P3-1520분
이종금속 용접
탄소강-STS, 희석율, 용접봉 선택
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이종금속 용접(Dissimilar Metal Welding, DMW)은 서로 다른 종류의 금속을 접합하는 용접입니다. 가장 흔한 경우는 탄소강과 스테인리스강의 접합이며, 발전소, 석유화학 플랜트에서 널리 사용됩니다.
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이종금속 용접의 주요 문제점
| 문제 | 원인 | 영향 |
|---|---|---|
| 탄소 이동(Carbon Migration) | 고온에서 C가 Cr 함량 높은 쪽으로 이동 | 탈탄층(연화) + 침탄층(경화) 형성 |
| 열팽창 차이 | 오스테나이트 STS > 탄소강 (약 1.5배) | 열 사이클 시 열응력 발생 |
| 용접금속 희석 | 양쪽 모재가 서로 다른 비율로 용융 | 예상치 못한 합금 조성 |
| 갈바닉 부식 | 이종 금속 간 전위차 | 전해질 환경에서 이온화 경향 큰 쪽 부식 촉진 |
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희석율(Dilution) 계산
희석율은 용접금속에서 모재가 차지하는 비율입니다.
희석율(%) = (용융된 모재 면적 / 전체 용접금속 면적) × 100
| 프로세스 | 전형적 희석율 |
|---|---|
| GTAW | 15~30% (가장 낮음) |
| SMAW | 25~40% |
| GMAW | 20~45% |
| SAW | 40~70% (가장 높음) |
> 이종금속 용접에서는 낮은 희석율이 유리합니다. 높은 희석율은 용접금속의 합금 조성을 예측하기 어렵게 만듭니다.
시험 핵심: "탄소강과 STS의 이종 용접 시 사용하는 용접봉은?" → **고합금 용접봉(309/309L)**을 사용합니다. 희석 후에도 충분한 Cr/Ni을 유지하여 내식성과 균열 저항성을 확보합니다.
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탄소강-STS 이종 용접 시 용가재 선택
| 모재 조합 | 권장 용가재 | 이유 |
|---|---|---|
| 탄소강(P-1) + 304 STS(P-8) | E/ER309L | 희석 후에도 충분한 Cr(23%), Ni(13%) 유지 |
| 탄소강(P-1) + 316 STS(P-8) | E/ER309LMo | Mo 추가로 내공식성 확보 |
| 탄소강 + 니켈합금 | ENiCrFe-3 (Inconel 182) | 고온 환경, 탄소 이동 최소화 |
| 저합금강(P-4/5) + STS | ENiCrFe-3 또는 E309L | 버터링 후 PWHT, 최종 이음 |
309L이 아닌 308L을 사용하면 안 되는 이유:
308L은 Cr 20%, Ni 10% → 탄소강 희석 시 Cr/Ni 부족 → 마르텐사이트 생성 → 균열 위험
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버터링(Buttering) 기법
이종금속 용접에서 PWHT가 필요한 모재(예: Cr-Mo강)와 PWHT가 불리한 모재(예: STS)를 접합할 때 사용합니다.
절차:
1. Cr-Mo강 쪽에 Ni합금(Inconel 182/82) 또는 309L로 버터링 층을 올림
2. 버터링된 상태에서 PWHT 실시 (Cr-Mo강 요구 사항 충족)
3. PWHT 완료 후 버터링 면과 STS를 최종 이음 용접 (PWHT 불필요)
이 방법으로 양쪽 모재의 열처리 요구 사항을 모두 만족시킬 수 있습니다.
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ASME IX에서의 이종금속 용접 인정
- P-Number가 다른 모재 조합의 WPS에는 각각의 모재에 대한 PQR이 필요
- 또는 해당 이종 조합으로 직접 시험한 PQR 사용
- 예열 온도는 더 높은 예열이 필요한 쪽에 맞춤
- PWHT는 더 엄격한 쪽의 요구 사항을 따름
- 용가재는 A-Number 또는 화학 성분으로 지정
실무에서 가장 흔한 이종 용접: 정유 플랜트에서 탄소강 배관과 STS 라이닝/클래딩의 접합, 발전소에서 Cr-Mo강 헤더와 STS 튜브의 접합입니다.
1
모재 조합 확인
CS+STS, CS+Ni합금, STS+Duplex 등 조합별 용접성 문제를 파악합니다.
2
용가재·버터링 결정
ERNiCrMo-3(Inconel 625), E309 등 고합금 쪽 기준 용가재 선택. 필요 시 버터링.
3
예열·PWHT 조건 결정
더 엄격한 쪽 기준 예열. 희석율 관리. PWHT 시 탄소 이동(Carbon Migration) 주의.
4
시공·검사 실행
입열량 관리, 층간 청소 철저. NDT 시 재질별 감도 차이(STS의 UT 어려움) 고려.
🎯 학습 확인 퀴즈⚠️ 자체 제작 문항1 / 7
탄소강(P-1)과 304 STS(P-8) 이종 용접 시 권장 용가재는?