316L 스테인리스강 용접 기술: 단계별 지침 

316L 스테인리스강 용접 기술: 산업 시설을 위한 단계별 지침

316L 스테인리스강을 용접하려면 층간 가열 온도를 엄격하게 제어하고 크롬 탄화물 형성과 입계 부식을 방지하기 위해 고순도 불활성 가스를 사용해야 합니다. 실제로 우리는 솔기 뒷면을 보호하는 기술 위반으로 인해 정확히 6개월 동안 작동한 후 식품 산업용 파이프라인이 실패하여 뿌리가 산화되고 압력을 받아 돌파구가 발생하는 상황을 반복적으로 경험했습니다. 이 기사는 실제 생산 사례와 ISO 표준을 기반으로 한 자세한 가이드로, 오스테나이트강 작업 시 비용이 많이 드는 실수를 방지하는 데 도움이 됩니다.

우리는 금속 과학 교과서를 다시 말하지 않을 것입니다. 대신, 특정 전류 매개변수, 충전재 선택, 숙련된 용접공이라도 316L 등급으로 전환할 때 저지르는 중대한 실수를 살펴보겠습니다. PED 또는 ASME 표준에 따라 장비를 인증하려는 경우 아래 설명된 절차를 따르는 것이 인증을 위한 전제 조건입니다.

준비 단계: 장비 및 재료 선택

오스테나이트계 스테인리스강 용접의 성공 여부는 모서리 준비와 보호 환경의 청결도에 80%가 달려 있습니다. 316L 등급에는 몰리브덴(2-3%)이 포함되어 있어 염화물 환경에서 내식성을 높이지만 동시에 금속을 과열에 더욱 민감하게 만듭니다. 작업을 시작하기 전에 장비가 낮은 전류에서 안정적인 아크를 유지할 수 있는지 확인해야 합니다. 왜냐하면 스테인리스강의 열전도율은 탄소강의 열전도율보다 약 3배 낮기 때문입니다.

필수 도구 및 소모품 목록:

• 열 입력 제어를 위한 TIG(DC) 또는 펄스 모드를 갖춘 전류 소스입니다.
• 모재의 두께에 따라 직경이 1.6mm 또는 2.4mm인 ER316L 필러 와이어.
• 아르곤 카테고리 4.8(99.998%) 이상; 기술적인 아르곤의 사용은 기공 형성의 위험 때문에 허용되지 않습니다.
• 넓은 가스 보호 구역을 만들기 위해 직경이 증가된 세라믹 노즐(No. 12-14).
• 스테인레스 스틸 브러시(철금속 작업 후에는 브러시를 사용하지 마십시오!)
• 아세톤 또는 이소프로필 알코올을 기본으로 한 탈지제.
• 솔기의 뿌리를 형성하기 위해 구리 또는 세라믹으로 만든 성형판(라이닝)입니다.

초보자가 종종 잊어버리는 한 가지 사항에 유의하는 것이 중요합니다. 즉, 316L 가장자리를 연마할 때 일반 강철 브러시를 사용하지 마십시오. 스테인레스 스틸 표면에 박힌 일반 철의 미세한 입자라도 습한 환경에서 단 몇 주만 작동하면 공식 부식의 중심이 됩니다. 우리는 바로 이러한 이유로 전체 용기 배치가 거부된 사례를 기록했습니다. 육안 검사에서는 결함이 발견되지 않았지만 페라이트 테스트에서는 유리 철이 존재하는 것으로 나타났습니다.

이러한 요구 사항은 중요한 열 교환 장비의 제조와 특히 관련이 있습니다. 예를 들어, 회사 전문가무석개성전력석유화학설비유한회사316 스테인리스 스틸로 제작된 고압 열 교환기와 주름형 튜브 번들 생산을 전문으로 하는 는 매일 이종 금속을 완벽하게 접합해야 하는 과제에 직면해 있습니다. N06625, C46400 해양 황동 및 티타늄 합금으로 제작된 튜브 시트 및 번들을 포함하는 해당 제품은 정유 및 담수화와 같은 가혹한 환경에서 사용됩니다. 이러한 기업의 경험에 따르면 316L 용접 기술에서 조금만 벗어나도 전체 어셈블리의 내식성이 저하될 수 있으며, 특히 ASME 및 PED의 엄격한 국제 표준에 대한 인증의 경우 더욱 그렇습니다.

