용접절차 시방(WPS)과 인정

각종 시설물 및 기기의 제작, 설치와 관련된 용접작업을 수행하기 전에는 용접작업 후의 품질과 사용상의 성능을 충분히 확보하기 위해서 반드시 관련 용접절차서를 작성하고 용접사의 기량을 검정할 필요가 있다.

 

1.   용접절차 일반
      예비 용접절차 시방서 → 용접절차 시험 → 용접절차 인정 기록서 → 용접절차 시방서 → 생산 용접

 

2. 용어

   Welding Procedure   용접절차서

   Preliminary Welding Procedure Specification  (PWPS)   예비 용접절차 시방서

   Welding Procedure Specification (WPS)   용접절차 시방서

   Welding Procedure Test   용접절차 시험 (인정/확인 시험)

   Welding Procedure Qualification Test (PQ Test : 美)   용접절차 인정시험

   Welding Procedure Approval Record (WPAR)   용접절차 인정기록서

   Welding Procedure Qualification Test Record (PQR)   용접절차 인정시험 기록서

 

3. 범위

   용접절차 시방서(이하 WPS )는 용접작업 계획과 용접 중의 품질 관리에 필요한 사항을 제공하기

   위해 필요하다. 용접은 품질시스템을 위한 규격에서 특수 공정으로 구분되어 있는데 특수공정은

   서면으로 된 절차 시방서에 따라 수행되어야 하는 것으로 규정되어 있다.

   용접절차의 인정을 위한 특별한 방법을 사용하는 것이 응용규격의 필수요구 조건이 되는 경우가

   종종 있는데 이러한 요구조건이 없을 경우에는 계약 또는 발주단계에서 계약 당사자간의 합의에

   따라 절차 인정 방법을 결정한다.

 

4. WPS

   모든 용접작업은 생산하기 전에 계획되어야 있어야 하며 용접계획은 모든 용접 이음들에 대한

   WPS를 포함해야 한다. 시방서의 수준은 선택된 인정 방법과 상용되어야 하며 인정되기 전의 WPS

   는 예비 용접절차 시방서(이하 PWPS)로 분류되어야 한다.

   WPS는 용접작업이 어떻게 이루어져야 하는가에 대한 상세 내용을 제공해야 하며 용접업무와 관련

   된 모든 정보를 포함해야 하는데 WPS는 이음부들의 두께 범위외 모재 및 용가재들의 종류 범위를

   포함할 수 있다.

   WPS와 별도로 제작자는 실제 생산에 사용할 상세 작업 지시서를 준비해도 무방하다. 그러나 작업

   지시서는 제작자가 요구하지 않는다면 필수요건에 포함되지 않는다.

   만약 작업지시서를 준비하는 경우에는,

    - 인정된 WPS에 기초하여 작성해야 하며

    - 용접사가 직접 관리하는 용접절차의 모든 필수 변수들에 대한 값을 지정해야 한다.

       지정 값들은 기계의 셋팅값들과 WPS상에 정의된 필수 및 부가 변수들이 잘 일치할 경우 기계

       들의 셋팅값들로  줄 수 있다. 모든 용접사들은 실제 생산용접 전에 인정되어야 한다.

 

 4.1 WPS

용접시공의 반복성을 보증하기 위해 실제 용접에 필요한 변수들을 상세히 제공하는 서류를  말한다.

가.  WPS의 내용

1)   제작자 관련사항

     - 제작자 신원 확인

     - WPS 확인

2)   모재 관련사항

     - 모재의 확인, 가능하면 관련 규격을 참조로 표시함

     - 재료 치수

3)   모든 용접절차에 공통적 사항

용접법

이음부 형상

용접자세

이음부 홈 가공

용접 방법

이면 가우징 방법

받침

용가재 명칭

용가재 치수

용가재와 후럭스 및 취급 방법

전기적 변수

기계적 용접

예열 온도

패스간 온도

용접후 열처리(PWHT)

 

 4.2 예비 용접절차 시방서(PWPS)

 제작자에 의해 적절하다고 판단되나, 인정되지 않은 상태에 있는 WPS를 말한다.

 ASME Code하에 용접절차서를 검정하기 위해서 각 제조사는 Sect.Ⅸ로부터 요구되는 제반시험을 수행

 해야 하며, 제조자의 조직 내에서 용접작업 수행과 절차 검정에서 얻은 결과를 기록, 유지해야 할 책

 임이 있다.

 

예비 용접절차 시방서            

ASME Sect.Ⅸ에 따른 예비 용접절차 시방서의 인정
인정된 용접절차 시방서

 

5. WPS 검정 절차

1)   제작도, 기술 사양서 검토
2) Draft (Unqualified) WPS 작성

실 작업에 사용될 parameter에 가깝게 산정. QW-250, 260
3) 시험편 크기 결정

   요구되는 시험을 행할 수 있는 충분한 Size. QW-451, 462, 463
4) Draft WPS를 사용하여 시험편 용접. QW-210, 250, 260

   모든 필수 변수를 입회 감독하고 실제값을 기록. QW-200.2
   비필수 변수 또한 기재. Impact Test가 요구될 때 부가 필수 변수 기재
5) 용접 완료된 시험편을 요구 시험 조건에 맞게 절단. QW-462, 463

6) QW-451에 요구되는 시험 실시

    Impact Test 요구시 실시. SA- 370
7) QW-150, 180의 합격기준에 따라 결과 평가

    ASME Sect.Ⅸ의 요건에 맞는지를 보증하기 위하여 Draft WPS의 필수 변수 및 부가 필수 
    변수(Impact Test 요구시)와 시험 결과를 비교
 8) PQR 작성 및 Certify

