스테인레스 스틸 용접 파이프 ERW와 SAW: 귀하의 용도에 맞는 유형은 무엇입니까?

엔지니어와 조달 전문가가 선택하는 경우스테인레스 스틸 파이프산업 프로젝트의 경우 그들이 직면하는 첫 번째 결정 중 하나는 용접 파이프 유형 -, 특히 ERW(전기 저항 용접) 파이프와 SAW(Submerged Arc Welded) 파이프 중에서 선택하는 것입니다. 둘 다 이음매 없는 파이프에 대한 경제적인 대안이지만 용도가 매우 다르고 압력 성능도 다르며 ASTM/ASME 표준도 다릅니다.

이 가이드는 혼란을 해결합니다. 공장 엔지니어, 프로젝트 관리자 및 구매 팀을 위해 작성된 이 책은 - ERW 및 SAW 파이프가 실제로 무엇인지, 어떻게 만들어지는지, 성능이 어떻게 다른지, 어떤 유형이 귀하의 특정 응용 분야에 적합한 선택인지를 명확하고 엄격한 언어로 설명합니다. 또한 이 기사에서는 주요 표준(ASTM A312, A358), 등급 적합성, 치수 범위, 비용 고려사항 및 품질{6}}검사 요구사항을 다루고 있습니다.

ERW와 SAW 비교 살펴보기

기술적인 세부 사항을 살펴보기 전에 아래 표에서는 두 가지 파이프 유형을-비교{1}}하여 간략하게 보여줍니다.

표 1: ERW와 SAW 스테인레스 스틸 파이프 - 마스터 비교. 출처: ASTM A312/A358, ASME B31.3, ASME B36.19M.

각 파이프 유형의 제작 방법

ERW(전기 저항 용접) 파이프

ERW 파이프는 연속적인 고속-성형 공정을 통해 생산됩니다. 스테인레스 스틸 코일의 편평한 스트립은 원통형 튜브 모양으로 점진적으로 롤 형태로 형성됩니다-. 두 개의 구리 디스크 전극은 스트립의 두 가장자리에 고주파-주파수 전류를 적용합니다. 고주파 전류의 표피 효과와 근접 효과는 인접한 가장자리에 강한 열을 집중시켜 용접 온도까지 높입니다. 그런 다음 일련의 스퀴즈 롤러가 제어된 압력 하에서 뜨거운 가장자리를 함께 강제로 결합하여 솔기를 단조합니다.

중요한 기술 포인트: ERW는 융합 용접이 아닌 단조 용접입니다. 필러 금속은 추가되지 않습니다. 용접 이음매는 완전히 모재 스테인레스 스틸 스트립으로 형성됩니다. 즉, 용접의 화학적 조성은 기본 재료-와 동일하지만 입자 구조와 열 영향부(HAZ)는 파이프 본체와 다릅니다-. 용접 후 파이프는 HAZ 입자 구조를 표준화하기 위해 용체화 어닐링을 거친 다음, 산세 또는 광휘 어닐링을 거쳐 부동태 산화물 층을 복원합니다.

ASTM A312(WLD 지정)에 따라 자동 용접 공정에서는 용가재 추가가 허용되지 않습니다. 이로 인해 ERW 파이프는 표준 직경에 비해 비용 효율성이 매우 높지만-기본적으로 벽 두께와 압력 성능이 제한됩니다. 스테인리스강의 경우 가장 일반적인 ERW 크기는 NPS 1/8"에서 NPS 24"까지이며 일정 지정은 5S에서 80S까지입니다.

SAW(Submerged Arc Welded) 파이프

종방향 SAW(LSAW) 또는 나선형 SAW(SSAW) -로 생산된 SAW 파이프 -는 전기 융합 용접(EFW) 제품군에 속합니다. 근본적인 차이점은 융합입니다. 소모성 와이어 전극이 아크에 지속적으로 공급되고 세분화된 플럭스 블랭킷이 대기 오염으로부터 용융된 용접 풀을 보호합니다. 그 결과 공학적 야금술을 사용한 깊은-침투 융합 용접이 탄생했습니다.

