06 제 6장 보일러 - t1.daumcdn.net

6.1 적용 범위 6.2 보일러용 소재

6.3 용접재료 6.4 용접설계

6.5 제 작

제 6장

보일러

제 6장 보일러 127

종 류 관할별 적용 기술기준(전력산업기술기준)

보일러 본체(boiler proper)

ASME BPVC Sect. I(MBB 발전용 보일러)

보일러 외부배관(boiler external piping & joint, BEP)

ASME B31.1(MGE 배관)

비보일러 외부배관(nonboiler external piping & joint, NBEP)

ASME B31.1(MGE 배관)

압력용기(pressure vessel)

ASME BPVC Sect. VIII(MGB 압력용기)

구조물, 기타(structural steels)

AWS D1.1(SND 강구조)

제 6장 보일러

6.1 적용 범위6.1.1 적용 및 관할 범위

화력발전소의 보일러 건물 내에 설치되는 주요 구성 요소들은 다음과 같이 관할을 구분할 수 있으며, 각 관할별 적용 기술기준에 의해 설계된다. 이들 기술기준은 서로 동일하거나 유사한 요건이 대부분이나 상이한 부분 또한 상당하므로 정확하게 그 관할 별 기술기준을 적용해야 한다.

표 6.1.1 관할 구분

주) 보일러 외부배관(boiler external piping, BEP)의 스탬핑 (Code Symbol stamping), 자료양식(ASME Data Form) 및 공인검사(Authorized Inspection)는 ASME BPVC 관할 임.

적용 기술기준이 ASME BPVC Sect. I인 보일러는 다음을 적용범위로 하며, 보일러 본체(boiler proper)는 중간 밸브없이 보일러에 직접 연결되는 과열기 (superheater), 절탄기(economizer) 및 기타 압력부, 및 강수관(downcomers) 등 본체내의 배관을 포함한다. 관할 및 적용범위 등에 대한 세부적인 사항은 ASME BPVC Sect. I에 상술되

128 제 6장 보일러

어 있다.① 압력이 103kPa(15psig, 1.05㎏f/㎠)를 초과하는 수증기나 기타 증기 보일러② 압력이 1100kPa(160psig, 11.25㎏f/㎠)를 초과 및/또는 온도가 121℃(250℉)를

초과하는 고온수 보일러 등

6.2 보일러용 소재6.2.1 USC 보일러

발전용 보일러는 오랜 기간 많은 변화를 거치면서 그 소재와 함께 꾸준히 개발되어 왔다. 아임계(subcritical) 보일러는 1950년대에 개발되었으며, 국내에서는 170㎏/㎠ / 541℃ 까지 건설되었다. 그러나 발전소의 경제성 제고와 열효율을 높이기 위해서는 대형화와 함께 고온, 고압의 증기가 필수적이다. 이러한 요구에 부응한 것이 임계점(225.6㎏/㎠ / 374℃)을 초과한 초임계(SC, super critical) 보일러로서 물이 증발하지 않고 직접 증기가 되는 것이다. 국내의 경우는 500MW급(255㎏/㎠ / 541℃) 표준석탄화력발전소가 이에 해당한다.

그림 6.2.1 USC 보일러용 소재의 관두께

초임계 보일러의 온도와 압력을 더욱 더 높인 것이 초초임계(USC, ultra super critical) 보일러이다. 초초임계 즉, USC에 대한 국제적인 정의는 없으나 통상 566℃ 이상을 지칭하며, 기존의 발전소를 한 단계 더 발전시킨 800MW급(245㎏/㎠ / 569℃) 및 870MW급(255㎏/㎠ / 593℃) 표준석탄화력발전소가 이에 해당하나 주로 1000MW


이상의 시설용량을 가진 초대형 기력발전소를 말하기도 한다.

석탄의 연소기술 측면에서는 고효율화 및 청정화의 지속적 요구로 인해 초임계의 벽을 넘은 초초임계(USC, ultra super critical)와 가압유동층연소(PFBC, pressurized fluidized bed combustion), 석탄가스화복합사이클(IGCC, integrated gasification combined cycle) 등의 방식이 개발되었다. PFBC와 IGCC 방식은 고효율화 및 고청정화에 비중을 두고 있는 반면 USC 방식은 온도와 압력을 획기적으로 증가시켜 대용량화가 가능하므로 보다 경제적인 1000MW 이상의 차세대 발전용 보일러로 각광을 받고 있다.

USC 보일러용 소재는 오래전부터 개발이 시작되었으나 상용화는 비교적 최근인 10여 년 전 부터 일본과 유럽, 그리고 미국을 중심으로 이루어지고 있으며, 2001년에는 610℃가 상용화 되었다. 최근에는 650℃ 까지 상용화가 추진되고 있으며, 700℃에 대한 시험이 수행되고 있다. 우리나라에서는 그동안 정부 관련부처 주관으로 일부 국책 연구소와 기업 등에서 설계 등 기술개발에 대한 연구가 수행되어 왔으며, 2007년부터 건설 예정인 발전소는 1000MW급 USC 보일러를 채택한다는 발표가 있었다.

6.2.2 USC 보일러용 소재

발전용 보일러에 적용되는 소재들은 일본과 유럽에서 주로 개발 및 생산되었다. 국내의 내 크리프용강 소재는 1991년 고온 압력용기용 강재인 ASTM A387 Grade 11(1¼Cr)의 개발에 이어 1998년부터 보다 다양화된 Grade 12, 22, 5 등의 소재도 개발 및 공급되고 있으나 보일러용 소재로는 역부족인 실정이다. 특히, USC 보일러용 소재는 보다 높은 고온 크리프 강도와 발전소의 기동과 정지에 의한 열응력과 열피로에 대한 내성, 화염에 대한 내산화성, 고온의 회(ash)에 대한 내부식성, 증기에 대한 내산화(scale)성 등을 필요로 한다.

오스테나이트계 재료는 USC 보일러에 사용될 수 있을 정도로 충분한 고온 크리프 강도와 우수한 내산화성 및 내식성을 가지고 있으나 열응력과 열피로에 대한 내성 부족 등으로 인해 후육부에 대한 사용이 제한된다. 따라서, 과열기 또는 재열기 등 두께가 제한되는 용도에 주로 적용된다.

기존의 페라이트계 소재는 538～566℃에서 오랜 기간 동안 사용되어 왔으나 593℃ 이상의 USC 보일러에서는 고온 크리프 강도와 내산화성 및 내부식성에 문제가 있어 사용이 곤란하다. 3%Cr 이하의 기존 소재가 가지는 산화 및 부식으로 인해 9～12Cr의 소재가 주로 개발되었으며, 최근 텅스텐(W) 및 또는 코발트(Co)를 첨가한 소재가 개발되어 적용되고 있다. 이러한 신소재는 USC 보일러의 출구온도 상승으로 인해 기존 소재 사용시 두께 및 중량의 증가로 인한 부하 추종성 감소, 부식 등의 문제를 해결하


기 위함이다. 탄소강 소재는 크리프 강도가 낮기 때문에 450℃ 정도의 온도영역인 과열기 입구 등

에, Cr-Mo계는 500～600℃의 온도영역인 전열관에, 오스테나이트계 스테인리스강은 600℃ 이상의 온도영역에서 사용이 가능하므로 일부 기존 소재가 계속 적용될 것으로 보인다. 또한, USC 보일러용 소재들은 원자력발전소용으로도 검토되고 있다.