 9) 생산 제작용 WPS작성 및 승인

     WPS 자재 혹은 기타 다른 QC 서류
10) 생산 용접 작업에 WPS 사용

 

6. 생산 용접 작업을 위한 올바른 Procedure 선정

⊙ 자재 사양
     자재 사양 → P-No 검토 → 시험목적에 부합하는 경제적인 (QW-422) 대용 자재 선정

⊙ 용가재 사양
    용가재 사양 → P-No 검토 → A-No 검토 → 보호가스 및 제한사항 → (QW-432).(QW-442) 결정            

 

SERVICE 제한사항

Code/Owner 요구조건 - 예열/PWHT(DWG 검토 포함) - Corrosion - Impact Test

 

 상용될 용접방법

필수, 비필수 변수 결정 - 생산 용접 형상 (QW-250) - 용접사 기량 - 이용가능한 용접설비

 

WPS 일반적 내용

1. WPS의 용어

⊙ W.P.S(용접사양서) : WELDING PROCEDURE SPECIFICATION

―재료의 특성에 따라 용접방법을 기술한 작업 기준서

⊙ P.Q.R(용접사양서 인증기록) : PROCEDURE QUALIFICATION TEST RECORD

―용접사양서를 작성하고 작성된 내용이 요구되는 결과치가 만족하는지를 시험한 결과서

⊙ W.Q(용접사 인증시험) : WELDER QUALIFICATION

―용접사의 자격시험

⊙ Q.W.L(유자격용접사 목록) : QUALIFIED WELDER LIST

―용접사 자격인증 시험에 합격한 용접사를 용접 방법, 인증일자, 작업가능 두께 등으로 분류하여 작성된 목록

  ▣ A.W.S(미국용접학회)  :  AMERICAN WELDING SOCIETY

  ▣ A.W.S CLASS NO.     :  AWS에서 용접재료를 특성에 따라 분류한 번호

  ▣ PASS                :  단위 길이로 용접된 한줄의 용착금속

  ▣ LAYER              :  단위 길이로 용접된 한층의 용착금속

  ▣ ROOT FACE          :  용접이음부의 면두께

  ▣ ROOT GAP           :  용접이음부의 간격

  ▣ BEVEL FACE         :  용접 개선면

  ▣ BEVEL ANGLE       :  용접 개선각도

  ▣ CHIPPING            :  파내기 작업의 통칭

  ▣ GOUGING            :  파내기, 아크에어 가우징, 산소불꽃 가우징 등이 있음.

  ▣ PEENING             :  응력 제거를 위하여 용접부를 두드려 주는 작업

  ▣ P.W.H.T               :  POST WELDING HEAT TREATMENT

                                   용접시 잔류응력제거를 위한 열처리 작업

 

2. WPS의 항목별 이해

2.1  WELDING PROCESS (용접방법)

SMAW : SHIELDED METAL ARC WELDING : 피복아크용접(SM)

SAW  : SUBMERGED ARC WELDING : 잠호용접(SA)

GTAW : GAS TUNGSTEN ARC WELDING : 비 소모전극성 아크용접(GT)

TIG   : TUNGSTEN INERT GAS ARC WELDING

GMAW : GAS METAL ASRC WELDING : 소모전극성 아크용접(GM)

MIG   : METAL INERT GAS ARC용접

MAG  : METAL ACTIVITY GAS ARC용접(CO2 용접)

FCAW : FLUX CORED ARC WELDING (FC)

 

2.2  WELDING JOINT(용접이음 형상)

JOINT DESIGN : 이음형태

GROOVE  : 홈용접

FILLET   : 교차이음

BACKING : 밑받침

2.3  BASE MATERIAL(모재)

P NO. : 재료의 화학성분 기계적 강도등에 따라 분류된 번호

-          P1  : 연강재

-          P3  : 연강에 0.5% 이하의 Mo, Cr 등 특수원소가 첨가된 재료

-          P4  : 연강에 1-2%의 Cr과 0.5% 의 Mo가 첨가된 재료

-          P5  : 연강에 2-5%의 Cr과 0.5%이상의 Mo가 첨가된 재료

-          P6  : MAARTENSITE계 스텐레스강재 (13% Cr, usu410)P7

                   강도와 경도가 요구되는 재료에 사용

-          P7  : FERRITE 계 스텐레스강재(SUS405, 430)

-          P8  : AUSTENITE계 스텐레스강재(18Cr-8Ni)

-          P9  : 연강에 Ni가 첨가된 강재

-          P10 : 고 Cr 스텐레스 강재(22Cr + 첨가원소) 

-          P31 : 동 및 동합금

-          P32 : NAVAL BRASS, AL-BRASS(Cu + Zn)

-          P34 : CUPRONIKEL(Cu + Ni)

-          P35 : BRONZE(청동)

-          P42 : MONEL(Ni + Cu)

-          P43 : INCONEL(Ni + Cr + Fe alloy)

-          P51 : 티타늄

* GROUP NO.  : 모재의 인장강도, 충격치 등에따라 분류된 번호 1.2.3

 

2.4  FILLER MATERIAL(용접재료)

* F NO.  : 용접재료의 용도, 용접법, 재질에 따라 분류된 번호

- F NO 4 : 연강용  SMAW용 용접봉

- F NO 5 : 스텐레스용 SMAW용 용접봉

- F NO 6 : GTAW용 용접봉 및 용접 WIRE

   

     * SFA NO. : ASME에서 분류한 용접자재의 사양

     * A NO. : AWS에서 분류한 용접자재의 사양이며, 철강재료에만 부여된다.

            용접성과 화학성분에 의하여 분류되고 같은 번호는 용접성이 거의 같다.