LSAW 파이프는 하나의 무거운 강철판으로 구성됩니다(ASTM A240에 따름). 플레이트를 실린더 안으로 압축하거나 굴려서 구부린 다음(일반적으로 UOE 또는 JCOE 프레스 성형을 통해) 내부 이음새를 먼저 용접한 다음 이중 수중 아크 용접(DSAW)이라고 알려진 외부 패스-를 수행합니다. 이 이중-통과 방식은 용접 무결성을 극대화하고 ASTM A358에 따라 클래스 1 접합 효율성을 가능하게 합니다.

SSAW 파이프는 열간 압연 코일을 풀고 스트립을 나선 각도로 성형 케이지에 공급하여 나선형 솔기를 생성함으로써 형성됩니다. 나선 각도(일반적으로 50~75도)는 용접 이음매가 파이프 축에 수직으로 이어지지 않음을 의미하며, 이는 내부 압력 하에서 특정 유형의 응력 분산 이점을 제공합니다. SSAW는 직경이 매우 큰 경우(NPS 24" 이상) 가장 경제적이지만 이음매 길이가 길기 때문에 일반적으로 더 낮은-압력 서비스(파이프라인 설계의 API 클래스 3/4 영역)로 제한됩니다.

제조공정 요약표

표 2: ERW와 SAW 제조 공정 비교. 출처: ASTM A312, ASTM A358, ASME B36.19M; EETA 기술 요약.

관리 표준: ASTM A312 및 ASTM A358

올바른 사양, 품질 보증 및 규정 준수를 위해서는 파이프 유형에 적용되는 표준을 이해하는 것이 필수적입니다. 스테인리스강 용접 파이프에 대한 두 가지 주요 표준은 ASTM A312/ASME SA312 및 ASTM A358/ASME SA358입니다.

ASTM A312 / ASME SA312

ASTM A312는 압력 및 일반 산업 서비스 분야의 오스테나이트계 스테인리스 강관에 대한 핵심 사양입니다. 여기에는 무봉제(SMLS), 용접(ERW 파이프를 포함하는 WLD -) 및 과냉각 가공(HCW)의 세 가지 제조 유형이 포함됩니다. A312에 따른 용접관의 경우 용가재를 첨가하지 않고 자동용접을 하여야 합니다. 이것이 ERW 생산방식이다.

ERW 스테인리스 파이프의 주요 A312 데이터 포인트:

• 직경 범위: NPS 1/8" ~ NPS 30"(ASME B36.19M에 따름)
• 벽 두께: SCH 5S ~ SCH 80S(SCH 10S 및 40S가 가장 일반적임)
• 재종: TP304, TP304L, TP316, TP316L, TP321, TP347, TP310S 및 기타
• 배송 조건: Annealed and Pickled(AP) 또는 Bright Annealed(BA)
• 테스트: 제조업체 선택에 따른 수압 테스트 또는 비-전기 테스트(ECT)
• 접합 효율: 방사선 검사를 받은 용접 파이프의 경우 0.85(ASME B31.3)

ASTM A358 / ASME SA358

ASTM A358은 전기-융합-용접(EFW) 오스테나이트 스테인리스 강관 -대직경 및 고압-용접에 사용되는 SAW/LSAW 파이프를 관리합니다. A312와 달리 A358 파이프는 용가재를 사용하며 일반적으로 코일이 아닌 플레이트(ASTM A240)를 출발재료로 적용한다. A358은 점점 더 엄격해지는 용접 및 검사 요구 사항을 정의하는 5가지 클래스를 지정합니다.

표 3: ASTM A358 등급 정의 및 결합 효율 계수. 출처: ASTM A358/A358M(공식 사양); ASME B31.3 섹션 302.3.5.

ASME B31.3(공정 배관)에 따른 엔지니어링 설계 계산의 경우 접합 효율 E는 파이프가 유지할 수 있는 허용 내부 압력에 직접적인 영향을 미칩니다. A358 클래스 1(E=1.00)을 지정하면 클래스 5(E=0.80)에 비해 동일한 압력 등급에 대해 더 작은 벽 두께를 허용할 수 있으며, 이는 주요 조달 레버인 큰-직경 주문에서 자재 비용을 직접적으로 절감합니다.