1단계: 가장자리 가공 및 탈지

첫 번째 단계는 조인트를 준비하는 것입니다. 최대 3mm 두께의 시트의 경우 부품 사이의 간격이 0.5mm를 초과하지 않으면 일반적으로 가장자리 절단이 필요하지 않습니다. 단, 두께가 4mm를 초과하는 경우에는 열림각도 60도의 V홈 가공이 필요합니다. 이는 금속 덩어리의 과도한 과열 없이 용접 루트의 완전한 침투를 보장합니다.

스트리핑 공정은 스테인리스강 전용으로 설계된 도구를 사용해서만 수행해야 합니다. 가공 후 가장자리를 용제로 탈지해야 합니다. 참고: 용접 풀에 들어가는 오일, 그리스 또는 마킹 페인트의 흔적은 용접의 수소 포화 및 기공 형성을 초래합니다. 실제로 더러운 천을 사용하여 가장자리를 닦아서 밸브 배치가 거부되어 솔기 전체 길이를 따라 미세 기공 체인이 발생하는 경우가 있었습니다.

모서리 사이의 간격은 조인트 전체 길이에 걸쳐 균일해야 합니다. 고르지 못한 간격으로 인해 용접공은 아크 속도를 변경하게 되고, 이로 인해 국부적인 과열이 발생하고 열 영향부(HAZ)의 금속 구조가 변경됩니다. 부품을 고정하려면 클램프와 냄비 홀더를 사용하세요. 압정은 동일한 재질(ER316L)로 만들어지며 주 용접 공정 중에 완전히 재용해되어야 합니다.

2단계: 가스 보호 구성(전면 및 후면 퍼지)

316L 스테인레스 강의 용접 기술에서 가장 중요한 단계는 이음매 뒷면을 보호하는 것입니다. 400°C 이상의 온도에서 오스테나이트 강은 공기 중 산소와 질소를 활발하게 흡수합니다. 용접 뒷면을 불활성 가스로 보호하지 않으면 조밀한 스케일 층이 형성되어 제품의 형상을 손상시키지 않고는 기계적으로 제거할 수 없으며 부식되기 쉬운 크롬 고갈 층이 그 아래에 형성됩니다.

파이프 및 폐쇄된 공간의 경우 퍼지 시스템을 사용해야 합니다. 프로세스는 다음과 같습니다.

1. 특수 플러그나 테이프를 사용하여 파이프 끝을 밀봉합니다.
2. 용접이 시작되기 전에 캐비티에 아르곤 가스를 적용합니다.
3. 분석기로 산소 함량을 모니터링하십시오. 용접은 산소 수준이 50ppm(백만분율) 아래로 떨어질 때만 시작할 수 있습니다.
4. 금속 온도가 250°C 이하로 떨어질 때까지 가스 공급을 계속합니다.

많은 사람들이 "눈으로" 퍼지 시간에 의존하여 산소 분석기의 사용을 무시합니다. 이것은 큰 실수입니다. 공기 변위 시간은 챔버의 부피, 누출 여부 및 가스 흐름에 따라 달라집니다. 항상 산소 센서를 사용하는 것이 좋습니다. 솔기 뿌리의 색상은 보호 품질을 가장 잘 나타내는 지표입니다. 은색 또는 황금색은 우수한 품질을 의미하고 파란색은 무책임한 구조에 허용되며 보라색 또는 회색은 결함이 있어 솔기를 제거해야 함을 의미합니다.

