ASME Section IX 일반사항

Section IX은 국내외에서 제일 많이 사용되고 있는 용접 규격으로서 이에 대한 상세요점의 설명을 통하여 현장의 기술자나 작업자가 적어도 그 방향을 파악하고 현장에 적용하는 데 유익하였으면 한다.

1.Section IX을 적용함에 있어서의 주의 사항과 특징을 설명한 것으로 그 내용을 다음과 같다.

1)Section IX은 ASME CODE에 따라 용접을 하는 경우의 용접 절차서 및 이에 따라 용접을 행하는 용접사의 기능 인정 시험에 관하여 규정하고 있다.

2)1971년 판 및 그 이전의 것은 현재와는 크게 다른 내용으로 편집되어 있으며, 1974년부터 현재의 스타일로 바뀌었다. 용접 절차서의 인정 시험은 적절한 용접법을 정하는 것이 목적으로서, 용접사의 기능을 결정하는 것이 아니다. 따라서 용접 절차서의 인정 시험을 위하여 용접하는 경우는 기능이 우수한 용접사가 용접하는 것이 좋다.

3)기량 인정 시험에서는 수동 용접사(Welder)와 자동 용접사(Operator)가 있으며, 수동 용접사는 수동 용접 또는 반자동 용접을 행하는 자이며, 자동 용접사는 자동 용접기를 조작하는 자이다. 그러므로 자동 용접사는 자동 용접기의 취급을 잘 하는가 여하를 확인하기 위한 시험을 받게 된다.

4)용접부의 강도 또는 용접의 난이도에 영향을 끼치는 각종의 요소들 예를 들면, 모재의 화학 성분, 용접 전류, 용접봉, 용접의 자세 등을 (Variable)라고 한다. 과거에는 철강과 비철(非鐵)을 구분하여 Variable을 설정하였다.

5)Section IX이란 용접 절차서의 작성 및 절차서의 인정 시험 방법과 용접사의 인정 시험 방법을 규정하고 있는 것이다. 현장에서는 품질 관리 또는 품질 보증부에서 많이 다루고 있으나, 오히려 제작부서에서 많이 다룰 성질의 것이다. 물론 경험이 누적된 체계적인 회사에서는 설계부서에서도 다룰 수 있는 분야이기도 하다.

2. 아래에는 적용 요령을 쉽게 설명하였으므로 이를 참조 바란다.

1)해당 압력 용기의 전(全) 용접선에 대해서 용접에 관한 각 조건을 결정해서 각각의 용접에 대해서 용접 절차서(Welding Procedure Specification : WPS)를 작성한다. 이 용접 절차에는 용접 방법, 용접 이음 형상, 사용 용접봉, 전류 범위, 예열/후열, 모재의 재질 등 각 용접 방법마다에 요구되고 있는 조건들을 기재한다.

2)위의 용접 조건들을 기재한 용접 절차서가 설계상 요구하는 제반 성질 또는 조건에 맞는가 여하를 확인하기 위해서, 그것의 조건에 따라 시편 제작을 하고 시험편을 채취해서 굽힘 시험과 인장 시험 등의 기계적 시험과 때로는 화학 성분 분석 시험과 부식 시험을 행한다.

3)이 용접 절차서에 쓰여져 있는 용접 조건과 시험편 제작에 적용하는 용접 조건은 결정되어 있는 범위 내에서는 차이가 있어도 상관없다. 기계적 시험의 결과가 합격 기준 내에 들어가면 시편 제작에 적용한 데이터와 시험 결과치를 기록하게 되며, 이 기록을 용접 절차서 인정시험 기록서(Procedure Qualification Record : PQR)라고 한다. 이 인정 시험기록서에 의하여 용접 절차서에 기재되어 있는 용접 조건이 올바르다는 것이 증명되면, 용접 절차서는 인정이 되는 셈이다. 따라서 WPS는 PQR로 뒷받침되어야 하며 PQR이 없는 WPS는 의미가 없다. WPS와 PQR은 또한 어느 쪽이 먼저라고 말하기도 어렵다.