A358 이하의 크기 범위: ASTM A358은 일반적으로 NPS 8"에서 NPS 72" 이상, 벽 두께가 3mm에서 60mm인 대구경 파이프에 특히 적합합니다. 이러한 치수는 ERW 생산을 통해 달성할 수 없으며 이것이 A358 EFW/SAW 파이프가 존재하는 근본적인 이유입니다.

성능 비교: 5가지 주요 차원

ERW와 SAW 파이프의 가장 근본적인 성능 차이는 용접 야금에 있습니다. ERW 파이프는 단조 결합을 사용합니다. - 모재는 필러 없이 가열되고 압착됩니다. 그 결과 잔류 응력이 낮은 좁고 평평한 용접 이음매가 탄생합니다. 연구에 따르면 연속 롤 성형 및 후속 크기 조정 작업(타원형-에서-원형 변형 순서)이 내부 응력을 점진적으로 완화하기 때문에 ERW 파이프는 일반적으로 SAW 파이프보다 낮은 잔류 응력을 나타내는 것으로 확인되었습니다.

이와 대조적으로 SAW 파이프는 소모성 필러 와이어와 플럭스를 사용합니다. 이를 통해 용접 화학을 엔지니어링할 수 있습니다. 숙련된 제조업체는 특정 와이어/플럭스 조합을 선택하여 모재 스테인레스 등급의 기계적 특성 및 내식성과 - 일치하거나 실제로 초과하는 용접 용착물을 구성할 수 있습니다. 이것이 바로 SAW가 중요-서비스, 무거운-벽 파이프에 대해 유일하게 실행 가능한 프로세스인 이유입니다. 고압 화학 라인에 API 5L X65 또는 오스테나이트계 스테인레스 등급을 지정하는 엔지니어는 용접 이음매가 가장 약한 링크가 되지 않을 것이라는 확신이 필요합니다. - SAW는 그러한 보증을 제공합니다.

표면 품질 및 치수 정확도

ERW 파이프는 표면 마감에 있어서 분명한 이점을 가지고 있습니다. 용가재가 용착되지 않기 때문에 ERW 용접 이음매는 평평하고 매끄러우며 파이프 표면과 거의 같은 높이입니다. 용접 후 비드 제거는 시각적으로 감지하기 어려운 이음매를 생성하는데, 이는 내부 표면 청결도가 중요한 위생 응용 분야(식품, 제약, 생물 공정)에 중요합니다.

SAW 파이프, 특히 LSAW에는 플레이트 표면 위로 연장되는 내부 및 외부 용접 보강재(용접 비드 크라운)가 있습니다. 표준은 최대 용접 크라운 높이를 지정하지만 보강은 융합 공정에 내재되어 있습니다. 유체- 운반 응용 분야의 경우 흐름 특성이나 청결도가 중요한 경우 내부 보강재를 접지해야 할 수도 있습니다. - 비용과 리드 타임이 추가됩니다.

치수 정확도 측면에서 정밀 압연 코일로 생산된 ERW 파이프는 일반적으로 판형-LSAW 파이프보다 외경 공차가 더 엄격하고 진원도가 더 좋습니다. 이는 플랜지 연결부에서 더 쉽게 장착하고 개스킷 밀봉을 향상시키는 것을 의미합니다.{3}}

압력 등급 및 벽 두께 기능

압력 등급은 공정 엔지니어가 ERW와 SAW를 선택할 때 가장 결정적인 요소입니다. 코일형 스트립으로 생산되고 필러 금속 없이 생산되는 ERW 파이프는 달성 가능한 벽 두께가 제한되어 있습니다. 스테인레스 등급의 경우 ERW는 대략 SCH 80S까지 실용적입니다. 그 이상에서는 프로세스가 비경제적이거나 기술적으로 제한됩니다.

SAW 파이프는 두꺼운 판에서 시작하여 60mm 이상의 벽 두께와 최대 NPS 72"(LSAW) 이상의 직경(SSAW)을 달성할 수 있습니다. 엔지니어링 용접 야금과 클래스 1의 전체 RT 검사가 결합된 A358 SAW 파이프는 1.00의 접합 효율을 달성하여 압력 계산 시 이음매 없는 파이프와 동일합니다. 이것이 바로 SAW 파이프가 대직경 압력 용기 노즐의 표준 선택인 이유입니다. 대량 화학 물질 이송 헤더, 발전소 증기 라인 및 이와 유사한 까다로운 서비스.