6.2.3 보일러용 소재별 특성

(1) SA213 T12 / SA335 P121Cr-1/2Mo, UNS No. K11562, 415Mpa, P-No. 4, 베이나이트계, DIN 13CrMo44

와 함께 기존 보일러 수냉벽 소재 등에 적용된다.

(2) SA213 T22 / SA335 P222¼Cr-1Mo, 10CrMo910, UNS No. K21590, 415Mpa, P-No. 5A, 베이나이트계, 탄

소함량을 저감하여 마르텐사이트 생성을 방지하였다. 증기온도 538℃까지 보일러 헤더에 많이 사용되었으며, 593℃ 온도영역에서는 허용응력이 낮아 USC 보일러에서는 사용용도가 제한된다. ASME BPVC Sect. I에 의해 두께, 관지름에 따라 열처리가 면제되기도 한다. 확산성 수소에 기인한 지연균열(delayed crack)이 보고되기도 하는 소재이므로 예열로 용접부를 서냉시켜 잔류 확산성 수소량을 감소시킬 필요가 있다. 용접시 내부 산화방지를 위한 퍼지(purge)가 요구된다.

(3) SA213 T23 / SA335 P232¼Cr-1.6W, 베이나이트계, ASME Code Case 2199, Sumitomo 상품명 HCM2S, 강

도는 T/P22의 2배, 500～550℃ 영역에서 T/P91 수준의 크리프 강도를 보유하며, 용접 후 HAZ의 최고경도가 350Hv 이하이므로 Sumitomo와 V&N 등 소재 제조자와 용접재료 제조자 공히 예열 및 후열이 불필요하다고 명시하고 있다. 수냉벽, 재열기/과열기, 헤더 등 소재로 적용된다. 응력부식균열, 재열균열 발생이 보고되고 있으며 재열균열은 열영향부와 용착금속에 발생하므로 주의가 필요하다.

(4) SA213 T24 / SA335 P24(예정)7CrMoVTi10.10, 베이나이트계, V&M, 500～550℃ 영역에서 T/P91 수준의 크리프

강도를 보유하고, 용접 후 HAZ의 최고경도가 350Hv 이하이다. 수냉벽 소재로 적용이 예상된다.

(5) SA213 T91 / SA335 P919Cr-1Mo-Nb-V, X10CrMoVNb91, UNS No. K90901, 585Mpa, P-No. 5B, 마르


텐사이트계, 일부 델타페라이트를 함유한다. 1970년대 후반 미국에서 고속증식로용으로 개발되었으며, X20CrMoV121 대체 소재로 600℃까지 적용이 가능하다. 기존의 P9에 V, Nb와 같은 미세 석출물 형성원소를 최적화시켜 고온 크리프강도를 향상시키고, 탄소량을 저감하여 용접성을 향상시켰으나 PWHT에 의해 용접부의 미세조직을 모재와 일치시키는 것이 곤란하다고 TWI 등에 의해 보고되고 있다.

(6) SA213 T911 / SA335 P9119Cr-1W-1Mo-Nb-V-B, X11CrMoWVNb9-1-1, UNS No. K91061, 620Mpa, 영

국의 ACCTS, PIPPE, DTI에 의해 E911로 개발되었으며 600℃, 100,000시간 고온 크리프강도가 기존 강재보다 10～20% 증가된 우수한 고온 특성을 가지고 있음에도 불구하고 고온 내식성 문제로 인해 USC 보일러의 최종과열기를 제외한 부위 및 헤더와 배관재 등 비 열전달 부위에 적용될 것으로 보인다.

(7) SA213 T92/ SA335 P929Cr-1.75W-0.5Mo-Nb-V-B, UNS No. K92460, 620Mpa, Nippon Steel 상품명

NF616, ASME Code Case 2179-3, 600℃에서의 허용응력이 T/P91보다 35% 향상되어 최고 사용 조건이 340bar / 620℃ 까지 높아진다. 과열기/재열기 소재, 621℃급 보일러에 적용하며, 9%Cr계열 중 가장 산화(steam oxidation)속도가 높다.

(8) 12Cr1MoV10.2%Cr은 P91과 산화(steam oxidation)속도가 비슷하며, 11.6%Cr은 보다 우수한

내산화성을 보인다. 과열기/재열기 소재. 유사재질로서 Sandvik의 HT91과 HT9이 있으며, HT9은 0.5%W 함유한 12Cr1MoWV이다.

(9) SAVE129/12Cr-3W-3Co-Nb-Nd-B

(10) X20CrMoV12112%Cr의 마르텐사이트계 소재로 고탄소 및 Mo의 함유로 인해 고온강도와 내산화성,

내부식성이 우수하다. 500～550℃의 고온 후육부에 주로 적용된다. PWHT 전후의 경도변화가 500Hv에서 250Hv로 급격히 변하며, PWHT를 수행하지 않을 경우 응력부식균열(stress corrosion crack) 민감도가 상승한다. 과열기/재열기 등의 소재

(11) HCM1212%Cr계, Sumitomo 상품명 HCM12


(12) SA213 T122 / SA335 P12212Cr-2W-1Cu-Nb-V-B, UNS No. K91271, ASME Code Case 2180, 620Mpa,

Sumitomo 상품명 HCM12A, 강도는 X20강종의 약 2배, T/P91의 1.3배이며 허용응력은 NF616과 유사하나 Cr함량의 높아 내산화성 및 내부식성이 우수하다. 621℃급 보일러에 적용이 예상된다. 용접성은 X20보다 우수하며, T/P91과 유사하다. 과열기/재열기, 주증기관, 해더 등의 소재

(13) NF1212Cr-2.5W-2.5Co계, Nippon Steel 상품명 NF12, Co의 첨가로 델타페라이트의 잔

류를 방지한다. 상용화 중에 있으며 325bar / 630℃ 까지 사용가능할 것으로 예상하고 있다.

(14) TB12M11Cr-1.75W-Ni-Mn-Mo-Nb계, Forgemasters Steel & Engineering의 상품명

TB12M, TB12는 12Cr임.

(15) 오스테나이트계 스테인리스강super 304H, 321H 등

6.2.4 USC 보일러용 소재 등의 용접시 착안사항

(1) 균열 균열(응력부식균열, 지연균열, 재열균열 등)이 우려되며, 본고 5장에 기술한다.