버너의 가스 흐름도 조정이 필요합니다. 스테인리스강의 경우 일반적으로 분당 10~15리터로 철금속보다 높습니다. 대구경 노즐을 사용하면 층류 가스 흐름을 생성하여 난류와 공기 누출을 방지할 수 있습니다. 압력 손실과 습기가 시스템에 유입될 위험을 최소화하려면 가스 호스 길이가 10미터를 초과하지 않는지 확인하십시오.

3단계: 용접기 매개변수 설정

올바른 용접 모드를 선택하면 관통 모양과 열 입력량이 결정됩니다. 316L강은 전기저항이 높고 열전도율이 낮기 때문에 같은 두께의 일반강을 용접할 때보다 전류량이 15~20% 낮아야 합니다. 과도한 전류는 조의 과열, 합금 원소의 소진 및 제품 변형을 초래합니다.

직류(DCEN)를 이용한 수동 TIG 용접에 권장되는 매개변수:

펄스 모드를 사용하면 벽이 얇은 파이프와 시트를 용접할 때 이음새의 품질이 크게 향상됩니다. 펄스를 사용하면 용접 풀의 크기를 제어하여 평균 열 입력을 30-40% 줄일 수 있습니다. 펄스 주파수는 일반적으로 1-10Hz 범위로 설정됩니다. 1Hz의 주파수에서 용접공은 프로세스를 모니터링하는 데 편리한 각 지점("스케일")의 명확한 형성을 확인합니다. 더 높은 주파수(최대 10kHz)는 아크를 안정화하고 용접의 입자를 미세하게 만드는 데 사용됩니다.

호 길이는 최소화되어야 하며 대략 전극 직경(1-3mm)과 동일해야 합니다. 아크 길이를 늘리면 가열 영역이 확장되고 가스 보호 기능이 상실됩니다. 직류의 경우 전극을 15~30도 각도로 깎아야 합니다. 샤프닝은 전극 축과 일치하는 세로 방향이어야 아크가 안정되고 방향이 지정됩니다.

4단계: 용접 기술

용접 공정은 처음에 분화구를 남기지 않도록 특수 플레이트 또는 이미 용접된 영역에서 솔기 시작 부분에서 5-10mm 거리에서 아크를 점화하는 것으로 시작됩니다. 그런 다음 호가 가장자리로 부드럽게 전달됩니다. 이동하기 전에 액체 욕조가 형성될 때까지 기다리는 것이 중요합니다. 가장자리가 녹은 후에만 충전재를 추가하십시오.

필러 와이어는 가스 보호 구역에서 와이어 끝을 제거하지 않고 짧은 부분으로 공급되어야 합니다. 와이어 끝은 항상 아르곤 토치 내부에 있어야 합니다. 와이어의 뜨거운 끝 부분이 공기에 노출되면 산화되고 다음에 욕조에 담그면 산화물이 이음새에 들어가 내포물이 생성됩니다. 금속 표면에 대한 와이어 삽입 각도는 약 15도여야 합니다.

버너의 움직임은 흔들리지 않고 균일해야 합니다. 이음매를 확장하기 위해 작은 가로 진동 운동이 허용되지만 진폭은 전극 직경의 3배를 초과해서는 안 됩니다. 수직 솔기를 용접할 때 언더컷을 방지하기 위해 가장자리에서 필수 정지를 통해 이동이 아래에서 위로 수행됩니다. 버너를 앞으로 70-80도 기울인 상태에서 수평 솔기가 왼쪽에서 오른쪽으로 (오른손잡이의 경우) 조리됩니다.

솔기 마무리에 특별한주의를 기울이십시오. 호가 갑자기 끊어지면 관통 분화구(응력 집중 장치)가 형성됩니다. 장치의 "다운 슬로프(Down Slope)" 기능(전류의 원활한 감소)을 사용하거나 수동으로 전류를 점진적으로 줄여 크레이터에 충전재를 채워야 합니다. 크레이터가 완전히 채워지고 금속이 결정화되기 시작한 후에만 아크가 꺼지지만 여전히 가스에 의해 보호됩니다.