결함 유형 및 비{0}}파괴 검사(NDE)

ERW 파이프는 SAW 파이프보다 결함 모드가 적습니다. ERW 용접 결함은 직선 용접 결함과 와이어-라인 결함-으로 제한됩니다. 둘 다 용접 이음새를 따라 존재하며 초음파 테스트(UT) 및 와전류 테스트(ECT)에 매우 적합합니다. ERW의 결함 형상은 간단하며 최신 온라인 UT 시스템은 생산 속도로 전체 용접 이음새를 스캔할 수 있습니다.

SAW 파이프는 더 넓은 잠재적 결함 스펙트럼을 가지고 있습니다. 와이어-라인 및 직선 용접 결함 외에도 플럭스 침전물은 슬래그 포함, 다공성 및 기타 체적 결함의 위험을 초래합니다. 그러나 플럭스 쉴드 자체는 대기 오염에 대한 상당한 보호 기능을 제공하므로 - 이는 SAW가 더 풍부한 결함 용어에도 불구하고 일관되게 고품질 용접을 생산하는 이유입니다.- A358 하의 SAW 파이프에 대한 NDE는 클래스 1과 3에서 100% RT가 요구되는 만큼 더욱 철저합니다.

엔지니어를 위한 결론: 100% RT의 A358 클래스 1 SAW 파이프를 지정하면 전체 용접 이음매가 방사선 사진으로 검증된 파이프를 받게 됩니다. - A312에 따른 표준 ERW보다 더 높은 보증 수준입니다.

부식 성능

ERW 및 SAW 스테인리스 강관 모두 적절한 용체화 어닐링 및 부동태화 시 모체 오스테나이트계 스테인리스 등급의 전체 내식성 이점을 누릴 수 있습니다. 그러나 명심해야 할 중요한 차이점이 있습니다.

ERW 파이프(A312 WLD): 필러 금속이 추가되지 않으므로 HAZ 구성이 상위 스트립과 동일합니다. 적절한 어닐링 및 산세 후에 부동태 피막이 균일하게 복원됩니다. ERW 파이프의 낮은 잔류 응력 프로필은 염화물- 함유 환경에서 응력 부식 균열(SCC)에 대한 민감성을 줄여줍니다.

SAW 파이프(A358 EFW): 필러 와이어는 모재의 내식성과 일치하거나 이를 초과하도록 선택해야 합니다. TP316L 또는 듀플렉스 2205와 같은 등급의 경우 필러 화학을 일치시키는 것이 중요합니다. - 합금 필러에서-용접 이음새에 갈바닉 부식 경로가 생성될 수 있습니다. 평판이 좋은 SAW 제조업체는 AWS A5.9에 따라 필러 와이어 화학 물질을 지정하고 ASTM A262에 따라 부식 테스트를 거칩니다.

민감화 위험: 두 파이프 유형 모두에서 용접 구조에 대해 저-탄소 'L' 변형(304L, 316L)이 선호되어 결정립 경계에서 탄화물 석출을 최소화하고 민감화-관련 입계 부식을 줄입니다.

공정별 등급 적합성

모든 스테인리스 등급이-ERW와 SAW 생산 모두에 똑같이 적합한 것은 아닙니다. 아래 표에는 등급 적합성과 일반적인 애플리케이션 페어링이 요약되어 있습니다.

표 4: ERW와 SAW 생산에 대한 스테인리스강 등급 적합성. 출처: ASTM A312, ASTM A358, ASTM A240.

애플리케이션 선택 가이드

올바른 파이프 유형은 필요한 직경, 작동 압력, 매체 공격성 및 예산이라는 네 가지 주요 변수에 따라 달라집니다. 다음 매트릭스는 명확한 지침을 제공합니다.

표 5: 용도 선택 매트릭스 - ERW와 SAW 스테인리스강 파이프. 출처: ASTM A312, A358, A554, A928; ASME B31.3; EETA 신청 안내.