(2) 잔류응력용접부의 잔류응력은 용접부의 온도변화와 구속도에 의한 열응력과 용융지(molten

pool)의 체적 팽창 및 수축, 그리고 용접부 조직의 변태 등에 기인하는 불가피한 현상이나 저감은 가능하다. 구속도를 낮추고 과도한 강제맞춤(cold pulling)을 피하는 것도 한 방법이나 용접후 변형이 발생할 수도 있으므로 상황에 따라 탄력적으로 적용해야 한다. 주철, 내마모강 등 특수한 경우 피닝(peening)을 하기도 하며, 진동 등에 의한 기계적인 저감방법도 있으나 비용문제로 인해 일반화되어 있지 않다. PWHT로 저감시키기도 한다.

(3) 예열 관리각종 균열 특히 지연균열의 방지를 위해 시공차원에서 적용할 수 있는 대책 중 가장

효과적인 것이 열관리이다. 열관리의 기본은 용접절차시방서(WPS)에 규정된 예열온도


를 준수하는 것이다. 예열은 용접부의 급가열을 방지하여 잔류응력을 저감시키고, 용접후에는 용접부를 서냉시켜 최고경도를 감소시킨다. 또한, 확산성 수소의 대기 방출 시간을 늘려주어 용접부에 잔류하는 확산성 수소량을 저감시킨다. 따라서, 균열 민감도가 높은 소재는 용접이 완료될 때까지 예열온도를 유지할 필요가 있으며 이 경우 관련 WPS에 명시해야 한다.

특히, 수냉벽 등에 가스토치를 사용하여 예열을 수행할 경우에는 용접 중 소재가 냉각되는 것을 고려하여 WPS에 규정된 예열온도보다 높은 온도 즉, 예상 냉각량을 보정한 온도로 예열해야 한다. 현장 조건에 의한 시범작업으로 예상 냉각량을 구하는 것도 좋은 방법이다. 예열은 약간의 유지시간을 두어 내, 외부 공히 WPS에 규정된 온도까지 상승되도록 해야 하며 강관 또는 튜브의 양쪽 개방단을 막아 내부의 급랭을 방지하는 것이 좋다.

GTAW 용접시 예열온도를 ASME BPVC Sect. I 등에 규정된 온도보다 낮추거나 일부 강종의 경우 예열 자체를 수행하지 않아도 문제가 없다는 보고 또는 일부 소재 생산자의 권고가 있으며 각종 시험자료 등에 의한 야금학적 타당성도 인정되나 관리상의 문제로 인해 신중한 접근이 필요하다. SMAW 용접시 최종 패스 용접 종료후 슬래그를 제거하지 않고 그대로 두는 것도 용접부의 서냉에 다소 도움이 된다. 그러나 필요이상으로 예열온도를 높이는 것은 입열량을 증가시켜 야금학적으로 바람직하지 못한 결과를 가져올 수도 있으며, 작업성을 저하시킨다.

(4) 패스간 온도 관리패스간 온도는 최저한계와 최고한계의 2가지 개념에서 고려해야 한다.최저한계로 규정하는 경우에는 Cr-Mo계의 예열 유지와 동일한 개념이 되며, 그 효

과 또한 예열의 경우와 동일하다. 주로 WPS 상에 예열온도 유지로 표기된다. 그러나 과도한 패스간온도의 상승은 입열량을 증가시켜 결정입자의 조대화, 탄소의 흑연화(graphitization) 및 각종 탄화물 생성 등 야금학적으로 바람직하지 못한 결과를 초래할 수도 있다.

최고한계로 규정하는 경우에는 탄소강 소재의 흑연화를 방지하고, 소입소려(QT, quenching & tempering)강재의 소려효과를 유지하며, 저온용강 소재의 경우에는 입열량 제어에 의한 충격인성을 확보하기 위한 것이 주목적이다. Au계 스테인리스강 및 니켈 합금 등의 소재는 예민화(sensitization)에 의한 입계부식 방지와 탄화물의 일종인 시그마상의 석출에 의한 균열 등을 예방한다. 그러나 필요이상으로 최고 패스간온도를 제한하는 것은 작업성을 저하시킨다.

(4) 후열후열(postheating)은 용접후열처리(PWHT)와 달리 상대적으로 낮은 온도 또는 짧은

유지시간을 가지며 갑작스러운 용접 중단이나, 비파괴검사의 수행, 저온 잔류 오스테나


이트 변태유도 등을 위해 상온까지의 냉각시키기 위해 수행한다. 주로 고Cr 함유 특정 강재에 대해 주로 수행이 권고되며 용접부의 서냉, 확산성 수소량의 저감 등에 의한 균열방지 효과가 주목적이다.

후열은 용접완료 즉시 용접부 냉각 전에 수행하고 후열효과 상승을 위해 후열 즉시 보온재로 감싸주는 것이 바람직하다.

일부 보고에 의하면 9%Cr까지는 후열이 불필요하며, 일부 13%Cr 계열의 소재에 수행을 권고하기도 하나 용접재료, 구속도, 가스토치 예열 여부, 비파괴검사 수행순서, 용접 중단시 용착 두께 등 현장 여건을 고려하여 결정하는 것이 바람직하다.

후열온도와 유지시간은 서로 반비례하여 온도가 높을수록 유지시간이 단축되므로 PWHT 온도 부근에서 수 초 또는 수 분간 유지하기도 한다. 원자력 분야에서는 용접보수 후 P-No. 1 소재는 232～288℃에서 최소 2시간, P-No.3 소재는 최소 4시간의 후열을 요구하기도 한다. 통상적으로 경험과 각종 문헌자료, 소재 및 용접재료 제작자의 권고 등을 따라 수행하며, Cr-Mo계의 경우는 약 300℃ 정도에서 수분 또는 2～4시간을 권고하기도 한다.

상수도 계통의 경우에는 용접부의 신속한 가스를 방출을 유도하여 도장작업을 빨리 수행할 목적으로 실시하기도 한다.

(5) 미 변태 오스테나이트통상 보일러용 Cr-Mo계 소재는 용융상태에서 오스테나이트(Au, austenite) 조직으

로 응고한 후 저 Cr의 경우는 베이나이트(Zw, bainite)로, 고 Cr의 경우는 변태점(Mf, Ma 상변태가 완료되는 온도) 에서 마르텐사이트(Ma, martensite)로 변태한다.

그리고 이들 중 Ma는 PWHT를 거치면 소려(tempering)되어 T-Ma(tempered Ma)가 된다. 따라서, 실제로 보일러에 사용하는 고 Cr 조직은 Ma가 아닌 T-Ma이다. T-Ma는 Ma에 비해 경도가 낮아지며, 연신 및 인성이 개선된다.

