purge는 왜 필요한가?purge를 안해도 되는 조건은?

Carbon steel은 purge가 필요없을까?

Carbon steel로 사용하는 모재는 내식보다는 내열에 사용(CS재질에 Cr , Mo , Ni 일부첨가 합금소재),

특히 고온에 많이 사용됩니다.

그러나 CS재질 중에서도 Cr 이 4% 이상(API RP 582-2001, Para 7.3 은 4% Cr 함유 / AWS D10.1996.Para 4.2 4% Cr 함유된 모재 재질)

이면 Purging을 하여야 하고 미만이면 용접후 잔류하는 불필요한 가스를 제거 하지 않아도 됩니다. 

스테인레스 ,티타늄 불활성가스 용접시에는 고온의 불활성가스( Ar , He 가스사용)를 사용함으로 용접모재에 많은 산화가 이루어 집니다.

그러나 CS재질에는 가스용접시 CO2가스(Ar가스보다 용융온도가 낮음)를 사용함으로 모재의 산화율이 적습니다.

Stainless steel는 purge가 왜 필요한가?

스테인레스의 특성중에 하나는 녹이 슬지 않아야 한다는 점입니다. 그런 특성을 확보하기 위해서는 용접부를 Ar로 보호하면서 용접을 진행합니다. 

AWS에서는 완성된 용접부의 산소 농도를 기준으로 합부 판단 기준을 제시하고 있으며, 산소 농도가 150ppm 이상이 되면 산세를 해서 제거하거나 다시 용접하도록 추천합니다. 

참고로 API에서는 1.25 Cr 이상의 강종에 대해서 보호가스 분위기에서 용접을 하도록 요구합니다. 

그런데, 질소를 써서 용접하는 것은 삼가해야 합니다. 옳지 않은 방법입니다. 질소를 조금 섞어서 쓸수는 있으나, 전체를 질소로 하는 것은 허용되면 안됩니다.

Stainless Steel(SS)  재질은 4%이상 다량의 Cr을 함유함으로 용접시에 CS 모재보다 열팽창계수가 크고 용접중에 열 사이클에 의하여 열피로가 올수 있고, 급격한 온도 변화에 따라 용접시 입열량이 높아 모재에 좋지 않은 영향을 많이 미칩니다.

특히 SS 용접은 Root Pass 용접시 앞에서 이야기되로 용접시 입열량이 높아 Gas Purging 이나 Back Gouging( Backing재 :구리 또는 구리합금 사용)을 하여 주어야 합니다. 

다량의 Cr함유시 용접후 산화시에는Cr2O3로 되어 내식 및 내열에 영향을 미치게 됩니다.

티타늄(Titanium)은 Cr을 함유하지 않지만 Al, Ti이 원소재로 차폐가스가 필요합니다.티타늄의 용접에는 스테인레스와 같이 차폐가스와 Backing을 사용합니다. 

특히 티타늄 용접에서의 티타늄용접부의 변색이 은백색(TiO2) 일 경우 완전차폐 되어다고 합니다.또한 용접부의 색상이 은백색,금색,자색,청색일 경우 합격으로 간주 합니다.

Gas Purging 에는

1.불활성가스 ( Ar , He , / 가격이 고가) 가 사용

2. O2 ( 같은 전류 전압에서 높은 열량을 낸다 ), H2 , CO2( 모재에 깊은 Penetration을 만든다.)가스와 N2(질소퍼징을 많이 한다)가스가 사용

3.  pursing을 많이하는 그 이유는 

가. 가연성 이 아니므로 Co2, H2. O2 에 비하여 인체에 해가 적고 안전하다.

나.무색무취이며 상온 고압에서 화학반응을 하지 않는다.

다.불활성가스에 비하여 가격이 싸다.

라.질소가 불연성이기 때문에 산화가 되지 않는다.그러므로 위험이 있는 용접시에는 관내부 용접시 질소를 퍼징하여

   질소가 새어나와도 용접을 할수가 있다. 

4.purging용접시에는 용접자격증이 있는 용접작업자에 의하여 승인절차에 따라 승인된 소모품을 사용하여 작업을 하여 합니다.

실무사례(정답이 아닐 수 있음)

사실 purge 가스로 Ar을 쓰면 좋은데, 가격이 문제입니다. 어떻게든 비용을 줄여보려고 하다보면 ASME IX 에서도 반드시 Ar으로 purge하라고는 나와 있지 않고, 

베트남에서는 N2 Gas로 퍼지한적이 있습니다. Saudi Aramco에서는 절대로 N2 Gas 를 질소로 못쓰게 합니다.