Plate Flat Welding Flange의 용접 공정은 무엇입니까?

플레이트 플랫 용접 플랜지 이해

일반적으로 슬립온 플랫 용접 플랜지 또는 플랫 페이스 플랜지라고도 하는 플레이트 플랫 용접 플랜지는 산업용 배관 시스템에서 가장 널리 사용되는 플랜지 유형 중 하나입니다. 맞대기 용접이 필요한 용접 넥 플랜지와 달리 플랫 용접 플랜지는 파이프 끝 위로 미끄러져 들어가고 파이프 내부 보어와 외부 표면 주위 모두에서 필렛 용접을 통해 고정되도록 설계되었습니다. 이 디자인은 비용 효율적이고 조립 중 정렬이 더 쉬우며 수처리, 화학 처리, HVAC 및 일반 제조와 같은 산업 전반의 저압에서 중압 응용 분야에 적합합니다. 이 플랜지 유형에 대한 올바른 용접 공정을 이해하는 것은 조인트 무결성, 누출 방지 및 작동 스트레스 하에서의 장기 성능을 보장하는 데 필수적입니다.

는 플랫 용접 플랜지 일반적으로 사용 환경에 따라 탄소강(A105), 스테인레스강(304/316), 합금강 또는 연성철로 제조됩니다. 평평한 표면 밀봉 표면은 평평한 표면을 가진 장비와의 결합에 이상적이며, 전면 가스켓을 사용하여 하중을 균등하게 분산하고 가스켓 파열을 방지합니다. 용접 조인트의 품질이 전체 플랜지 연결의 신뢰성을 직접적으로 결정하기 때문에 모재 준비부터 용접 후 검사까지 용접 공정의 모든 단계는 ASME B16.5, AWS D1.1 및 ASME 섹션 IX와 같은 인정된 표준에 따라 정밀하게 실행되어야 합니다.

용접 전 준비: 고품질 접합의 기초

첫 번째 아크를 발생시키기 전 적절한 준비는 플랜지 용접에서 가장 중요한 단계입니다. 부적절한 준비는 현장 및 작업장 환경에서 발생하는 용접 결함의 대부분을 차지합니다. 플레이트 플랫 용접 플랜지의 경우 준비에는 용접이 시작되기 전에 모두 완료해야 하는 여러 상호 연결된 단계가 포함됩니다.

재료 검사 및 검증

장착 작업을 시작하기 전에 재료 테스트 보고서(MTR)를 기준으로 플랜지와 파이프를 모두 검사해야 합니다. 재료 등급, 열수, 치수 및 압력 등급이 모두 엔지니어링 사양과 일치하는지 확인하십시오. 용접 열로 인해 전파될 수 있는 적층, 구멍, 균열 또는 이음새와 같은 표면 결함을 확인하십시오. 탄소강 플랜지의 경우 탄소당량(CE) 값이 수소로 인한 균열을 방지할 수 있는 허용 범위 내에 있는지 확인하십시오. CE가 0.43 이상인 플랜지는 일반적으로 이러한 유형의 결함을 방지하기 위해 예열이 필요합니다.

표면 청소 및 탈지

의도한 용접 영역에서 최소 25mm(1인치) 내의 모든 표면을 철저하게 청소해야 합니다. 와이어 브러시, 플랩 디스크가 있는 앵글 그라인더 또는 기계식 청소 도구를 사용하여 파이프 외경과 플랜지 보어에서 밀 스케일, 녹, 페인트 및 산화를 제거합니다. 그런 다음 아세톤이나 이소프로필 알코올을 사용하여 솔벤트를 닦아내어 오일, 그리스 및 습기를 제거합니다. 이 모두는 완성된 용접에서 다공성과 수소 균열의 주요 원인입니다. 젖거나 축축한 표면에서는 절대로 용접을 시작하지 마십시오. 주변 습도가 높으면 용접을 시작하기 전에 화염 토치를 사용하여 접합 부위를 부드럽게 따뜻하게 하십시오.