5단계: 온도 조절 및 다층 용접

두께가 6mm를 초과하는 제품을 용접하는 경우 다층 솔기가 필요합니다. 여기서 중요한 매개변수는 층간 가열 온도입니다. 316L 강철의 경우 150°C(일부 사양에서는 최대 170°C)를 초과해서는 안 됩니다. 이 임계값을 초과하면 결정립계를 따라 크롬 탄화물을 분리하는 과정이 시작되어 내식성(민감화 현상)이 급격히 감소합니다.

온도 조절은 접촉식 온도계 또는 비접촉식 고온계를 사용하여 수행됩니다. 온도가 한계에 도달하면 일시 중지하고 제품을 자연 냉각시키거나 압축 공기(단, 경화 효과 및 균열을 방지하기 위해 물은 아님)를 사용하여 강제 냉각해야 합니다. 실제로 우리는 냉각 일시 중지를 무시하여 작업 일정을 가속화하면 이음매의 취약성으로 인해 완성된 탱크가 수압 테스트를 견디지 못하는 경우를 보았습니다.

각 후속 레이어는 이전 레이어와 30-50% 겹쳐야 합니다. 새 레이어를 적용하기 전에 이전 레이어의 표면을 슬래그(코팅된 전극을 사용하는 경우, TIG/MIG가 316L에 더 자주 사용되지만) 및 산화막을 제거하여 금속 광택을 내야 합니다. 레이어 간의 오염은 솔기 구조의 결함이 됩니다.

일반적인 오류 및 이를 제거하는 방법

지침을 따르는 경우에도 운영자는 연결 수명에 영향을 미치는 실수를 할 수 있습니다. 다음은 작업 현장의 결함 분석을 기반으로 한 가장 일반적인 문제와 해결 방법입니다.

1. 솔기의 다공성.
원인: 불충분한 가장자리 청소, 가스 내 습기, 너무 긴 아크 또는 보호 장치를 날려버리는 통풍.
해결책: 아르곤 이슬점(-40°C 미만이어야 함)을 확인하고, 가스 흐름을 늘리고, 방풍벽을 설치하십시오. 조인트에서 20mm 가장자리를 사용하여 가장자리를 다시 청소하십시오.

2. 용접 루트의 산화(청색/흑색).
원인: 내부 캐비티의 불충분한 퍼지, 가스 공급의 조기 종료, 성형 시스템의 누출.
해결책: 사전 퍼지 시간을 늘리고 테이프나 비눗물로 플러그의 조임 상태를 확인하십시오. 모니터링을 위해 산소 분석기를 사용하십시오.

3. 언더컷(솔기를 따라 홈이 있음).
원인: 너무 높은 전류, 빠른 아크, 잘못된 전극 각도.
해결책: 전류를 줄이고, 용접 속도를 줄이고, 홈을 채우기 위해 충전재를 더 추가하십시오. 호가 주로 가장자리가 아닌 필러를 향하도록 하십시오.

4. 제품 변형.
원인: 과도한 열 유입, 부품 고정 부족, 잘못된 솔기 순서.
해결 방법: 펄스 모드를 사용하고, 엇갈린 용접 패턴(중앙에서 가장자리까지)을 사용하고, 견고한 클램핑 장치를 사용하지만 열팽창 가능성에 유의하십시오.

용접 후 처리 및 품질 관리

용접이 완료된 후 제품에 대한 후처리가 의무적으로 요구됩니다. 용접 표면에 산화막(변색)이 있으면 산화물 아래의 크롬 함량이 임계 수준보다 낮기 때문에 내식성이 감소합니다. 산화물을 제거하는 두 가지 주요 방법이 있습니다.