 

     * ALLOY : 재료에 첨가되어있는 특수원소의 양이 철강 5대원소의 함량보다 많은 재료를 칭한다.

              (5대원소 : 탄소, 규소, 망간, 인, 유황)

   - LOW ALLOY(저합금강) : 철강 5대원소를 제외한 첨가원소의 양이 5% 이하인 자재

   - HIGH ALLOY(고합금강) : 첨가원소의 양이 5% 이상인 자재

 

      [특수원소의 영향]

       Cr : 내부식성, 내열성 증가

       Mo : 내열성 및 인성 증가

       Ni : 저온에서 기계적인 강도의 증가

     * FLUX : 용착금속의 피복과 합금원소의 첨가 작용을 한다.

- 제조방법에 따라 용융형과 소결형이 있고,

- 합금성분에 따라 중성과 염기성이 있다.

 

2.5  용접자세

* POSITION(자세)

   - FLAT   : 아래보기

   - 홈용점  : 1G – 6G

   - FILLET  : 1F – 4F

* 진행방법

   - VERTICAL UP    : 수직상향방법

   - VERTICAL DOWN : 수직하향방법

 

2.6  열처리

* 최소예열온도 : 용접부 좌우 100MM 위치에서 실시

* 층간온도 : 과대 입열량 방지  

* 후열처리 : 통상 200-300도의 온도를 1시간정도 실시 확산성 수소 제거, 충격치 증가

 

2.7  용접전류 특성

* 전류형태

       - 직류(DC) 와 교류(AC)

* 극성

       - 정극성(SP) : 용접봉에 – 극이 연결상태 : 용입이 얇다

       - 역극성(RP) : 용접봉 + 상태, 용입이 깊다

* 전극

       - 텅스텐 전극 : EWTH-2 : 2% 토륨, CD용

                      EW     : 순텅스텐, AC용

2.8  용입기법

* 이동방법 : STRING, WEAVE

* 가우징방법 : 아크에어 가우징, 그라인딩

* 모재와 접촉튜브의 거리 : 팁과 모재간의 거리

* 용접층수 : 다층, 단층

 

3. WPS의 현장적용 요령

3.1 WPS의 작성절차

     - 모재의 재질 확인

     - 적정 용접 방법의 설정

     - 적정 용접 재료의 설정

     - 용접 사양서 작성

     - 사양서 확인 시험

     - 용접 사양서 확정

     - 관련공사에 적용

 

3.2     WPS의 현장 배포, 관리

   - 도면 및 용접기록서, 용접사양서를 공사별 담당자가 배포한다.

   - 현장에 배포되는 모든 용접사양 및 용접서류는 반장 또는 용접책임자가 접수한다.

   - 현장에 배포되는 모든 용접사양 및 용접서류는 용접책임자가 관리한다.

   - 용접책임자는 용접사가 항시 용접사양서를 보고 용접할 수 있도록 사양서를 작업장에 비치한다.

 

3.3 현장에서의 WPS 적용

    - 용접책임자는 해당공사의 용접사양서, 도면, 용접기록도(MAP)를 접수한다.

    - 각 용접부별 적용용접 사양서 번호를 확인한다.

    - 재료별, 용접방법별, 두께별 투입될 용접사를 확인한다.

    - 용접부별 재질 두께를 확인하여 용접이 가능한 용접사를 유자격 용접사명단에서 확인한다.

    - 용접 SEAM별 선정된 용접사를 지정한다.

    - 지정된 용접사는 시행할 용접부의 용접사양 확인한다.

    - 용접사양서의 내용에따라 용접재료를 청구 불출하고 용접작업을 한다.

    - 용접사는 용접작업 후 용접기록서에 결과를 기록한다.

  

WPS 작성 요령 

1. WPS 작성

각 용접작업의 작업기준이 되는 WPS의 작성에 관하여 ASME Boiler & Pressure Vessel  Code Sec.Ⅸ의 Sample WPS를 기준으로 각 항목을 설명하면서 WPS의 작성에 대해 알아본다.

 

(1)     Welding Procedure Specification No. 및 Supporting PQR No.

1)  WPS NO.

WPS NO.는 Welding Variable의 상이에 따라 분류가 가능하도록 문자, 숫자등을 조합하고 일련번호를 부여하거나, 문자 또는 숫자만으로 번호를 부여할 수도 있다.

예)  WP-1 , WP-2 , WP-3

      KWP-A , KWP-B , KWP-C

1-1-1, 1-1-2 , 1-1-3

1-1-M-1 , 1-1-M-2 , 1-1-M-3

    * Date  :  WPS 작성일자

    ** Revision NO.  :  WPS 내용수정 횟수에 상당하는 번호

                    Date  :  Revision 일자

2)  Supporting PQR NO.

WPS의 인증을 위해 실시한 Procedure Qualification Test의 Record NO.로서 WPS NO.와 관련될 수 있도록 번호를 부여하는 것이 좋다.

(2) Welding Process 및 Type

Welding Process란에는 선정된 용접방법을 기재하고 Type란은 Welding Process의 작업방법 즉, 자동, 반자동 및 수동 등의 용접작업 방법을 기입한다.

Welding Process로는 SMAW, SAW, GTAW, GMAW, PAW, ESW, EGW, EBW, FCAW 등이 있고 이들 중 선정된 방법이 WPS의 Welding Process란에 기재된다.

 

SMAW : 피복아크용접   GTAW : 가스 텅스텐 아크용접   EGW : 일렉트로 가스용접

SAW : 서브머지드 용접   ESW : 일렉트로 슬래그용접   FCAW : 플럭스코어드 용접

GMAW : 가스 메탈 아크용접  PAW : 플라즈마 용접  EBW : 일렉트로 빔용접

 

(3) Joint (QW-402)

1) Joint Design

용접하고자 하는 모재(Base Metal)의 용접 이음부 형상을 기재하는 란으로 용접개선형상의 스케치에는 Base Metal Thickness, Root Gap, Root Face, 개선각도 등을 허용공차와 함께 표시하고 용접층의 수를 Pass 순서에 따라 표시한다.