맞춤 및 정렬

평평한 용접 플랜지를 파이프 끝 위로 밀고 파이프가 플랜지 면보다 약간(일반적으로 1.5mm~3mm) 확장되도록 위치를 지정하여 후면 필렛 용접이 적절하게 접근할 수 있도록 합니다. 정밀 정사각형 또는 디지털 레벨을 사용하여 플랜지 면이 파이프 중심선에 수직인지 확인하십시오. 파이프 직경 300mm당 1mm를 초과하는 오정렬은 일반적으로 허용되지 않으며 용접 토우에 응력 집중을 유발합니다. 전체 용접이 시작되기 전에 정렬을 유지하기 위해 원주 주위에 최소 3개 또는 4개의 동일한 간격 위치에서 플랜지를 가용접합니다.

재료 및 두께에 따른 예열 요구 사항

예열은 용접 전 모재의 온도를 높여 냉각속도를 낮추고 열충격을 최소화하며 수소균열을 방지하는 제어된 공정입니다. 플레이트 플랫 용접 플랜지의 경우 예열 요구 사항은 재료 유형, 벽 두께 및 관련 강철의 탄소 당량에 따라 달라집니다.

예열은 순산소 토치, 유도 가열 블랭킷 또는 저항 가열 패드를 사용하여 적용되어야 하며 온도는 접합되는 두 구성 요소의 용접 영역에서 최소 75mm 떨어진 접촉 온도계 또는 온도 표시 스틱(Tempilstiks)을 사용하여 확인해야 합니다.

플랫 용접 플랜지에 적합한 용접 공정 선택

는 choice of welding process significantly impacts the quality, speed, and mechanical properties of the finished flange weld. For Plate Flat Welding Flanges, the following processes are most commonly employed, each with specific advantages depending on the application environment.

• SMAW(차폐 금속 아크 용접/스틱 용접): 는 most versatile and widely used process for flange welding in field conditions. It works well on carbon steel and low alloy flanges, tolerates minor surface contamination, and requires minimal equipment. Use E6013 electrodes for general structural work or E7018 low-hydrogen electrodes for structural-grade carbon steel flanges requiring higher tensile strength and low diffusible hydrogen content.
• GMAW(가스 금속 아크 용접/MIG 용접): 더 높은 증착률과 더 깨끗한 용접으로 인해 작업장 환경에서 선호됩니다. 탄소강 플랜지에는 75% 아르곤 / 25% CO2 차폐 가스가 포함된 ER70S-6 와이어를 사용하십시오. GMAW는 생산성이 중요한 대구경 플랜지의 다중 패스 필렛 용접에 매우 적합합니다.
• GTAW(가스 텅스텐 아크 용접/TIG 용접): 는 highest-quality process, producing exceptionally clean and precise welds with minimal spatter. It is the preferred choice for stainless steel, duplex, and other high-alloy flanges where corrosion resistance must not be compromised. Use ER308L or ER316L filler wire for austenitic stainless steel flat welding flanges.
• FCAW(플럭스 코어 아크 용접): 더 무거운 벽의 파이프-플랜지 응용 분야에서 높은 증착 속도와 모든 위치 기능이 필요할 때 사용됩니다. 자체 차폐형 FCAW 변형은 가스 차폐가 중단될 수 있는 실외 또는 바람이 부는 조건에서 잘 작동합니다.

플랫 용접 플랜지의 단계별 용접 절차

는 actual welding of a Plate Flat Welding Flange involves two primary fillet welds: the outer fillet weld (between the outer face of the pipe and the front face of the flange) and the inner bore fillet weld (inside the bore of the flange, where the pipe inner diameter meets the flange back face). Both welds must be completed to achieve full joint integrity per ASME B31.3 and B16.5 requirements.

