이종금속 용접

이종금속 용접(Dissimilar Metal Welding, DMW)은 서로 다른 P-Number의 재료를 접합하는 용접입니다.

플랜트 현장에서는 탄소강(P-1)과 스테인리스강(P-8), 크롬-몰리강(P-5A)과 스테인리스강 등의 이종 이음이 빈번하게 발생합니다. 이종금속 용접은 재료의 물리적/화학적 차이로 인해 특별한 주의가 필요합니다.

이종금속 용접의 핵심 고려사항

1. 용가재 선택
- 일반 원칙: 두 모재 중 합금 함량이 높은 쪽에 맞추거나 그 이상의 용가재 사용
- P-1 vs P-8: ERNiCr-3(Inconel 82) 또는 E309L 사용
- P-1 vs P-5A: E309L 또는 ENiCrFe-3(Inconel 182) 사용
- 탄소 이행(Carbon Migration)을 방지하기 위해 니켈 계열 용가재 선호

2. 예열 요건
- 두 모재 중 더 높은 예열 요건을 적용
- 예: P-1(예열 불요) + P-5A(예열 200°C) → 200°C 적용

3. PWHT 문제
- 오스테나이트 스테인리스강은 일반적으로 PWHT 불요
- 크롬-몰리강은 PWHT 필요 → 이음부 PWHT 시 STS측 감작(Sensitization) 위험
- 해결: 니켈 합금 용가재(예: Inconel) 사용 시 PWHT 영향 최소화

ASME IX에서의 이종금속 용접 PQR 인정

- 이종 P-Number 이음의 PQR: 각 모재에 대해 별도 PQR이 존재하면, 이를 조합하여 이종 이음 WPS를 지원할 수 있음 (QW-202.2)
- 또는 이종 이음 자체로 PQR 시험 수행 가능
- 용가재의 A-Number는 실제 사용할 용가재와 동일해야 함

실무 팁
- 이종금속 용접 WPS는 별도 번호 체계로 관리 권장
- 비파괴검사 시 UT 적용이 어려울 수 있음 (음속 차이) → RT 또는 Phased Array 고려
- 운전 온도 사이클에 의한 열응력을 고려한 설계 필요

이종금속 용접 — 모재 조합별 권장 용가재

실무에서 가장 흔한 이종 조합 매트릭스.

니켈계 용가재가 선호되는 이유:
1. 열팽창 계수 중간값 — CS(11.7×10⁻⁶/°C) vs STS(17.3×10⁻⁶/°C) 사이의 13.1
2. 탄소 확산 차단 — Ni은 C 친화도 낮음, 운전 온도(특히 >400°C)에서 탄소이행 억제
3. PWHT 영향 최소 — Ni 매트릭스가 카바이드 석출에 둔감

버터링(Buttering) — 고온 사용 이종 이음에서 저합금강 쪽에 ENiCrFe로 한 층 미리 용접 후 PWHT, 그 위에 본 용접. 두 모재의 PWHT 요구 차이를 분리하는 핵심 기법.