2) Backing & Backing material

용접시 Root Pass의 이면을 보호하기 위한 Backing재의 재질, 형상들을 기록한다.

Backing 재료는 용접부의 용락방지, 고능률, 고품질 달성을 위해 사용되어지며 재료로는 수냉식 동판, 플럭스, 강판, 세라믹, Weld Metal 등이 있다.

 

(4) Base Metal (QW-403)

1)  P-NO. & Gr.NO (QW-421)

용접작업을 할 모재의 재료 특성 즉, 화학성분, 용접성 및 기계적 성질 등에 따라 분류한 번호로써 P-NO.는 대분류이고 Gr-NO.는 P-NO.내의 소분류로서 Ferrous Base Metal에만 분류되어 있다. P-NO.로 분류되어 있지 않은 재질의 모재일 경우 재질명을 기입한다.

예)  API 5LX, AWWA C106

2) Specification and Grade

Base Metal의 특성에 따라 분류된 Spec. NO. 및 Grade를 기입한다.

ASME SEC.Ⅸ QW-420참조

ASME Code에 규정되지 않은 재질은 4.1항 P-NO란과 동일하게 기재할 수 있다.

3) Chem. Analysis and Mech. Prop.

Base Metal의 화학성분 및 기계적 성질을 기입하는 란으로 4.1항 및 4.2항이 기입되는 경우 생략할 수 있다.

4) Thickness Range

작성되는 WPS로 용접작업을 할 수 있는 모재의 두께 범위 및 용착금속의 두께 범위를 기록한다. 이 모재의 두께 범위는 Procedure Qualification 및 Performance Qualification Test시의 시험편(Test coupon)의 두께와 관련되기 때문에 QW-451 및 QW-452에 의거, 결정하여야 한다.

Fillet 용접인 경우 두께는 목두께를 기입한다.

(5) Fillet Metals (QW-  )

1)  F-No.

용접봉을 사용 특성에 따라 분류한 번호로서 ASME SEC.Ⅸ, QW-430을 참고할 수 있다.

2)  A-No.

선정된 용접봉을 사용하여 용접한 용착금속의 화학적 성분에 따른 분류로서 ASME SEC.Ⅸ, QW-440에 따른다.

3) SFA Spec.

SFA Spec.No.는 AWS 규격의 A-Spec.분류와 동일한 것으로서 모재와 용접방법에 따라 용접봉이 분류된 것으로 ASME SEC.Ⅱ PART C에 따른다.

4) AWS Class

AWS규격의 A-Spec.으로 분류된 용접봉을 인장강도, 적용용접방법, 용접자세, 피복제의 종류 및 화학성분 등에 따라 분류한 것으로서 ASME SEC.Ⅱ PART C에 따른다.

 

* SMAW (피복아크용접재료)

 E  (A)(A)  (B)  (C) ,     예) E6001, E7016

 E  :  Electrode의 머리글자

(A)       : 용접봉의 최소인장강도

(B)        : 적용가능한 용접자세

0, 1 : 전 자세

2          : 아래보기, 수평 Fillet

3          : 아래보기

4          : 특정 자세

(C) 

0         : High-Cellulose Sodium

             High-Iron Oxide

1         : High-Cellulose Potassium

2         : High-Titania Sodium

3         : High-Titania Potassium

4         : Iron Powder Titania

5         : Low-Hydrogen Sodium

6         : Low-Hydrogen Potassium

7         : Iron Powder, Iron Oxide

8         : Iron Powder, Low-Hydrogen

9         

        * SAW (서브머지드 아크용접)

         F  (A) (B) (C)  -  E  (D) (E) (F)     예) F7A6-EL8, F7A6-EM12K

 

         F   : Flux의 머리글자

(A)        : 최소인장 강도 (×10000 PSI)

(B)         : 열처리 조건 :  “A”-   As-Welded

                     “P” -   Postwelded Heat Treated

(C)         : 용착금속의 충격강도가 20ft-lb(27J)를 초과하는 최저온도 “6” :  -60℉

        E    : Electrode의 머리글자

(D)        : 망간함량 표시 -  L : 저망간 (0.60% Max.)

                       M : 중간망간 (1.25% Max.)

                       H : 고망간

(E)         : 탄소함량의 백분율 표시

(F)         : Silicon Killed 여부

 

       * GTAW, GMAW, (TIG, MIG 용접재료) 

        ER  (A)  S - (B)   ER  (A’) - (B’)

 

        E  : Electrode의 머리글자

        R  : Rod의 머리글자

(A)   : 최소 인장강도

S  :  나선(Bare Solid Electrode of Rod)을 의미

(B)    : 화학성분에 따른 분류

(A’), (B’)  : 화학성분에 따른 분류

예)  ER 308,  ER 308L

     ER 70S-2,  ER 70S-G

5)  Size of Filler Metal

작성하는 WPS로 용접작업을 하는데 필요한 용접봉의 직경을 기재하는 것으로 F 2.0, F 2.4,

F 3.2, F 4.0 등과 같이 기입한다.

6)  Electrode-Flux (Class) & Flux Trade Name

용접시 산화물 및 기타 용접에 유해한 물질을 용융금속으로부터 분리, 제거하기 위해 사용되는 용제(Flux)의 등급, 상표명 등을 기재.

7)  Consumable Insert

Root Pass 용접시 용접면 이면에 삽입되어 용착되는 Insert의 재질, 형상 및 크기를 기록.