1단계 - 가용접 및 초기 설정

파이프에 플랜지를 정렬한 후 90도 간격으로 동일한 간격으로 최소 4개의 가용접을 적용합니다. 각 가용접은 길이가 최소 15mm 이상이어야 하며 전체 용접 과정 중 열 응력으로 인한 균열을 방지하기 위해 완전히 융합되어야 합니다. 계속하기 전에 가용접부를 육안으로 검사하십시오. 균열이 있거나 다공성인 가용접부는 계속하기 전에 연마하고 다시 용접해야 합니다.

2단계 - 외부 필렛 용접(전면)

는 outer fillet weld is the primary structural weld of the flat welding flange joint. For most applications under ASME B16.5, the minimum fillet weld size should equal the pipe wall thickness, typically ranging from 6mm to 12mm depending on nominal pipe size. Weld in a continuous pass around the circumference, maintaining consistent travel speed, arc length, and electrode angle (approximately 45 degrees to both the pipe and flange face). Use stringer beads for the first pass to ensure full root fusion, then apply weave passes for fill and cap layers as required by the weld symbol on the engineering drawing. Allow each pass to cool to interpass temperature limits before applying the next pass.

3단계 - 내부 보어 필렛 용접(뒷면)

는 inner bore weld is made on the back side of the flange, welding the pipe outer surface to the flange hub bore from inside. This weld is critical for pressure applications as it provides a secondary seal and structurally locks the flange against axial movement caused by thrust loads. On smaller diameter pipe where access is limited, use a short-arc process (SMAW with 3.2mm electrode) or GTAW with a bent filler rod to reach the interior. Apply at minimum a single-pass fillet weld that achieves full fusion at both weld toes. On stainless steel flanges, use a backing gas (pure argon purge at 5–10 CFH) inside the pipe to protect the bore weld root from oxidation.

4단계 - 층간 청소 및 슬래그 제거

각 용접 통과 후 치핑 해머와 스테인리스 스틸 와이어 브러시를 사용하여 모든 슬래그, 스패터 및 산화를 철저하게 제거합니다. 스테인레스 스틸 플랜지에는 표면 부식을 유발하는 탄소강 오염을 방지하기 위해 전용 스테인레스 와이어 브러시만 사용하십시오. 다음 레이어를 증착하기 전에 균열, 다공성, 언더컷 및 융합 부족이 있는지 각 패스를 육안으로 검사합니다. 층간 검사 중에 확인된 결함은 용접을 계속하기 전에 완전히 제거해야 합니다.

용접 후 처리: 열 및 표면 마감

용접 후 열처리(PWHT)는 용접의 급속 가열 및 냉각 주기 동안 발생하는 잔류 응력을 완화하기 위해 특정 재료 등급 및 벽 두께에 필요할 수 있습니다. ASME B31.3에 따른 압력 응용 분야의 탄소강 평면 용접 플랜지의 경우 일반적으로 벽 두께가 19mm(3/4인치)를 초과하거나 해당 서비스에 수소 또는 부식성 환경이 포함될 때 PWHT가 필요합니다. 탄소강의 표준 PWHT 온도는 595°C ~ 650°C(1100°F ~ 1200°F)이며, 두께 25mm당 1시간 동안 유지한 후 냉각을 제어합니다.

스테인리스강 플랜지의 경우 PWHT는 감작(결정립 경계에 크롬 탄화물이 침전되어 내식성이 크게 감소)을 유발할 수 있으므로 일반적으로 권장되지 않습니다. 대신, 용접 후 질산/불산 용액 또는 구연산을 사용한 산세 및 부동태화를 적용하여 열 착색 영역(산화 변색)을 제거하고 부동태 산화막을 복원하며 표면을 전체 내식성 잠재력으로 되돌립니다. 플랜지 실링면은 모든 열처리 후 플랫 페이스 그라인더 또는 래핑 도구를 사용하여 재마무리하여 0.1mm 이내의 평탄도를 보장해야 하며 이는 적절한 가스켓 안착에 매우 중요합니다.