품질 보증 및 검사 요구 사항

스테인레스 스틸 용접 파이프는 두 ASTM 표준에 따라 엄격한 품질 검사를 받습니다. 다음 테스트가 적용 가능합니다:

표 6: 품질 검사 요구사항 - ERW와 SAW 스테인리스강 파이프. 출처: ASTM A312, ASTM A358, ASME 섹션 V, EN 10204; EETA 품질 프레임워크.

자주 묻는 질문

ERW 스테인리스 스틸 파이프는 압력 무결성 측면에서 이음매 없는 파이프와 동일하지 않지만 많은 응용 분야에서는 완전히 적합합니다. ASME B31.3에 따라 ASTM A312(WLD)에 따라 생산된 용접 파이프는 방사선 사진 검사 시 접합 효율이 0.85입니다. 이는 허용 응력이 이음매 없는 파이프에 비해 15% 감소해야 함을 의미합니다. 대다수의 애플리케이션을 대표하는 낮음-에서-중간 압력 서비스 -의 경우 - 이 감소는 표준 일정 선택에 의해 쉽게 수용됩니다. 심리스 파이프는 일반적으로 추가 비용(ERW에 비해 20~40% 프리미엄)이 정당한 고압, 중요{12}}서비스 또는 매우 높은{13}}온도 애플리케이션에만 지정됩니다.

Q2: ERW, EFW, SAW 파이프의 차이점은 무엇입니까?

ERW(전기 저항 용접)는 단조 용접입니다. -파이프 가장자리를 고주파 전류로 가열하고 용가재 없이 함께 압착합니다.- EFW(Electric Fusion Welded)는 아크 융합 용접 공정의 더 넓은 범주입니다. SAW(Submerged Arc Welding)는 와이어 전극과 입자형 플럭스를 사용하여 완전-침입 융합 용접을 생성하는 가장 일반적이고 진보된 EFW 방법입니다. 일상적인 사양 언어에서 SAW 파이프(LSAW 또는 SSAW)는 EFW 파이프의 하위-유형이며 ASTM A358이 적용됩니다.

Q3: 스테인레스 스틸 제약 응용 분야에 ERW 파이프를 사용할 수 있습니까?

예 - ERW 스테인리스 스틸 파이프는 제약 및 생물공정 배관의 표준 선택입니다. 평평하고 매끄러운 ERW 용접 이음매는 내부 전해연마에 적합하며 SCH 10S의 ASTM A312 TP316L(또는 TP316)은 멸균 공정 라인을 위한 업계-표준 재료 형태입니다. 전해연마 후 내부 표면은 0.5미크론보다 훨씬 낮은 Ra 값을 달성하여 가장 엄격한 위생 표준을 충족합니다. ASTM A270(위생 튜빙 표준)에 따른 ERW 파이프는 식품, 유제품 및 제약 분야용으로 특별히 생산됩니다.

Q4: ASTM A358 클래스 1은 무엇을 의미하며, 언제 지정해야 합니까?

ASTM A358 클래스 1은 SAW 파이프가 이중{2}}용접(내부 및 외부 패스)되고, 모든 용접 패스가 용가재를 사용하고, 전체 용접 이음매에 대해 100% 방사선 사진 테스트(RT)가 수행됨을 의미합니다. 클래스 1은 ASME B31.3에 따라 1.00의 접합 효율을 달성하며 이는 압력 계산을 위한 이음매 없는 파이프와 동일합니다. (a) 파이프가 임계 압력 서비스에 있는 경우(허용 응력의 50% 초과), (b) 서비스에 B31.3 카테고리 M에 따라 수소, 독성 유체 또는 치명적인 서비스가 포함되는 경우, 또는 (c) 대구경 파이프에서 주어진 압력 등급에 대해 가능한 가장 얇은 벽을 달성하려는 경우 클래스 1을 지정합니다.-

Q5: 대구경 스테인레스 스틸 파이프에는 LSAW 또는 SSAW가 더 좋습니까?