 

(6)     Positions (QW-405)

작성중의 WPS에 적용하고자 하는 용접자세를 기재하는 난으로서 Groove Position과 Fillet Position으로 구분하고 다시 용접재료에 따라서 Plate와 Pipe로 구분한다.

1)  Position(s) of Groove (QW-120)

가.  Plate 소재 (QW-120)

1G : 모재를 수평으로 놓고 위에서 아래보기 용접

2G : 모재를 수직으로 놓고 수평방향으로 용접

3G : 모재를 수직으로 놓고 수직방향으로 용접

4G : 모재를 수평으로 놓고 아래로부터 위보기 용접

나.  Pipe 소재 (QW-122)

1G : 모재를 수평하게 놓고 회전시키면서 위에서 아래보기 용접

2G : 모재를 수직으로 고정하고 수평방향으로 용접

5G : 모재를 수평으로 고정하고 모재 주위를 돌면서 용접

6G : 모재를 수평선상에서 45˚기울게 고정하고 모재 주위를 돌면서 용접

2)  Position(s) of Fillet (QW-130)

가.  Plate 소재 (QW-130)

1F : (Flat Position)

    용접될 두 개의 모재를 수평선상으로부터 45˚기울게 하고 위에서 아래보기 용접

2F : (Horizontal Position)

    용접될 모재를 수직방향 및 수평선상에 놓고 용접봉을 45˚기울게 하여 수평방향 용접

3F : (Vertical Position)

    두 개의 모재를 수직방향으로 놓고 수직방향으로 용접

4F : (Overhead Position)

      두 개의 모재를 각기 수직선상 및 수평선상에 놓고 용접봉을 45˚기울게하여 수평으로

      위보기 용접

나.  Pipe 소재 (QW-132)

1F : (Flat Position)

      Pipe의 축이 수평선과 45˚를 이루게 하고 회전시키며 수직방향에서 아래보기 용접

2F & 2FR: (Horizontal Position)

   - 2F : Pipe 축이 수직되게 고정시키고 용접봉을 45˚기울게 하여 모재 주위를 돌면서

           아래보기 용접

   - 2FR : Pipe축이 수평되게 하고 회전시키며, 용접봉을 45˚기울게 하여 아래보기 용접

   - 4F : (Overhead Position)

           Pipe 축이 수직되게 고정하고 용접봉을 45˚기울게 하여 위보기 용접

   - 5F : (Multiple Position)

           Pipe축을 수평으로 고정시키고 모재 주위를 돌면서 여러가지 자세로 용접

3) Welding Progression

용접작업의 진행방향을 표시하는 난

UP – 밑에서부터 위로 용접작업을 진행

DOWN – 위에서부터 아래로 용접을 진행

 

(7) Preheat (QW-406) – ASME SEC.Ⅷ.DIV 1. APPENDIX R 참조

고온의 용접열에 의한 모재 및 용접금속의 유해영향을 경감하기 위하여 용접작업 전에 모재의 종류에 따라 용접이음부를 가열하는 것으로 최소 온도값을 기재한다.

예열 목적 : 저온균열 방지, 기계적 성질 향상, 경화조직 생성방지, 변형 및 잔류응력 감소, 

                Blow Hole 생성방지

1)  Preheat

가.  P-No.1, Gr No.1,2,3

 가) 최대 탄소함량이 0.30%를 초과하고 두께 1˝(25mm)를 초과하는 모재 : 175℉ (79℃)

 나) 상기 P-No.의 기타 모든 모재 : 50℉ (10℃)

나.  P-No.3, Gr No.1,2,3

 가) 최소 인장강도가 70000psi(483-Mpa, 49.22Kg/cm2)를 초과하거나 두께가 5/8 inch(16mm)를

     초과하는 모재 : 175℉(79℃)

 나) 상기 P-No.의 기타 모든 모재 : 50℉(10℃)

다.  P-No.4, Gr No.1

 가) 최소 인장강도 60000psi(414Mpa, 42.18Kg/cm2)를 초과하거나, 두께가 1/2 inch(13mm)를

     초과하는 모재 250℉(121℃)

 나) 상기 P-No.의 기타 모든 재질 : 50℉(10℃)

 다) P-No.5A AND 5B, Gr No.1

            1) 최소 인장강도가 60000psi(414Mpa, 42.18Kg/cm2)를 초과하거나 최소 크롬함량이 6.0%

    이상이고 두께가 1/2 inch(13mm)를 초과하는 모재 : 400℉(204℃)

  2 ) 상기 P-No.의 기타 모든 재질 : 300℉(149℃)

         라) P-No.6, Gr No.1,2,3

            400℉(204℃)

         마) P-No.7, Gr No.1,2 : 불필요

         바) P-No.8, Gr No.1,2 : 불필요

         사) P-No.9

            P-No.9A, Gr No.1 : 250℉(121℃)

            P-No.9B, Gr No.1 : 300℉(149℃)

         아) P-No.10

            P-No10A Gr No.1 : 175℉(79℃)

            P-No.10B Gr No.2 : 250℉(121℃)

            P-No.10C Gr No.3 :175℉(79℃)

            P-No.10F Gr No.6 : 250℉(121℃)

 

         * P-10D, Gr 4 및 P-10E Gr.5의 모재는 300℉(149℃)로 예열하고 300℉(149℃)로 예열하고

          300℉(232℃)사이의 Interpass 온도를 유지해야 한다.