용접 검사 방법 및 합격 기준

용접 무결성을 확인하기 위한 적절한 비파괴 검사(NDE) 없이는 플랜지 용접 작업이 완료되지 않습니다. 적용되는 검사 방법은 플랜지 어셈블리의 서비스 등급 및 재질에 따라 다릅니다.

• 육안 검사(VT): 는 baseline requirement for all welds. Check for surface cracks, porosity, undercut exceeding 0.8mm, incomplete fusion, overlap, and improper weld profile. The finished weld should have a smooth, uniform surface with a concave or flat face profile and full fusion at both weld toes.
• 액체 침투 테스트(PT): 표면 파괴 불연속성을 감지하기 위해 스테인리스강 및 비강자성 합금 플랜지에 적용됩니다. 유색 또는 형광 염료를 도포하고 침투시킨 다음 현상액으로 드러냅니다. 1.5mm보다 긴 선형 표시는 ASME 섹션 V 기준에 따라 거부 사유가 됩니다.
• 자분 시험(MT): 강자성 탄소강 플랜지에 사용되어 자속 누출 및 철 입자 표시기를 사용하여 표면 및 표면 근처 결함을 감지합니다. 단단한 표면 균열을 감지하는 데 VT보다 더 민감합니다.
• 방사선 사진 테스트(RT): 중요한 압력 서비스 애플리케이션에 필요합니다. RT는 내부 용접 품질에 대한 영구적인 필름 기록을 제공하여 용접 볼륨 내의 다공성, 함유물, 융합 부족 및 균열을 드러냅니다. ASME B31.3 일반 유체 서비스에 따른 허용 기준이 적용됩니다.
• 정수압 테스트: 는 final system-level verification, typically conducted at 1.5 times the design pressure held for a minimum of 10 minutes. A successful hydrostatic test with zero leakage at the flange joint confirms that the welding process has produced a fully pressure-tight assembly.

일반적인 용접 결함 및 이를 방지하는 방법

숙련된 용접공이라도 평면 플랜지를 용접할 때, 특히 접근하기 어려운 내부 보어 용접에서 또는 서로 다른 재료 조합으로 작업할 때 결함이 발생합니다. 가장 일반적인 결함의 근본 원인을 이해하면 용접공과 검사관은 사후 대응이 아닌 사전 예방적으로 시정 조치를 구현할 수 있습니다.

다공성은 전극 코팅의 습기, 오염된 모재 또는 보호 가스 적용 범위의 손실로 인해 가장 자주 발생합니다. 이는 적절하게 보관된 저수소 전극(120°C의 로드 오븐에 보관)을 사용하고, 철저한 표면 청소 및 아크를 시작하기 전에 보호 가스 흐름을 확인함으로써 방지됩니다. 언더컷(용접 토우를 따라 모재에 녹은 홈)은 과도한 열 입력, 부정확한 전극 각도 또는 너무 빠른 이동 속도로 인해 발생하며 적격한 WPS(용접 절차 사양) 내에서 이러한 매개변수를 제어함으로써 방지됩니다. 플랜지 용접에서 구조적으로 가장 위험한 결함인 융착 부족은 일반적으로 열 부족, 오염 또는 내부 보어 용접의 부적절한 기술로 인해 용접 금속이 모재 또는 이전 용접층에 접착되지 않을 때 발생합니다. 올바른 예열 적용, 적절한 전극/와이어 각도 및 적절한 전류량이 이 결함에 대한 주요 방어책입니다. 압력 서비스에서 평면 용접 플랜지에 대한 모든 용접은 ASME 섹션 IX에 따라 자격을 갖춘 용접공이 용접할 특정 재료, 프로세스 및 두께에 대해 테스트된 승인되고 문서화된 WPS 및 절차 자격 기록(PQR)을 사용하여 수행되어야 합니다.