1. 기계:스테인레스 스틸 브러시, 연마 휠 또는 스테인레스 스틸 샷으로 샌드블라스팅을 사용합니다. 연삭할 때 금속을 과열하지 않는 것이 중요합니다.
2. 화학물질(에칭):질산과 불화수소산의 혼합물을 함유한 에칭 페이스트 또는 젤을 도포합니다. 이 방법은 스케일을 제거할 뿐만 아니라 표면에 크롬을 풍부하게 하여 수동층을 복원하므로 가장 효과적입니다.

에칭 후에는 표면을 물로 철저히 세척하고 산성 잔여물을 중화해야 합니다. 이 단계를 무시하면 화학 반응이 계속되고 공식 부식이 발생합니다.

316L 용접 조인트의 품질 관리에는 다음이 포함됩니다.

• 육안 검사(VT):균열, 기공, 언더컷 및 융합 부족을 확인하십시오. 솔기는 비늘 모양의 구조로 되어 있어야 하며 폭과 높이가 균일해야 합니다.
• 침투 테스트(PT):침투제를 이용한 표면 결함 검출. 중요한 파이프라인의 경우 필수입니다.
• X선 검사(RT) 또는 초음파 검사(UT):두꺼운 벽 구조의 내부 결함을 식별합니다.
• 페리토스코프:용접부의 페라이트 상 함량을 측정합니다. 316L의 최적 페라이트 수(FN)는 3~10%입니다. 값이 너무 낮으면 열간균열이 발생할 수 있고, 값이 너무 높으면 내식성이 저하될 수 있습니다.

모든 관리 결과는 제품 품질 인증서에 문서화되어야 합니다. EU 국가로 제품을 수출하려면 PED(압력 장비 지침)를 준수해야 하며, 러시아 및 EAEU 국가에서 작업하려면 기술 규정 TR CU 032/2013 준수 인증서가 필요합니다.

다양한 산업 분야의 특정 응용 분야

용접 기술은 제품의 최종 용도에 따라 다소 조정될 수 있습니다.

식품 산업:
여기에서는 위생이 핵심 요구 사항입니다. 이음새는 모재 금속과 같은 높이로 연마되어야 합니다(Ra< 0.8 µm) 제품 정체 및 박테리아 성장을 방지합니다. 매개변수의 안정성과 파이프 내부의 이상적인 용접 형상을 보장하는 자동 궤도 용접이 자주 사용됩니다. 긁힘이나 고르지 못한 부분은 허용되지 않습니다.

화학, 석유 및 가스 산업:
작업은 공격적인 환경과 높은 압박 속에서 수행됩니다. 주된 강조점은 완전한 뿌리 침투와 모공의 부재입니다. 잔류 응력을 완화하기 위해 완성된 조립품의 열처리가 필요한 경우가 많지만 탄화물 침전을 방지하기 위해 316L의 경우 다른 등급에 비해 열처리가 덜 자주 수행됩니다. 여기서 가장 중요한 문서는 특정 작업을 위해 개발된 WPS(용접 절차 사양)입니다. 이는 Wuxi Kaisheng LLC가 각 용접이 다단계 제어를 거치는 에너지 및 조선 산업의 글로벌 프로젝트에 신뢰할 수 있는 폐열 보일러 및 공기 냉각기를 공급함으로써 해결하는 문제입니다.

의료 장비:
요구 사항은 식품 산업과 유사하지만 순도 관리가 훨씬 더 엄격합니다. 초고순도 아르곤(5.0)을 사용하며, 용접실은 청정도 등급을 준수해야 합니다. 결함이 있으면 부품이 폐기됩니다.

결론 및 권장 사항

316L 스테인리스강 용접은 세부 사항에 대한 규율과 주의가 필요한 공정입니다. 기억해야 할 주요 규칙은 "청결함과 온도 조절"입니다. 탈지부터 냉각까지 모든 단계를 위반하면 이 값비싼 고품질 강철 등급의 모든 장점이 무효화될 수 있습니다. 아르곤 및 장비의 품질을 간과하지 마십시오. 316L의 결함 있는 장치를 재작업하는 비용은 예방 비용보다 몇 배 더 높습니다.

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