 

        자) P-No.11

           (가) P-11A

               Gr. 1 : 불필요 (Note 참조)

               Gr. 2 : P-No.5와 동일

               Gr. 3 : P-No.5와 동일

               Gr. 4 : 250℉(121℃)

           (나) P-11B

               Gr. 1 : P-No.3과 동일 (Note 참조)

               Gr. 2 : P-No.3과 동일 (Note 참조)

               Gr. 3 : P-No.3과 동일 (Note 참조)

               Gr. 4 : P-No.3과 동일 (Note 참조)

               Gr. 5 : P-No.3과 동일 (Note 참조)

               Gr. 6 : P-No.3과 동일 (Note 참조)

               Gr. 7 : P-No.3과 동일 (Note 참조)

 

   Note : 열처리된 재질의 기계적 성질에 유해한 영향을 주는 것을 방지하기 위해 두께에

         따라Interpass Temperature의 한계가 주어져야 한다.

 

2)  Interpass Temperature

용접작업을 진행하는 동안 용접입열에 의해 상승되는 모재의 온도로서 모재의 금속조직 또는 기계적 성질이 변화하지 않도록 최대치를 규제해야 할 경우 그 최대 허용치를 기재한다.

 

3)  Preheat Mainternance

용접후 후열처리가 필요한 경우 용접작업이 끝나고 후열처리 작업에 들어갈 때 까지 계속해서 예열온돌 이상의 온도를 유지하여 용접부가 급냉으로 인한 손상을 받지 않도록 하기 위한 가열 수단을 기재 (예, 전기저항선, Gas Burner 등)

 

    (8) Postweld Heat Treatment (QW-407)

       용접작업후 용접부의 잔류응력제거 및 연화, 균열방지등을 위해 용접후 열처리를 하는 것으로서,

       탄소강 및 저합금강, 고합금강 등에 대한 후열처리 조건은 ASME Sec. VII. DIV.1의 UCS-56 &

       Table UCS-56, UHA-32 & Table에 의하면 다음과 같다.

 

* PWHT 목적 : ·균열의 방지

                        ·충격적인성치 향상

                        ·내식성(SCC) 향상

                        ·변형 및 잔류 응력 감소

 

재   질	일반열처리 유지 온도 ℉ (℃), Min	공칭 두께에 한 일반열처리 온도에서의 최소 유지시간
		1 ≤2＂	2＂＜ t ≤ 5＂	T ＞ 5＂
P-No. 1 Gr. No. 1,2,3	1,100(593)	1hr/in, (최소 15분)	2hr ＋ 15분 (2＂이상의       매 1＂증가마다)	2hr ＋ 15분 (2＂이상의       매 1＂증가마다)
P-No. 3 Gr. No. 1,2,3	1,100(593)	1hr/in, (최소 15분)	2hr ＋ 15분 (2＂이상의       매 1＂증가마다)	2hr ＋ 15분 (2＂이상의       매 1＂증가마다)
P-No. 4 Gr. No. 1,2,3	1,100(593)	1hr/in, (최소 15분)	1hr/in	5hr ＋ 15분 (5＂이상의       매 1＂증가마다)
P-No. 5	1,250(676) * 1,300(P-No. 5B. Gr. 2)	1hr/in, (최소 15분)	1hr/in	5hr ＋ 15분 (5＂이상의       매 1＂증가마다)
P-No. 6 Gr. No. 1,2,3	1,250(676)	1hr/in, (최소 15분)	2hr ＋ 15분 (2＂이상의       매 1＂증가마다)	2hr ＋ 15분 (2＂이상의       매 1＂증가마다)
P-No. 7 Gr. No. 1,2	1,350(732)	1hr/in, (최소 15분)	상동	상동
P-No. 8 Gr. No. 1,2,3	--	--	--	--
P-No. 9A	1,100(593)	1hr/in, (최소 15분)	1hr/in	5hr ＋ 15분 (5＂이상의       매 1＂증가마다)
P-No. 9B Gr. No. 1	1,100(593)	상동	상동	상동
P-No. 9B Gr. No. 1	1,100(593)	상동	상동	상동
P-No. 9B Gr. No. 1	1,100(593)	상동	상동	상동
P-No. 9B Gr. No. 1	1,100(593)	상동	상동	상동
P-No. 9B Gr. No. 1	1,250(676)	상동	상동	1hr/in
P-No. 9B Gr. No. 1	1,100(593)	상동	상동	5hr ＋ 15분 (5＂이상의       매 1＂증가마다)
P-No. 9B Gr. No. 1	--	--	--	--
P-No. 9B Gr. No. 1	--	--	--	--
P-No. 9B Gr. No. 1	1,350(732)	1hr/in, (최소 15분)	1hr/in	1hr/in

 

     (9) Gas (QW-408)

      1) Shielding Gas

        불활성 가스용접 또는 CO2 가스 용접시 용융 Pool의 보호를 위해 사용되는 보호 가스의 종류를

        기재하는 난

―예, Argon 99.99%

Argon - 2% O2

CO2

He 99.99%

      2) Percent Composition (Mixtures)

        1)항에 기재된 보호가스의 혼합 비율을 기재

       

      3) Flow Rate

        용융 Pool의 보호를 위해 사용 보호가스의 유량을 표시하는 난

        ―단위 : 1/min, Cfm, Cfh, Cmh

            예  : 8-12 1/ min, 50-70 Cfh

 

      4) Gas Backing

        용접작업시 용접 이음면의 이면을 보호하기 위해 사용되는 가스의 종류, 순도 및 유량을 기재

        하는 난

        ―예 : Argon – 99.9%, N2 – 99.9%

 

      5) Trailing Shielding Gas Composition

        용접시 Torch가 지나가고 난 후에도  응고되지 않은 용접 Bead의 보호를 위해 사용되는 보호

        가스의 종류 및 성분을 기재하는 난

        ―예 : CO2 – 99.9%

   

   (10) Electrical Characteristics (QW-409)

               1) Current (AC or DC) & Polarity

        용접 작업시 사용하는 전류의 종류와 직류일 경우의 극성의 종류를 기재하는 난

          ·Current : AC or DC

          ·Polatity : 정극성 (Straight Polarity : SP)

          역극성 (Reverse Polarity : RP)

 

          * 정극성 (SP) ―직류전류 용접시 모재가 ＋극, 용접봉 또는 비소모성 전극을 －극으로

             하는 경우로 용입이 깊고 Bead 폭이 좁다.