압력 무결성과 용접 품질이 가장 중요한 대부분의 산업 서비스에는 LSAW(Longitudinal SAW)가 선호됩니다. 직선 이음매는 SSAW의 나선형 이음매보다 짧기 때문에 검사할 총 용접 미터 수가 적고 방사선 검사가 더 쉬우며 총 용접량이 적어서 결함이 없는 상태-입니다. SSAW 파이프는 LSAW 플레이트 크기가 제한되거나 비경제적인 매우 큰 직경(NPS 36" 이상)의 송수 본관, 파일링 또는 해양 배출 파이프-와 같은 저압-압력 응용 분야-에 대한 비용 효율적인 선택입니다.

Q6: ERW 스테인리스 스틸 파이프에서 사용할 수 있는 최대 직경과 벽 두께는 얼마입니까?

ERW 스테인레스 스틸 파이프는 표준 등급에서 약 NPS 24"(610mm OD)까지 상업적으로 이용 가능하며 벽 두께는 SCH 5S(매우 얇은)에서 SCH 80S까지입니다. NPS 16"-20" 이상에서는 ERW 프로세스가 스테인레스 등급에 대해 기술적으로 까다로워지고 경제적이지 않으며 이러한 크기의 대부분 사양은 LSAW/A358 EFW 파이프로 전환됩니다. NPS 24" 이상의 크기에 대해 SAW는 다음과 같습니다. 표준 용접 공정.

Q7: 구매 주문서에 스테인레스 스틸 ERW 또는 SAW 파이프를 올바르게 지정하려면 어떻게 해야 합니까?

스테인리스강 용접 파이프의 전체 사양에는 다음이 포함되어야 합니다. (1) ASTM 표준 및 버전(예: ASTM A312-23 또는 ASTM A358-21); (2) 등급(예: TP316L); (3) NPS 및 일정(예: NPS 8" SCH 40S) 또는 OD × 벽 두께, (4) 길이(무작위, 이중 무작위 또는 절단 길이), (5) 파이프 유형: 이음매 없음, 용접(A312) 또는 EFW 등급(A358 등급 1~5), (6) 마감(AP, BA, No{21}} 광택 등), (7) 검사 및 테스트 요구 사항(수압 테스트, ECT, RT 수준, 필요한 경우 ASTM A262), (8) 재료 테스트 인증서(EN 10204 3.1 또는 3.2) 및 (9) 추가 요구 사항(충격 테스트, PMI, 경도 테스트).

결론

ERW와 SAW 스테인리스강 용접 파이프 사이의 선택은 어느 하나가 다른 것보다 우월하다는 문제가 아니라 올바른 제조 공정을 올바른 적용 요건에 맞추는 문제입니다.

ERW 파이프(ASTM A312 WLD)는 일상적인 산업용 배관의 주력 제품입니다. 비용이-효율적이고 치수가 정확하며 쉽게 사용할 수 있으며 NPS 24"까지의 일반 공정, 위생, 건축 및 유틸리티 응용 분야의 대다수에 완전히 적합합니다. 플러시 용접 이음새, 낮은 잔류 응력 프로파일, 전해연마 및 위생 마감과의 호환성으로 인해 제약, 식품 및 음료 서비스에서 선호되는 선택입니다.

SAW 파이프 - ASTM A의 LSAW 및 SSAW358 -는 규모, 압력 또는 서비스 심각도가 ERW가 제공할 수 있는 수준을 초과하는 경우 엔지니어링 솔루션입니다. 융합 용접 야금, 엔지니어링된 필러 화학, 이중{3}}통과 용접 무결성 및 100% RT 기능(클래스 1)을 통해 대구경 압력 헤더, 석유화학 공정 라인, 발전 기반 시설 및 용접 이음매 실패가 허용되지 않는 해양/해저 응용 분야의 표준이-되었습니다.

실제로 많은 프로젝트에서는 두 가지 파이프 유형을 모두 사용합니다. 즉, 큰 직경의 메인 헤더용 SAW와 작은 분기 연결용 ERW, 계장 이륙용-및 유틸리티 라인-이 각각 최적의 비용으로 설계 기능을 수행합니다. 이 두 파이프 유형 간의 기술적 차이를 이해하는 것이 건전한 배관 엔지니어링의 기초입니다.

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