그러나 일부 USC 보일러용 소재는 추가로 첨가된 합금원소의 영향으로 인해 연속냉각곡선(CCT 선도, continuous cooling transformation diagram)상의 Mf 변태점 이하에서도 일부 Au가 Ma로 변태하지 않고 잔류한다고 보고되고 있다. 이 경우 상온까지 잔류한 미 변태 Au는 PWHT 후에 Ma가 되어 고경도, 저연신, 저인성으로 인한 균열발생의 원인이 된다.

이를 방지하기 위해서는 PWHT 전에 Mf 변태점 온도 이하에서 변태가 완료되기까지 일정한 시간을 유지시킨 후 PWHT를 수행해야 한다. 일례로 T/P91 및 T/P92 소재의 Mf 변태점은 약 200℃이나 일부 문헌자료는 미 변태 잔류 Au의 변태유도를 위해 100℃, 80℃ 또는 상온에서 1～2시간 유지를 권고하고 있다.

(6) 템퍼비드 기법과 그 응용ASME BPVC Sect. III NB-4522.9, Sect. VIII UCS-56, Sect. IX QW-462.12,


Sect. XI Code Case N432 등에 기술된 하프비드 및 템퍼비드 기법은 PWHT를 생략하는 일종의 보수용접 방법으로 후속층의 용접입열로 초층 또는 모재에 PWHT를 수행한 것과 유사한 효과를 갖도록 하는 즉, 소려(템퍼링, tempering)가 되도록 하는 기법이다.

기술기준 및 규격은 P-No. 1, 및 3 모재와 A-No. 1, 2, 10 또는 11 용접재료에 한해 허용하며, 규정된 예열온도로 예열하고, 초층은 2.6㎜ 또는 3.2㎜, 2층은 3.2㎜ 또는 4.0㎜, 나머지는 4.0㎜ 이하의 소구경 피복아크용접봉을 사용하여 패스간온도를 유지하면서 용접할 것을 요구하고 있다.

초층 용접부를 용착한 후 초층 용접부의 절반 또는 초층 용접부의 덧살을 제거하고 2층을 용착시키는 순서로 진행한다. 이때 1층은 하프비드, 2층이 템퍼비드가 된다. 템퍼링 대상은 초층, 모재의 열영향부를 비롯 이종금속 또는 육성 용접부 등 이다. 모재위에 용착시키지 않는 것이 중요하며, 최종 용접후 모재 상부에 남는 템퍼비드는 제거해야 한다.

GTAW에 의한 템퍼비드는 ASME BPVC Sect. XI Code Case N432에 기술되어 있다.

T/P23 소재인 rear wall arch tube 등에서 응력부식균열(SCC, stress corrosion crack)이 발생하였다는 보고가 있으며, 수냉벽 튜브 등의 경우 초층 용접부가 시작 및 종료된 비드의 연결부에서 균열이 발생하기도 한다. 이 경우 템퍼비드 기법을 응용하여 다음과 같이 조치하면 효과가 있다.

① 먼저, 초층 용접 시작점의 용착두께의 절반 또는 약 2㎜ 초과분을 그라인더 등으로 적절히 제거한다.

② 균열 등 결함 발생여부를 확인하고 결함이 있을 경우 그라인딩으로 제거한다.③ 초층용접부의 시작점 즉, 연결부를 조금(예: 13㎜ 또는 25㎜) 지날 때 까지 용접

을 계속한다.④ 초층용접부 위에 종료점을 만들면서 크레이터 처리를 한다. 이렇게 하면 초층용접부의 시작점 즉, 그라인딩 부분이 템퍼링 효과에 의해 수소가

방출되고 경도가 저하하는 효과를 얻을 수 있다.

수냉벽 튜브와 멤브레인 강판간의 용접시 튜브쪽에 SCC가 발생하였다는 보고가 있으며, 이 경우 템퍼비드 기법을 응용하여 다음과 같이 비대칭 다리길이(unequal leg)에 의한 2층 필렛용접으로 시공하면 효과가 있다.

① 먼저, 규정된 다리길이(필렛치수, fillet size, leg size) 만큼 초층을 용접하되 튜브측에 편중된 비대칭 다리길이(unequal leg)로 약 2㎜ 두께로 용착시킨다.

② 초층 비드의 상태를 확인하고 필요시 그라인딩 등으로 균일한 2층 비드가 용착될 수 있도록 준비한다.


③ 2층 비드를 멤브레인측에는 규정된 다리길이만큼, 튜브측에는 초층 비드의 상부까지만 용착시킨다.

주의할 점은 2층 비드가 튜브에 직접 닿지 않도록 해야 하며, 약 2㎜ 또는 초층 비드의 두께 만큼 여유를 두는 것이 좋다.

그림 6.2.4.1 수냉벽 튜브와 멤브레인 강판과의 필렛용접부

그림 6.2.4.2 템퍼비드

(7) 오스테나이트계 스테인리스강의 Zn 침입(attack)Zn은 융점이 420℃, 비등점이 960℃인 물질로 이온상태 또는 산화물의 형태로 존재

하면 통상적으로 유해하지 않으나 액체금속상태에서 오스테나이트(Au)계 스테인리스강 또는 Ni 합금과 접촉하면 균열을 야기하기도 한다.

이 균열은 액체금속 균열(LMC, liquid metal assisted crack)의 일종으로 인장응력이 존재할 경우 순식간에 진전되는 속성으로 인해 Zn attack으로 표현하기도 한다. LMC


의 발생 기구는 Zn이 입계에 침입하고 입계 인근의 Ni가 입계로 확산하여 Ni-Zn 금속간 화합물을 형성함으로서 국부적인 Ni 부족 현상과 함께 입계에 부식과 함께 많은 기공을 형성하나 균열을 일으키지는 않는다. 그러나 응력이 함께 존재할 경우 균열로 발달한다.

또한, 고온에서는 국부적으로 Ni 함량 부족에 의해 Au가 Fe로 변태할 수도 있다. 발생온도와 응력과의 관계는 명확하게 규명되지 않고 있으나 발생의 전제조건은 다음과 같다.

① 420℃ 이상의 고온② Zn와 직접 접촉③ 잔류응력 등 높은 표면응력

Zn 증기는 즉시 산화되기 때문에 Au계 스테인리스강재 또는 Ni 함금재와 접촉해도 큰 문제를 일으키지 않는다. 그러나 용접 개선부에 혼입되어 아크열에 노출되거나 용융지에 혼입되면 Zn이 용융되어 금속상의 저융점 게재물로 용접부에 존재하게 되면서 LMC을 야기하게 된다.

화재 발생시에는 도료 등에 포함되었던 Zn이 기화하여 Au계 스테인리스강재 또는 Ni 함금재 표면에 부착하고 고온으로 인해 LMC를 야기시킨 사례가 있다.