          * 역극성 (RP) ―직류전류 용접시 모재를 －극, 용접봉 또는 비소모성 전극을 ＋극으로

             하는 경우로 용입이 얕고 Bead 폭이 높다.

 

⊙직류 및 교류 전원 특성 비교

전   원	직     류	교       류
Arc의 안정성 비 피복봉 사용 극성 변화 자기 쏠림 방지 무부하 전압 전격의 위험 구조(용접기) 고장률(용접기) 가격(용접기)	우수 가능 가능 불가능 약간 낮음 적음 복잡 적음 고가	약간 떨어짐 불가능 불가능 가능 높음 많음 간단 많음 저렴

 2) Amps(Range) & Volts(Range)

 

작성하는 WPS로 용접시공을 할 때의 적정 전류치 및 전압치의 범위를 기재하는 난으로 각 용접

봉의 크기, 용접자제, 모재의 종류 및 두께에 따라 전류치 범위 및 전압치 범위를 기록해야 한다.

     Note 

Heat Input : Impact Test가 요구될 경우 Process 별로 PQR의 최대 Heat Input 보다 적게

유정해야 한다.

Heat Input 계산식은 다음과 같다.

 Voltage ×Amperage ×60

                H.I (J/in)    =

                Travel Speed (in/min)

     3) Tungsten Electrode Size & Type

       용접 Process가 GTAW인 경우 전극으로 사용되는 Tungsten봉의 크기 및 Type을 기재하는 난으

       로 ASME Sec. II Part C의 SFA-5.12(Tungsten Arc Welding Electrode)를 참조한다.

          - Size : Φ0.3 – Φ6.4

               B Type EW

                          EW : Tungsten Electrode

                                  (B) : pure Tungsten 첨가 Tungsten

              EW Th – 1, 2.0 Φ

              EW Th – 2, 2.4 Φ

    4) Mode of Metal Transfer for GMAW

        용접 Process가 SMAW인 경우 용접 Wire 선단의 용융금속이 모재의 용융 Pool로 이행하는

        방법으로 Spray Transfer, Globular Transfer, Short – Circuiting Rtansfer, Pulsing- Arc Transfer

        등이있다.

    5) Electrode Wire Feed Speed Range

        자동 또는 반자동 용접 Process인 경우 용접 Wire의 이송 속도를 기재하는 난

            - 단위, m/min, in/min

                 예, 200- 450 in/min

 

(11) Technigue(QW - 410)

      1) String or Weave Bead

        용접봉익 운봉에 따라 결정되는 Bead의 형상을 표기하는 난

        ·String : Weaving이 없이 Bead의 형상이 한 방향으로 곧고 매끈하다.

        ·Weave : 용접봉을 용접 방향에 대하여 옆으로 고대로 움직이며 용접하는 방법으로 파형상의

                     용접 Bead가 만들어진다.

                        예, SMAW 수동용접 Bead

                             GTAW 수동용접 Bead

2) Orifice or Gas Cup Size

        보호가스 용접(GMAW, GTAW, CO2 용접등) Process에서 보호가스가 분출되는 Nozzle의 재질 및

        크기를 기재하는 난

        ―Nozzle의 외경 또는 Gas Cup의 크기 번호를 기재

3)  Initial and Interpass Cleaning (Brushing, Grinding, etc.)

        용접 이음면의 가공방법 및 청소방법, 용접 Pass간의 청소 방법의 수단을 기재

        ―예, Initial Cleaning – Grinding & wire Brushing, etc.

               Interpass Cleaning – wire Brushing

4)  Method of Back Gouging

     양면 용접을 할 경우 일면 용접을 끝내고 앞면 용접을 하기전에 용접부 건전성 확보를 위해

     초층 용접 Bead 부를 파내는 방법

        ―예, Grinding

               Gouging후 Grinding

               Gouging후 Machining

5)  Oscillation

        용접폭이 넓은 경우 용접 시공상 한번의 Pass로 넓은 범위에 용입을 하고자 할 때 용접기를

        지그재그식으로 진동을 주어 이동하는 방법으로 이때 진동의 폭(Width), 진동수(Erequency) 및

        진동의 끝 부분에서 멈추어 지체되는 시간(D.TIME) 등을 기재한다.

6)  Contact Tube to Work Distance

        SAW, FCAW, GMAW등에서 전극봉에 전극을 주는 Contact Tube와 용접하려는 모재의 거리를

        기재하는 난으로 용접성능과 ARC의 성질이 이 거리에 의해 좌우된다.

        일반적으로 15 ―20mm 정도로 한다.

7) Multiple or Single Pass(Per Side)

        용접을 행하는 각 면마다의 Pass가 단층 용접인가 다층용접인가 하는 것을 기재한다.

8) Multiple or Single Electrode

        용접시공시 사용하는 전극이 단극이냐 다전극이냐를 기재한다.

9)Travel Speed(Range)

        용접시공시 용접봉의 이송속도 또는 용접봉 고정시의 모재 이송 속도 범위를 기재하는 난

          ―단위, Cm / min

                     m / min

                     in / min

   

10) Peening

     Peening은 용접부를 구면상의 선단을 갖는 특수 Hammer로 연속적으로 타격하여 표면층에

     소성변형을 주는 조작으로 용착부의 인장응력을 완화하고 용접변형의 경감 및 용착금속의

     균열방지에 유용한 작업으로 용접 Pass간의 실시 여부를 기재한다.

