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작성일 : 11-03-25 11:23
왜! 용접가스 산소분석기를 사용하는가?
 글쓴이 : 인스코
조회 : 6,164  
   왜 용접가스 산소분석기를 사용 하는가.pdf (100.9K) [127] DATE : 2011-03-25 11:23:21

파이프 용접을 위한 PURGE - 내 부식성 금속

스텐레스 강, 티타늄 및 기타 내 부식성 자재를 용접할 때, 완벽한 용접 환경을 조성하는 것이 가장 중요하다. 그 이유는 바람직한 내 부식성은 용접환경에 달려 있기 때문이다.

용접 작업 도중, 가열된 용접 심(seam)을 보호하지 않으면 공기에 노출되어 산화된다.

이러한 산화를 반드시 방지하거나 나중에 처리를 해야 한다. 성공적인 용접은 부분적으로 적절한 용장 장비와 기술의 조합에 달려 있다.



산화 방지

강을 용접 하는 동안, 산소가 방해 없이 이 부위에 도달하면 용접 심(seam)에 산화가 발생한다. 티타늄, 지르코늄, 몰리브덴 및 기타 가스와 반응하는 금속과 함금의 경우 상황이 더욱 심각하다. 이로 인한 산화 표면은 더 이상 내 부식성이 아니며 추가로 처리를 해야 한다.

연삭작업으로 산화 부분을 제거하면 금속의 수동적인 보호막도 제거된다.

Brushing, Blasting 및 Pickling 과 같은 다른 기계적인 절차로 산화물을 제거해서 내 부식성을 회복할 수 있다. 하지만 파이프 용접과 같은 어떤 경우에 있어서, 용접 후에 산화막을 제거하는 것은 어렵거나 불가능하다.

파이프 용접 도중 산화막 은 각각의 길이가 10피트이고 직경이 4인치인 2개의 파이프 내부와 같이 접근이 거의 불가능한 부위에 위치한다. Pickling 으로 내 부식성을 회복할 수 있지만 시간이 많이 걸리고, 원거리에 있는 현장에서는 거의 불가능하다. 산화막 을 제거하는 대신에 우선 산화를 방지하는 다른 해결책이 있다. 이것이 PURGE 가 성취하고자 하는 것이다.

PURGE 를 통해서 용접 seam에 더 이상 산화가 일어나지 않은 온도까지 냉각될 때 까지 공기를 이용해서 용접 seam을 보호한다. 일반적으로 통해서 공기 보다 무거운 아르곤과 같은 불활성 기체 를 사용한다(그림1 참조). 질소 및 질소/수소 혼합물과 같은 기체에 대한 Purge 를 이용하기도 한다.

Purging 장비

파이프 끝 부분의 덮개를 벗기고 파이프 전체를 배기하는 것은 일반적인 접근 방법이다.

하지만 이는 시간이 많이 소요되고 비경제적이기 때문에 배기가스의 낭비와 비생산적인 노동시간 및 바람직하지 않은 결과를 초래한다. 적절한 장비와 부속품은 다음과 같다:

1. PURGE UNT

2. 알루미늄 테이프

3. 산소 측정기

4. 텅스텐 용접봉 그라인더(electrode grinder).

PURGE 장비는 배기량을 줄이고, 잘 밀봉된 chamber 를 제공하고 오염물이 들어오지 못하게 해야 한다. 아르곤과 산소 혼합물이 감소하고 지나친 난류(亂流)가 발생하지 않도록 PURGE Chamber 안에서 PURGE가 서서히 진행되어야 한다.

이것이 효율적인 PURGE를 위한 열쇠이다. 동시에 산소가 추가로 들어오지 못하도록 PURGE Chamber 를 밀봉해야 한다. 배기 시간을 단축하려면 아르곤 손실을 줄이고 신선한 산소가 용접 부위 안으로 들어오는 것을 방지해야 한다.

할로겐이 섞이지 않은 내온성(temperature-resistant) 알루미늄을 이용해서 파이프 연결부를 외부로부터 밀봉해야 한다. 일반적인 테이프에는 할로겐, 특히 염소가 포함되어 있으므로 파이프 간극을 밀봉하는데 사용해서는 안 된다. 수소 및 산소와 마찬가지로 염소는 고온에서 반응성 금속에 의해서 흡수되어 용접 표면을 무르게 한다.

따라서 PURGE 장비 제작에 이용되는 모든 부품은 할로겐이 섞이지 않은 내열성은 동일 계통의 금속으로 제작되어야 한다. PURGE 환경에서부터 산소 및 초과 PURGE가스를 환기하는 것을 도울 수 있도록 과 압력 환기구(excess pressure vent)를 마련해야 한다.

내 부식성 자재를 용접하고 PURGE 를 시킬 때, 잔존 산소(활성 가스로 PURGE 한 후 남은 산소의 부피 %)는 다음과 같이 구성되어야 한다:

5. 공급된 용접 및 PURGE 가스에 포함된 함량

6. 내부 가스 공급라인, 가스 호스 씰(seal), 연결부(용접기 내부 연결부 포함), 조정기, 용접 장비 및 용접 간극을 통한 산소의 침투 및 확산

용접 연결부에서의 최종 측정값에는 호스/조정기 연결부에서의 소규모 노출 가스에 포함된 trace 산소가 포함될 수 있기 때문에 잔존 산소는 많은(때때로 적은) 추가물로 구성되거나, 용접 간극을 통해서 안으로 들어올 수 있다. 따라서, 산소 측정기를 이용해서 절차 전체를 감시하는 것이 현명하다. 이 센서는 1ppm의 산소를 정확하게 측정할 수 있어야 한다.