현장에서는 주로 아연계 도료, 아연도 강재 등이 주된 오염원이 되므로 이들이 용접 개선부를 오염시키지 않도록 해야 하며 특히, 용접을 하는 동안 이들 오염원이 용융금속에 포함되지 않도록 관리해야 한다. 비닐 등으로 용접 개선부를 보호하는 것도 좋은 방법의 하나이다. 일부 문헌자료에 의하면 사용온도가 350℃를 초과하는 Au계 스테인리스강재 또는 Ni 합금재 계통에는 이들 오염원과의 접촉을 피하라고 권고하고 있다.

Zn의 검출방법 및 순서는 다음과 같으며, 디티존(dithizone, CS(NH)2N2(C6H5)2, JIS K8490) 용액은 산화되기 쉬우므로 냉장고 등 저온에 보관해야 한다.

① 백색 필터지에 6% 수산화나트륨(NaOH)을 적셔 검사부위에 도포한다.② 에탄올(ethanol)에 희석된 0.02% 디티존 용액을 소량 필터지위에 떨어트린다.③ 백색의 필터지가 분홍(pink)색으로 변하면 Zn 검출, 변하지 않거나 연한

오렌지색으로 변하면 미 검출로 판정한다.

Zn 오염의 제거방법 및 순서는 다음과 같다.① 용접 개선부 인접 부위를 증류수(demineralized water)로 세정한다.② 용접 개선부를 증류수, 3～5% 질산(HNO3) 또는 세정제(cleaning solvent)로 1차

세정한다.③ 용접 개선부를 증류수로 2차 세정한다.④ Zn 오염 검사를 수행하고, Zn가 검출되지 않을 때 까지 상기 절차를 반복한다.


Zn 오염의 제거는 다음과 같은 방법을 사용할 수도 있다. ① 그라인딩. 샌드브라스팅(sand blasting) 등의 기계적 방법으로 제거한다.② Zn 오염 검사를 수행한다.③ 잔류 Zn 검출시 연마(polishing) 또는 5～10% 질산 산세정(acid cleaning)

실시한다.④ Zn 오염 검사를 수행하고, Zn가 검출되지 않을 때 까지 상기 절차를 반복한다.

Zn 침입 발생 여부는 육안으로 검사하되 미세한 균열의 발생이 의심될 경우 액체침투탐상검사(PT)를 병행한다.

6.3 용접재료6.3.1 오스테나이트계 용접재료

Au계 용접부 중 물과 접촉하는 부위는 입계부식과 응력부식 균열이 발생하기 쉽기 때문에 이에 대한 고려가 필요하다.

6.4 용접설계6.4.1 이음형식

보일러의 드럼, 동체 또는 기타 압력부의 길이방향, 원주방향 및 기타 형태의 이음은 달리 규정된 경우를 제외하고 맞대기 완전용입으로 해야 하며, 맞대기 양면용접 (double welded butt type)이 바람직하나 맞대기 단면용접도 가능하다. 단, 모서리(corner)이음은 적용할 수 없다.

6.4.2 두께가 다른 재료의 이음

(1) 두께가 다른 재료(강판, 동체)달리 규정된 경우와 튜브간, 튜브와 해더간, 튜브와 튜브판 간의 이음을 제외하고, 단

면 두께의 차이가 얇은 쪽 부재의 ¼을 또는 3.2㎜를 초과할 경우 3:1 이상의 천이부를 두어야 한다. 동체로 사용되는 강관 및 튜브도 이와 동일하다.


(2) 강관과 튜브의 원주용접지름이나 두께가 다른 부픔의 경우 천이부 각도는 30°를 초과하지 않아야 한다.

6.4.3 용접부 또는 용접부 근처의 구멍

용접부 또는 용접부 근처의 구멍은 ASME BPVC Sect. I의 설계요건을 만족시켜야 한다.

6.4.4 용접식 스테이

용접식 스테이는 용접크기가 10㎜ 이상이어야 한다. 스테이는 끝 부분이 용접금속으로 덮여서는 안되며, 용접 표면이 강판의 바깥쪽 표면보다 낮지 않아야 한다. 강판을 관통하는 스테이는 연소생성물에 노출된 표면으로부터 10㎜ 이상 돌출되지 않아야 한다. 대각선 스테이는 동체 안쪽 면에 필렛용접으로 부착해야 한다.

6.5 제 작6.5.1 용접법의 종류

제작에 사용할 수 있는 용접법들은 피복아크용접(SMAW), 서브머지드아크용접(SAW), 가스금속아크용접(GMAW), 플럭스코어드아크용접(FCAW), 가스텅스텐아크용접(GTAW), 플라즈마아크용접(PAW) 등이 있으며, 하중전달 기능과 무관하고 압력이 걸리지 않는 부착물은 아크스터드용접법과 저항스터드용접법을 사용할 수 있다. 단, 원형 스터드를 기준으로 최대지름이 25㎜를 초과하지 않아야 한다. 일렉트로슬래그용접(ESW)은 오스테나이트계 스테인리스강 중 ASME BPVC Sect. I에서 허용한 재료들과 페라이트강 재료들의 맞대기 용접에만 허용된다.

6.5.2 용접인정 및 기록

(1) 용접 책임사항시공자(employer)는 압력부와 압력부에 부착되는 하중전달 비 압력부(예: 영구 및

임시 클립(clip) 및 러그(lug)) 용접에 사용되는 용접절차와 용접작업자에 대한 인정(qualification)은 ASME BPVC Sect. IX에 의해 수행해야 한다.


확장된 열전달면이나 단열재 지지핀 등 실질적인 하중전달 기능이 없는 비압력부 부착물들의 용접에 사용되는 WPS와 용접작업자에 대한 인정(qualification)은 ASME BPVC Sect. IX에 의해 수행하되 다음을 제외한다.

1) 자동용접을 할 경우 용접절차 및 용접작업자에 대한 인정은 요구되지 않는다.2) 비압력부에 사용되는 재료가 연성부족 등으로 WPS와 용접작업자 인정에 요구

되는 기계적 시험이 불가능할 경우 홈(groove)용접과 필렛용접 시험재를 마크로 시험으로 평가할 수 있다. 시험재는 제품형상도 가능하며, 마크로 시편을 포함할 수 있는 길이가 되어야 한다. 열처리는 비필수 변수(nonessential variables)로 간주하며, 비압력부 재료의 용접성 품질은 용접부의 한쪽 횡단면에 대한 마크로 시험 확인한다. 압력부와 비 압력측 공히 육안검사로 완전용융되고, 균열이 없어야 한다.

(2) 책임모든 시험재의 용접은 제조자가 수행해야 하며, 시험 또한 제조자의 책임이다. 어느

한 제조자에 의해 인정된 용접절차와 용접작업자에 대한 인정(qualification)은 다른 제조자에게 인정(qualify)되지 않는다. 단, ASME BPVC Sect. IX과 6.5.2.(5)항의 규정은 예외로 한다.

