스테인레스 스틸 클래드 파이프를 만들기 위해 용접 오버레이를 어떻게 적용합니까?

용접 오버레이 클래딩의 기본

용접 클래딩 또는 표면 처리라고도 알려진 용접 오버레이는 다음을 생성하는 데 사용되는 제조 공정입니다. 스테인레스 스틸 클래드 파이프 저렴한 탄소강 또는 저합금강 백킹 파이프의 내부 표면에 내식성 합금층을 증착함으로써 가능합니다. 롤 접합 또는 폭발 접합 방법과 달리 용접 오버레이는 용융 용접을 통해 야금학적으로 클래드 층을 형성합니다. 이 공정에는 자동화된 용접 시스템을 사용하여 파이프 내부의 전체 길이를 따라 연속적이고 겹치는 용접 비드를 적용하는 작업이 포함됩니다. 이는 모재에 일체적으로 접착되는 완전히 조밀하고 균질한 스테인리스 스틸 층을 생성합니다. 주요 목적은 탄소강의 기계적 강도와 경제성을 스테인리스강 합금의 특정한 부식, 침식 또는 고온 저항성과 결합하여 까다로운 서비스 환경에 맞는 비용 효율적인 솔루션을 제공하는 것입니다.

오버레이 적용을 위한 1차 용접 공정

클래드 레이어 적용은 일관성과 품질을 보장하는 자동화된 정밀 용접 기술을 통해 이루어집니다. 공정 선택은 파이프 크기, 원하는 클래드 두께, 생산 속도 및 합금 구성과 같은 요소에 따라 달라집니다.

서브머지드 아크 용접(SAW)

서브머지드 아크 용접(Submerged Arc Welding)은 대구경 파이프의 용접 오버레이 클래딩에 널리 사용되는 방법입니다. 아크는 대기 오염, 스패터 및 UV 복사를 방지하는 과립형 가용성 플럭스 담요 아래에 발생합니다. SAW는 높은 증착 속도와 깊은 침투력을 제공하므로 두꺼운 클래드 층을 적용하는 데 효율적입니다. 일반적으로 생산성을 극대화하고 매끄럽고 묽은 오버레이 표면을 위해 스트립 전극(예: 폭 60mm)과 함께 사용됩니다.

가스 텅스텐 아크 용접(GTAW/TIG)

가스 텅스텐 아크 용접은 비소모성 텅스텐 전극과 불활성 차폐 가스를 사용합니다. 정밀성과 탁월한 열 입력 제어로 잘 알려진 GTAW는 고순도, 저희석 용접 용착물을 생산합니다. 이는 인코넬이나 하스텔로이와 같은 고성능 합금으로 클래딩을 할 때 매우 중요합니다. 여기서는 클래드의 내식성을 유지하기 위해 베이스 파이프에서 탄소강의 혼합을 최소화하는 것이 필수적입니다. 직경이 더 작거나 중요한 루트 패스에 자주 사용됩니다.

가스 금속 아크 용접(GMAW/MIG)

가스 금속 아크 용접은 연속적으로 공급되는 소모성 와이어 전극과 보호 가스를 사용합니다. CMT(Cold Metal Transfer)와 같은 현대 자동화 GMAW 프로세스는 클래딩에 매우 효과적입니다. CMT는 열 입력을 대폭 줄여 희석 및 왜곡을 최소화하는 동시에 고속 증착이 가능합니다. 따라서 다양한 파이프 크기와 합금 유형에 적합하며 품질과 생산성 사이의 적절한 균형을 제공합니다.

주요 공정 매개변수 및 제어

성공적인 용접 오버레이를 위해서는 클래드 레이어의 무결성과 성능을 보장하기 위해 여러 매개변수에 대한 엄격한 제어가 필요합니다. 편차는 최종 제품을 손상시키는 결함으로 이어질 수 있습니다.