따라서 대부분의 정밀 용접은 700ppm 이하에서 이루어지기 때문에 0.1%(1,000ppm)이나 0.01%(100ppm)를 판독할 수 있는 성능을 가진 산소 측정기도 충분히 정확하지 않을 수 있다. 정확도가 높으면 각각의 과도 산소의 출처를 발견해서 용접 작업이 실패하거나 다시 용접해야 하는 것을 피할 수 있다.

최적의 용접을 위해서 가스 텅스텐 아크 용접봉(GTAW)을 반드시 동심원 및 세로 방향으로 용접해야 한다. 연삭된 끝부분의 형태는 반드시 높은 수준으로 마무리되어서 적절한 아크의 안정성을 보장해야 한다. 다이아몬드 휠을 이용해서 용접봉 연삭기에서 정확하게 연삭된 용접봉은 아크 침투성이 더 크기 때문에 더 오래 사용할 수 있으며 용접 결과가 더 우수하다. 용접 절차에 따라서 주변 길이와 결과를 일관되게 유지해야 하므로 동일한 각도로 텅스텐 용접봉 연삭기를 이용해서 재 연삭을 해야 한다.

PURGE 기술

PURGE에 대한 일반적인 질문은 용접기에 대한 PURGE 유량이다. 실질적으로 유량은 대부분 PURGE 량에 달려 있다.

실제로 산소를 원활하게 배출하고 PURGE Chamber 내부의 압력을 외부 보다 약간 높게 유지할 수 있을 정도로 용접기의 유량은 충분해야 한다. 이러한 조치를 통해서 신선한 산소가 용접 도중 용접 seam을 통해서 용접 부위에 다시 들어오는 것을 방지하고 지나친 난류(亂流) 발생을 방지할 수 있다. 지나친 난류가 발생하면 용접 아크가 불안정해 진다.

또 다른 일상적인 질문은 용접 시간이다. 실제 경험으로 PURGE 시간을 정하는 외에 용접기는 많은 공식을 이용해서 정확한 용접 시기를 찾을 수 있다. 하지만, 용접 수준은 습도, 부피, 자재 등과 같은 많은 인자에 의해서 결정된다.

정확한 PURGE 시간은 산소 센서가 스테인레스 강에 대해서는 70ppm 이하 또는 티타늄에 대해서는 50ppm 이하를 표시할 때까지이다.

PURGE 장비를 사용하면 이렇게 하는데 2-4 분이 소요된다. 반도체 산업과 같은 일부 산업에서는 10ppm 이하의 수준을 요구하며, 이 범위에 도달하려면 휠씬 더 많은 시간이 소요된다.

용접 엔지니어는 용접 파라미터를 설정하고 품질관리에 준해서 시행해야 한다. 또한 더 이상 산화가 발생하지 않을 만큼 용접 seam이 냉각될 때 까지 PURGE를 계속해야 한다.

다중 root-pass 용접을 할 때는 특정의 용접 절차와 자재의 탄성에 따라서 용접 seam 두께가 3/8 - 1/2 인치가 될 때 까지 용접 유량을 유지해야 한다. 때때로 권장되는 것과 같이 고온으로 파이프를 예열하면 산화크롬을 생성 시켜며, 잔존 산소 함량을 100ppm 이하로 유지하도록 강력하게 권장한다.

산소 가스 호스와 공급 라인의 침투성을 밀접하게 감시해야 한다. 산소가 수반되는 습기가 가스 공급 라인에 침투해서 규정 및 사양에 맞는 청정한 작동을 방해할 수 있다.

PURGE가스 라인을 얼마 동안 사용하지 않거나 습한 환경에서 사용하는 경우 특히 그러하다. 이 경우, 용접을 하기 전에 적절한 가스 유량을 확보하면 이러한 잔존 량을 제거할 수 있다.

용접 품질

핵, 석유화학, 제약, 반도체, 우주항공 및 식품산업을 위한 용도로 스테인레스강, 티타늄, 니켈, 지르코늄, 몰리브덴, 탄탈 및 이것들의 합금을 용접하려면 완벽한 용접 환경 조성을 위한 도구가 필요하다.

PURGE 장비와 그것의 용도는 산화를 방지하고 최종 용접 품질을 향상시키는데 있어서 중요한 영향력을 가지고 있다.

더 자세한 정보에 대해서는 Backing 작업을 하지 않고 파이프를 Root Pass 용접하기 위해서 권장되는 절차 (Recommended Practices for Root Pass Welding of Pipe Without Backing), DIO.11 (마이애미: AWS, 1992)를 참조하기 바란다.

A. J. Schenk는 2125 Fir Avenue, Blaine, Washington 98230

(전화: 800-665- 6655, 팩스: 604-946-5340, 이메일: sales@intercononline.com,

웹사이트: www.intercononline.com)에 소재하는 Intercon Enterprises Inc.의

판매담당 부사장이다.

 


 
 

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