(3) 최초 시공용접 인정(first production weld qualification)용접절차와 용접작업자가 인정될 때 까지 용접작업을 수행할 수 없으나, ASME

BPVC Sect. IX에 의한 최초 시공용접은 0.9m(3ft)까지 허용한다. 그러나 ASME BPVC Sect. IX은 용접사는 최소 150㎜(6in.), 자동용접사는 최소 1m(3ft)로 규정하고 있음에 유의해야 한다.

(4) 식별 및 기록제조자는 WPS와 용접작업자에 대해 인정일자와 결과를 포함한 기록을 유지해야 한

다. WPQ는 용접작업자를 식별하기 위한 식별기호를 포함해야 한다. 이들 기록은 제조자에 의해 인증(certify) 되어야 한다.

1) 제조자는 다음 2), 3)항에서 허용된 것을 제외하고, 모든 이음부에 대해 다음 중 한 가지 이상의 방법으로 용접작업자가 식별되도록 절차를 수립해야 한다. ① 용접이음부 또는 인근에 식별표시 스탬프② 연속 용접부 또는 유사 용접부의 시리즈 또는 인근에 0.9m 간격의 식별표시

스탬프③ 식별표시 대신 용접작업자의 용접이음 기록 유지

2) 압력부에 다수의 하중전달 또는 비하중전달 구조 부착물을 용접할 때, 제조자가


다음 각 호 모두를 만족시킬 경우 각 이음별로 용접작업자를 식별하지 않아도 된다.① 제조자의 품질관리시스템(Quality Control System, ASME BPVC Sect. I,

App. A300에 14개 features로 요구하고 있음)에 각 압력부별로 용접작업자들의 신원을 유지하고 검사자(Inspector, 공인검사자)가 자격인정을 확인할 수 있는 절차를 포함하고

② 용접부들이 동일한 종류 및 형상으로 동일한 WPS로 용접되었을 경우

3) 제조자의 품질관리시스템에 자격인정된 용접작업자가 가접(tack weld)을 했음을 검사자가 확인할 수 있는 절차를 포함할 경우 최종 압력부 용접 또는 구조 부착물 용접의 일부가 되는 가접을 수행한 용접작업자의 식별은 요구되지 않는다.

(5) 배관용접인정시험의 중복을 피하기 위해 동일한 절차로 배관에 유사한 용접을 할 경우 상기

요건에 의해 인정된 용접절차 및 용접작업자를 승인(acceptable)할 수 있다.

(6) 생산 스터드용접 시험하중 전달용 스터드용접은 시공용접 개시 전 별도의 시험판 또는 튜브에 용접절차와

용접작업자에 대한 생산 스터드용접 시험(production stud weld test)을 실시해야 한다. 이 시험은 5개의 스터드를 용접하여 ASME Sect. IX에 의해 굽힘 또는 비틀림(torque) 시험을 한다.

6.5.3 모재 준비

용접단 가공은 통상적인 방법을 사용하되, 가열절단(thermal cutting)시 모재의 기계적, 금속적 성질에 미치는 영향을 고려해야 한다. 홈면(groove face)은 용접작업에 적합하도록 적절히 매끈(smooth)해야 하며, 깊은 노치, 가는 홈 및 요철이 없어야 한다, 주조물의 표면은 주조 피막(foundry scale)을 기계가공, 치핑, 그라인딩으로 제거하여 원래의 금속을 노출시켜야 한다.

6.5.4 조립

조립은 봉(bar), 잭(jack), 클램프, 가접 등으로 한다. 가접은 사용 후 완전히 제거하거나, 시작과 끝 부분을 그라인딩 등으로 적절히 가공하여 최종 용접부에 만족스럽게 포함되도록 해야 한다.


단면 두께, ㎜(in) 원통형 동체의 이음방향길이 방향 원주 방향

13(1/2) 이하 1/4t 1/4t13(1/2)초과 19(3/4)이하 3.2(1/8) 1/4t19(3/4)초과 38(1½)이하 3.2(1/8) 5(3/16)38(1½)초과 50(2)이하 3.2(1/8) 1/8t

50(2)초과 1/16t와 10(3/8) 중 작은 값 1/8t와 19(3/4) 중 작은 값

가접은 제거여부에 관계없이 ASME BPVC Sect. IX에 의해 인정된 필렛용접 또는 맞대기용접 절차에 의해 수행해야 한다. 제거하지 않는 가접은 ASME BPVC Sect. IX에 의해 인정된 용접작업자가 수행해야 하며, 육안으로 검사하고 발견된 결함은 제거해야 한다.

6.5.5 동체(동체로 사용되는 강관 및 튜브 포함, shell)와 용기의 정렬 허용차

맞대기 용접단의 정렬 허용차는 표 6.5.5에 기술하며, t는 이음의 얇은 쪽 호칭두께를 나타낸다. 허용차내의 모든 단면 편차(offset)는 완성된 용접부의 폭에 걸쳐서 또는 필요시 용접부의 가장자리를 초과하여 추가 용접금속을 덧붙여서 3:1 테이퍼가 되도록 매끈하게(faired)해야 한다.

표 6.5.5 맞대기용접 단면의 허용차

6.5.6 튜브와 강관의 정렬

튜브 또는 강관은 내면이 완전용입이 되도록 정렬해야 한다.

6.5.7 길이 및 원주이음의 마감

맞대기용접 이음은 완전용입 되어야 한다. 용접 개선면을 완전히 채워서 용접금속의 표면이 모재보다 낮지 않도록 하기 위해 용접부 양쪽 면에 덧살로 추가할 수 있다. 용접 덧살은 표 6.5.7을 초과하지 않아야 한다.

용접된 상태의 표면(as-welded surface)은 허용되나 응력상승을 피하기 위해 거친 파형, 홈, 오버랩, 급격한 돌출과 골이 없어야 한다. 언더컷은 0.8㎜와 벽두께의 10% 중 작은 값을 초과하지 않아야 하며, 요구되는 단면 두께를 잠식하지 않아야 한다.

마감된 용접표면은 방사선투과검사 및 기타 비파괴 검사에 적합해야 한다. 방사선투과 필름 판독에 의문이 있을 경우 실제 용접표면과 비교하여 판정해야 한다. 용접덧살은 표 6.5.7을 만족할 경우 제거할 필요가 없다.


호칭두께, ㎜(in) 용접덧살 최대 두께, ㎜(in)강관 및 튜브의 원주방향 이음 기타 용접부

3(1/8) 이하 2.5(3/32) 2.5(3/32)3(1/8) 초과 5(3/16)이하 3.0(1/8) 2.5(3/32)5(3/16) 초과 13(1/2)이하 4.0(5/32) 2.5(3/32)13(1/2) 초과 25(1)이하 5.0(3/16) 2.5(3/32)25(1) 초과 50(2)이하 6.0(1/4) 3.0(1/8)50(2) 초과 75(3)이하 주) 4.0(5/32)75(3) 초과 100(4)이하 주) 5.5(7/32)100(4) 초과125(5)이하 주) 6.0(1/4)

125(5) 초과 주) 8.0(5/16)

길이방향 용접이음에 사용된 받침(backing strip)은 제거해야 하나, 원통의 원주방향 이음에 사용된 받침은 본고 6.5.9항을 만족할 경우 제거하지 않아도 된다.

