 및 참조 사양

모든 이중 스테인리스강 용접은 관련 국제 표준에 따라 수행되어야 합니다. 주요 표준은 다음과 같습니다.

ASME 섹션 IX - 용접 및 브레이징 자격(압력 용기 및 배관)

AWS D1.6 - 스테인리스강용 구조 용접 코드

ISO 15614-1 - 금속 재료 용접 절차의 사양 및 인증

NORSOK M-601 - 배관 용접 및 검사(해상/해저 응용 분야)

EN 1011-3 - 스테인리스강 용접에 대한 권장사항

ASTM A240 / A276 - 듀플렉스 스테인리스 강판 및 바의 재료 사양

용접 절차 사양(WPS) 및 절차 적격 기록(PQR)은 코드가 적용되는 작업에서 생산 용접을 시작하기 전에 확립되고 인증되어야 합니다.-

결론

이 가이드의 핵심 내용은 간단합니다. 등급을 알고, 전체 합금 용가재를 선택하고, 열 입력을 0.5~2.5kJ/mm 사이로 제어하고, 층간 온도를 150도 미만으로 유지하고, 적극적으로 퍼지하고, 철저하게 청소하고, 엄격하게 검사합니다. 이러한 원칙을 따르면 이중 스테인리스강은 지구상에서 가장 혹독한 환경에서도 수십 년 동안 안정적으로 작동하는 용접을 제공합니다-.

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