11) Others

    기타 용접작업과 관련된 필요 사항을 기재한다.

      * Weld Layer, Process, Filler Metal, Current, Volt Range, Travel Speed Range, Other등이 기록된Table은

       지금까지 기재된 각항중 주요사항을 요약 도표화 한 것이다.

      * QW-438의 Format는 작성하는 WPS의 Qualification을 위해 실시하는 용접작업 사항과 관련시험

        종류 및 그 결과를 기록하는 양식으로 PQR에 기록된 대로 용접작업을 하고 그에따른 관련시험

        에서 이상이 없을 경우 그 PQR는 작성된 WPS를 Supporting 하게된다.

      * QW-484의 Format는 용접사 기량시험을 실시하기 위해 작성되는 양식으로 용접사 기량 시험시의

        용접작업 사항과 관련 시험결과를 기재하도록 되어 있다.

 

 용접 검사 및 작업안전

1.   용접검사

1) 용접검사의 구분

   - Procedure Inspection ―용접전·중·후의 용접재료, 설비, 시공, 용접사 기량, 용접후 처리

   - Acceptance Inspection ―용접후 제품의 완성 여부, 설계

2) 용접검사 종류

   - 용접전 검사 : 용접설비, 모재, 용접재료, WPS, 용접공 검정

   - 용접중 검사 : 용접재료의 보관 및 건조상태, 이음표면상태, 융함 상태, 용입, Slang혼입, 터짐,

              Crater처리, 용접순서, 예열온도 및 층간온도

   - 용접후 검사 : 후열처리, 변형교정, 용접결함, 치수

3) 검사량에 따른 구분 : 전수 검사 

                                    체취 검사

4) 용접검사법의 구분

   - 파괴 시험법

   - 비파괴 시험법

5) 용접검사자 숙지사항

   - 도면, Spec., WPS, 적용규정 등의 해석 및 이해

   - 검사물의 사용목적과 사용환경

   - 사용재료, 설계 및 시공방법에 관한 지식

   - 용접조건 및 용접환경의 파악

6) 용접검사 기준

    용접검사의 궁극적 목적은 설계상의 용접이음부의건전성과 사용성을 확보하기 위한 것이다. 이를 위한

    용접 검사의 기준은 크게 다음과 같이 구분 할 수 있겠다.

   - 승인도면

   - 용접 절차서(WPS)

   - 적용 Code, Specification, Standards

      검사기준은 통상 관련 적용 Code 및 Specification, Standard등을 참조하여 단일검사 기준서로

      작성되는 경우가 많으나, 적용규격을 명시만 하는 경우도 있다.

      따라서 용접 검사자는 해당 용접작업과 연관된 제반 규정에 대한 충분하 사전지식이 필요하며, 검사시

      원활히 적용할 수 있어야 한다.

      용접검사와 관련하여 적용빈도가 높은 규정으로서는 아래와 같은 Code를 들 수 있다.

   - Steel Structure : WPS D1.1

                      D1.3

                      D1.4

  - Boiler & Pressure Vessel : ASME Boiler & Pressure Vessel Code

  - Pipe : ANSI B31

 

2. 작업 안전

   1)아크 용접 안전

재해종류	원   인	대   책
전격(감전)	·Holder의 통전부 노즐 ·용접봉단의 신체접촉 ·용접기의 절연불량 ·물기, 습기가 있는 장소 작업 ·용접공 신체가 땀으로 젖거나 복장   이 젖어 있을 때	·용접기의 자동전격 방지 장치구비 ·절연 Holder의 사용 ·용접공의 절연복장(신체노출 회피) ·지정한 방법의 스위치 개폐 ·작업중지시 스위치 Off
아크광에의한 재해	·눈의 아크 노출 ·차광력이 좋지 못한 보안경의 착용	·적절한 보안경의 착용 ·차광막, 차광칸막이 사용
Spatter에 의한 화재, 화상 및 폭발	·Spatter의 비산 -          휘발성물질 및 폭발성 물질의 용접장 근접위치 -          연소재의 용접장 근접위치	·용접장의 정리정돈 ·인화물질의 제거 ·연소물질의 제거
가스중독	·산화 아연 가스 ·일산화 탄소 ·불소가스, 사염화 탄소 ·용접 Fume	·방독마스크 착용 ·작업장의 적절한 환기
질식	·협소공간에서의 가스의 누출	·적절한 통풍 ·감시인

 

 

2) 가스용접 및 절단시 안전

재해종류	원   인	대   책
가스불꽃에 의한 재해	·가스불꽃 백심의 자외선, 적외선	·차광 보호안경 착용
화재, 화상, 폭발	·절단 Spatter의 비산 ·역화	·가연성 물질 제거 ·소화기의 배치 ·적절한 작업 복장 ·역화방지기 사용 ·Tip 끝의 이물질 제거 ·용기 빛 밸브의 취급 주의
가스중독	·일산화 탄소 ·산화 아연 가스 ·토오치 또는 호스의 가스누출	·필요시 방독마스크 착용 ·적절한 환기 ·가스누설의 예방

 

 

3)    작업 조건성의 안전

고소작업 대책 : ·안전모와 안전벨트 착용

                      ·작업장소의 울타리 및 방어망 설치

                      ·고정 작업공구대 설치

                      ·전용 계단, 트랩 등의 설치

                      ·작업장 밑의 청소 및 연소물질 제거

 유해가스 및  : ·전용 통풍장치 설치

                      가연성 가스   ·충분한 통풍