표 6.5.7 용접덧살 두께

주) 6㎜(1/4in.) 또는 용접 폭의 1/8배 중 작은 값

6.5.8 기타 용접요건

양면 용접부의 이면을 용접하기 전에 기용착된 용접금속 하부에 건전금속(sound metal)을 치핑, 그라운딩, 열가우징 등 적절한 방법으로 확보해야 한다. 단, 적절한 용입과 용융이 얻어지고 용접 루트면에 불순물이 없는 용접법은 예외로 한다.

필렛용접은 용접금속이 루트에 적절히 용입될 수 있는 방법으로 용착시켜야 하며, 압력부의 언더컷은 0.8㎜와 호칭 두께의 10% 중 작은 값을 초과하지 않아야 하며, 요구되는 단면 두께를 잠식하지 않아야 한다. 용접 표면은 거친 파형이나 홈이 없이 이음부의 표면에 매끈해야 한다.

6.5.9 강관 튜브 및 헤더의 원주용접

(1) 비파괴검사맞대기 원주 용접부는 ASME BPVC Sect. I PW-11의 RT 및 UT 요건을 만족시켜

야 한다.

(2) 원주용접원주 용접부는 맞대기 양면용접 또는 이와 동등한 단면용접으로 해야 한다.본 고 6.4.7항에 규정된 경우를 제외하고 골이나 홈이 없어야 한다. 용접 덧살은 필


요시 제거해도 좋으며, 용착금속이 내부로 심하게 돌출되지 않도록 이음을 설계하거나 용접되어야 한다.

맞대기 단면 용접이음의 루트부는 완전용입이 되어야 하며, 절차인정에 의해 입증되어야 한다. 완전용입을 보증할 수 없을 경우 절차서는 용접받침(backing ring) 또는 이와 동등한 방법을 포함해야 한다.

가공부 내면과 외면간의 용접부의 깊이는 사용되는 강관 또는 튜브의 해당 자재 규격에 의해 허용된 최소 두께보다 작지 않아야 한다.

루트면의 오목부(concavity)의 두께는 2.5㎜ 또는 얇은 쪽 모재 두께의 20% 중 작은 값을 초과하지 않아야 한다. 오목부의 형상은 완만해야 하며, 덧살을 포함한 용접부의 두께는 얇은 쪽 모재에 요구되는 두께 이상이 되어야 한다.

오목부는 다음과 같이 순단면 교체(net section replacement)가 적용될 경우 그 만큼 축소되어야 한다.

용접받침을 제거하거나 용접부 안지름을 균일하게 하기 위해 두께를 감소시킬 경우 그 가공(recess) 깊이는 남아있는 순단면 두께가 최소요구 두께보다 작지 않도록 해야 한다. 단, 보일러와 과열기 튜브 중 지름이 100㎜ 이하일 경우 가공에 의한 감소는 0.8㎜ 까지 허용하되 용접부 외부의 덧살로 최소 요구두께 이상이 되도록 해야 한다.

용접받침은 ASME BPVC Sect. I PW-41.2.4 요건을 만족시켜야 한다.튜브 및 강관의 용접 이음이 PWHT가 되지 않을 경우 절차인정시험은 동일한 조건

하에서 수행되어야 하나 용접작업자의 인정은 이와 무관하게 수행할 수 있다.

DN 15(NPS 1/2)를 초과하지 않는 강관 연결부가 강관 또는 헤더에 ASME BPVC Sect. I PW-41 요건에 의해 용접될 경우 ASME BPVC Sect. I에 의해 요구되는 검사는 생략할 수 있다.

(3) 소켓, 슬리브 이음강관 또는 튜브의 소켓 삽입깊이는 6㎜ 이상이 되어야 하며, 열팽창에 의한 열응력

발생 방지를 위해 소켓 내부의 단(shoulder)과 강관 또는 튜브 사이에는 최소 1.5㎜ 이상의 간격이 있어야 한다.

슬리브의 경우도 강관 또는 튜브의 삽입깊이 6㎜ 이상과 강관 또는 튜브 사이의 간격이 최소 1.5㎜ 이상 유지되어야 한다.

소켓 또는 슬리브와 강관 또는 튜브간의 맞춤은 소켓용접 피팅의 해당 규격을 따르며, 소켓이나 슬리브의 안지름이 강관 또는 튜브의 바깥지름을 2.03㎜ 이상 초과하지 않아야 한다. 허브 또는 슬리브의 평균 바깥지름은 평균 두께가 강관 또는 튜브 호칭두께의 1.09배 이상이 되도록 충분해야 한다.

필렛용접의 목두께는 강관 또는 튜브의 호칭 두께의 0.77배 이상이 되도록 해야 한다. 용접이음은 455℃ 이상의 노의 연소가스에 노출되지 않아야 한다.


모재 최소 예열온도 패스간온도P-No. 1 Gr. 1, 2, 3 C > 0.3% & T > 25㎜ : 80℃P-No. 3 Gr. 1, 2, 3 SMTS > 480Mpa or T > 16㎜ : 80℃

P-No. 4 Gr. 1, 2 SMTS > 410Mpa or T > 13㎜ : 80℃P-No. 5A, 5B, 5C

SMTS > 410Mpa : 205℃Cr > 6% & T > 13㎜ : 205℃

others : 150℃P-No. 6 Gr. 1, 2, 3 205℃

P-No. 10A Gr. 1 80℃P-No. 10I, Gr. 1 150℃ 175～230℃

6.5.10 밸브 및 기타 보일러 부속물의 내부용접

밸브, 수면주와 같은 기타 보일러 부속물과 보일러 순환계통의 일부인 펌프의 케이싱은 길이방향이음을 제외하고 ASME BPVC Sect. I PW의 요건에 의해 용융용접을 할 경우 ASME BPVC Sect. I의 검사요건은 적용되지 않으며, 제작자는 요구시 요건만족에 대한 인증서(certificate)를 제출해야 한다.

6.5.11 예열

예열의 필요성이나 온도는 화학성분, 구속도, 고온강도, 두께 등 여러 가지 요소를 고려해야 한다. ASME BPPVC Sect. I은 다음과 같이 일반 지침으로 기술하고 있으나 각 재질별로 만족스러운 용접이음을 보장하지 않으므로 보다 엄격하거나 완화하여 적용할 수 있다. 따라서, ASME BPVC Sect. IX에 의해 최소 예열온도를 WPS에 규정해야 한다. 규정되지 않은 재질의 최소 예열온도는 10℃이다.