• 열 입력: 전류량, 전압 및 이동 속도를 정밀하게 제어하는 것이 무엇보다 중요합니다. 과도한 열 입력은 희석(용접부에 혼합된 모재의 비율)을 증가시켜 클래드의 크롬 및 니켈 함량을 낮추고 내식성을 저하시킬 수 있습니다. 또한 과도한 뒤틀림과 잔류 응력이 발생할 수도 있습니다.
• 희석 조절: 목표는 일반적으로 10~15% 미만의 희석 수준을 달성하는 것입니다. "버터링" 층 사용, 용접 매개변수 최적화, 진동 용접 헤드 사용과 같은 기술은 비금속 혼합을 최소화하고 클래드 화학이 사양을 충족하도록 보장합니다.
• 층간 온도: 특히 예민화(크롬 탄화물 침전)에 민감한 오스테나이트계 스테인리스강의 경우 균열을 방지하려면 연속 용접 패스 사이의 온도 관리가 중요합니다.
• 비드 배치 및 중첩: 자동화된 시스템은 일관된 비드 형상과 인접한 비드 사이의 충분한 중첩(보통 30-50%)을 보장하기 위해 토치 경로를 세심하게 계획합니다. 이는 융합 부족 결함을 제거하고 균일하게 두꺼운 클래드 층을 생성합니다.

재료 선택: 소모품 및 베이스 파이프

용접 소모품의 선택은 클래드층의 특성을 직접적으로 정의합니다. 용가재는 단순히 공칭 합금과 일치하는 것이 아니라 필요한 내식성을 기준으로 선택해야 합니다.

기본 파이프 또는 뒷면 강철은 일반적으로 탄소강(예: ASTM A106 Gr. B) 또는 저합금강입니다. 주요 기능은 구조적 강도와 압력 억제를 제공하는 것입니다. 표면을 철저히 청소(연삭 또는 기계 가공)하고 클래딩 전에 검사하여 결합 결함을 일으킬 수 있는 산화물, 스케일 또는 오염 물질을 제거해야 합니다.

신청 후 처리 및 검사

용접 오버레이가 적용되면 클래드 파이프는 몇 가지 중요한 마무리 및 검증 단계를 거칩니다. 내부 클래드 표면은 매끄러운 최종 치수 공차를 달성하고 오염 물질을 가두거나 흐름을 방해할 수 있는 표면 불규칙성을 제거하기 위해 종종 가공되거나 연마됩니다. 그런 다음 파이프는 엄격한 비파괴 검사(NDE)를 거칩니다. 염료침투탐상검사(PT) 또는 자분탐상검사(MT)는 표면 균열을 검사합니다. 초음파 테스트(UT)는 파이프를 따라 균일하게 최종 클래드 두께를 측정하고 클래드와 모재 사이의 결합 부족을 감지하는 데 광범위하게 사용됩니다. 마지막으로, 사양에 따라 필요한 경우 파이프를 열처리하고(일반적으로 응력 완화를 위한 용접 후 열처리) 정수압 테스트를 거쳐 복합 구조로서의 압력 무결성을 검증합니다.

용접 오버레이 방법의 장점과 한계

이 방법의 장단점을 이해하는 것은 프로젝트 설계에서 적절한 재료를 선택하는 데 필수적입니다.

• 장점: 피팅, 밸브, 파이프 벤드와 같은 복잡한 형상의 클래딩에 탁월한 설계 유연성을 제공합니다. 니켈 기반 및 코발트 기반 초합금을 포함하여 광범위한 합금 등급을 적용할 수 있습니다. 이 과정을 통해 손상된 부품을 수리하고 마모된 표면을 쌓을 수 있습니다. 이는 서로 다른 금속 간의 "전이 접합" 생성을 가능하게 합니다.
• 제한사항: 일반적으로 긴 직선 파이프 섹션의 롤 본딩에 비해 속도가 더 느리고 노동 집약적인 공정입니다. 반복적인 가열 및 냉각으로 인해 상당한 잔류 응력이 발생할 수 있습니다. 극도로 낮은 희석을 달성하려면 고급 공정 제어가 필요합니다. 매개변수가 완벽하게 제어되지 않으면 다공성, 균열 또는 불완전 융착과 같은 결함이 발생할 위험이 있습니다.

결론적으로, 용접 오버레이를 통해 스테인레스 스틸 클래드 파이프를 만드는 것은 탄소강 파이프를 바이메탈 제품으로 변환하는 정교하고 엔지니어링된 프로세스입니다. 자동화된 용접, 매개변수 및 재료 과학의 세심한 제어를 통해 내식성과 구조적 강도가 가장 중요한 견고하고 경제적인 솔루션을 제공합니다.