이종재료의 경우 ASME BPPVC Sect. I은 예열온도가 높은 쪽 소재를 기준으로 예열할 것을 권고하고 있다.

용접이나 절단을 위한 예열은 기용착된 용접금속이나 모재를 손상시키지 않으며, 용접부에 유해한 이물질을 혼입시키지 않는 방법으로 해야 한다.

예열 및 패스간 온도는 시방서에 추가요건이 기술되는 경우가 많으므로 반드시 이를 확인해야 한다.

표 6.5.11 예열 및 패스간온도

주) T : 이음부(joint)의 모재 호칭두께


6.5.12 용접후열처리

예열과 동일하게 PWHT도 ASME BPVC Sect. IX에 의해 인정된 WPS에 의해 수행하되 PWHT 조건, 적용여부 및 제한조건 등 ASME BPVC Sect. I 요건을 만족시켜야 한다.

PWHT 온도는 P-No.가 서로 다른 두 압력부간의 이음은 높은 온도를, 압력부와 비압력부간의 이음은 압력부의 온도를 적용하되, 다음 각 호를 모두 만족하는 P-No. 5A 튜브나 강관을 헤더에 필렛, 부분용입 또는 완전용입으로 부착할 경우에는 낮은 P-No의 PWHT 온도를 적용할 수 있다.

① 규정된 최대 Cr 함량 : 3%② 최대 치수 : DN100(NPS 4)③ 최대 두께 : 13㎜④ 규정된 최대 C 함량 : 0.15% 이하

개정된 ASME BPVC Sect. I은 푝의 최소 PWHT 온도 이상으로 가열되어야 하는 금속의 체적을 가열폭(soak band)으로 정의하고 있다. 이 가열폭은 최소한 용접부와 용접부 양단의 모재 그리고 열영향부를 포함해야 하며, 가열폭에 포함되어야 하는 각 모재의 폭은 용기 또는 동체(shell)의 두께 또는 50㎜ 중 작은 값과 같아야 한다(개정전: 용접 홈 최대 너비의 3배). 용접부 양단 모재의 상당량(a greater amount)을 온도구배 관리를 위해 가열할 수도 있다.

용접부는 규정된 온도까지 서열하고 규정된 유지시간 동안 유지해야 하며, 정적인 대기 중에서 426℃까지 서냉해야 한다.

표 6.5.12에서 호칭두께는 용접부 두께, 압력부 두께, 또는 이음 단면의 얇은 쪽 두께 중 가장 작은 값이다. 필렛용접부의 호칭두께는 목두께를, 부분용입과 모재의 보수용접의 경우는 홈의 깊이 또는 가공 깊이를 호칭두께로 한다. 홈과 필렛의 조합용접부의 호칭두께는 용착금속의 두께로 홈의 깊이와 필렛 목두께의 합으로 한다. 이 호칭두께의 정의는 압력배관과 상이하므로 그 적용시 유의해야 한다.

유지시간은 연속적이지 않아도 되며, 여러번에 걸쳐 PWHT를 실시할 경우 각 사이클 시간의 합으로 한다.

강관, 튜브 및 헤더의 가열폭은 강관, 튜브 및 헤더 전체로 해야 한다. 공장 용접부에 속하는 용기, 노즐, 용접 부착물 또는 이들과 연결 또는 부착되는 현장용접부에 대한 PWHT 방법은 ASME BPVC Sect. I 요건을 따라야 한다.

그리고 후육강관의 경우에는 두께에 따른 유지온도 도달지연 및 유지시간 미달 등에


모재최소

유지온도(℃)

호칭두께를 기초로 한 유지시간50㎜ 이하 50㎜ 초과

125㎜ 이하 125㎜ 초과P-No. 1, Gr. 1, 2, 3 595 2 min/㎜

최소 15min2hr + (50㎜ 초과분

25㎜당 15min)2hr + (50㎜ 초과분

25㎜당 15min)P-No. 3, Gr. 1, 2, 3 595 2 min/㎜

최소 15min2hr + (50㎜ 초과분

25㎜당 15min)2hr + (50㎜ 초과분

25㎜당 15min)P-No. 4, Gr. 1, 2 649 2 min/㎜

최소 15min 1hr/25㎜ 5hr + (125㎜ 초과분 25㎜당 15min)

P-No. 5A, Gr. 1P-No. 5B, Gr. 1 675 2 min/㎜


P-No. 5B, Gr. 2 705 2 min/㎜최소 15min 1hr/25㎜ 5hr + (125㎜ 초과분

25㎜당 15min)P-No. 6, Gr. 1, 2, 3 760 2 min/㎜


P-No. 7, Gr. 1, 2 730 2 min/㎜


P-No. 10I, Gr. 1 675 2 min/㎜

최소 15min 1hr/25㎜ 1hr/25㎜

기인한 루트부의 PWHT 효과 미흡에 의한 경도상승의 우려가 있으므로 가열속도, 유지시간, 열전대 부착위치 등을 면밀하게 검토할 필요가 있다.

국내 전력산업 분야의 시방서에는 최대 PWHT 온도가 규정된 최소 PWHT 온도보다 84℃를 초과하지 않아야 하며, 재료의 풀림(tempering) 온도보다 최소 14℃ 이상 낮아야 한다고 규정하고 있다.

표 6.5.12 용접후열처리

주1) 2min/㎜는 1hr/25㎜ 또는 1hr/in임.주2) PWHT 면제 조건은 그 경우가 다양하므로 기술을 생략한다. ASME BPVC Sect. I

Table PW-39의 Notes를 참조하기 바란다.

6.5.13 결함의 보수

육안검사나 누설검사 등에 의해 검출되어 불합격으로 판정된 균열, 핀홀, 불완전 용융 등 용접결함은 기계적인 방법이나 열가우징(thermal gouging)에 의해 제거하고 재용접 및 재시험해야 한다.

튜브와 헤더 또는 튜브와 드럼간의 용접이음부에 이미 PWHT가 수행되었을 경우 재작업(rework) 또는 필렛용접 형상 개선을 위한 국부적인 경미한 용접은 다음을 만족시킬 경우 PWHT를 반복하지 않아도 된다.


모재 최소 재작업 용접 예열온도(℃)P-No. 1 95

P-No. 3, Gr. 1 & 2 95P-No. 4 120

P-No. 5A 150

① 재작업 용접 깊이가 표면으로부터 드럼 또는 헤더 두께의 50% 중 작은 값 이하일 경우

② 재작업 용접부를 다음의 최소온도 이상으로 예열할 경우

③ 튜브의 외경이 P-No. 1 재료의 경우 170㎜를 나머지는 100㎜를 초과하지 않아야 한다.

④ 재작업 용접에 사용되는 WPS는 재작업 용접 두께와 PWHT 생략에 대한 ASME BPVC Sect. IX 요건에 의해 인정되어야 한다.

06 제 6장 보일러 - t1.daumcdn.net

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