4)이와는 별도로 용접을 행하는 용접사도 위와 같은 생각 방법으로 용접시편을 제작하여, 기량이 있는가 여하를 시험하게 된다. 시험에 합격한 용접사는 기량 인정 시험 기록서(Welding Performance Qualification Record : WPQ)에 기재한다.

5)PQR과 WPQ는 제조자가 스스로 행하는 것으로, 소위 말하는 제 3자 검사관의 입회는 본

Section IX에서는 요구되고 있지 않다. 이러한 절차를 마쳐야 드디어 실제의 용접을 할 수가 있게 된다.

3.Section IX은 용접(QW)과 경납땜(QB)으로 크게 나누어져 있으나, 여기서는 많이 사용하는 용접(QW)에 국한하여 설명하기로 한다. 용접 부분은 크게 아래와 같이 4가지로 나누어져 있다.

1)Article I : 용접의 일반 규정

2)Article II : 용접 절차서의 인정 시험

3)Article III : 용접사 기량 인정 시험

4)Article IV : 용접 데이터

각 Article별로 전반적인 내용을 소개하는 것으로 하고, 연이어 각 Article의 주요 내용을 해설하는 것으로 한다.

[주]경납땜(Brazing) 용접봉은 비철금속 또는 합금이어야 한다. 또한 고상(固相)온도가 427℃ 이상이어야 하며, 적어도 용접 이음부의 사용 온도보다 260℃ 이상이어야 한다. 용접봉은 모세관 현상으로 자유로이 퍼져서 용융되어야 하며, 적당한 프락스 및 대기 조건과 더불어 접속할 표면에 고착되어야 한다.

4.Article I : 용접의 일반 규정

1962년 이후의 용접 절차서 인정 시험 기록서(PQR), 용접사 기량 시험(WPQ)은 유효한 것으로서, 이 용접 조건이 새로이 용기를 제조하기 위해서 작성한 용접 절차서의 용접 조건의 허용 범위 내에 들어가는 경우는 상기의 PQR과 WPQ는 유효한 것으로 인정이 되며, 새로운 인정 시험을 할 필요가 없다.

용접 절차서는 용접을 시행하기 위한 지침으로서 모재의 재질, 모재의 이음 형상, 두께, 용접 재료(용접봉 등), 예열, 후열 등은 중요한 요소가 되므로 이것을 주로 하여 인정 시험에 대해서는 상기와 달리 용접 자세와 이음부의 형상, 용접 재료 등이 중요한 요소로서 예열과 후열은 중요한 것으로 취급하지 않는다.

본 Section IX은 미국에서 만들어진 미국인들을 위한 규격인 만큼 미국의 사회 관습을 잘 반영하고 있다고 볼 수 있다. 즉, 용접 절차서 인정 시험 기록서(PQR) 및 인정 시험의 실시를 제조자 단독으로 할 수 있게 하고 있다. 우리나라 등 동양 사회에서는 제 3자 검사자가 입회하여야 하는 것으로 통용되고 있으나 ASME CODE 정신은 그러하지 않다. 그러나 편의상 제 3자 검사관의 입회를 받아서 서명 날인을 득하여 두면 아무런 문제가 안 될 것이다.

시험용의 철판과 파이프의 용접 자세 및 인장 시편과 굽힘 시편의 채취방법, 시험방법 및 합격 기준이 규정되어 있다. 충격 시험을 필요로 하는 모재에 대해서는 일반적으로 시험재의 용접부와 열 영향부(HAZ)에 대해서 같은 충격 시험이 요구된다.

스타드(Stud) 용접에 대해서는 특정의 시험이 요구되나, 필렛 용접에 대해서는 파탄 시험 및 마크로(MACRO) 시험이 필요하지만 맞대기 홈 (Groove) 용접으로 인정 시험을 수행하였으면 필렛 용접은 이것으로 대신 할 수 있으므로 필렛 용접 시편을 별도로 만들어 시행할 필요가 없다.

용접사 기량 시험을 굽힘 시험 대신에 방사능 투과 시험(R/T)을 실시하는 경우의 R/T 시험 방법과 결함 판정의 합격 기준이 규정되어 있다.

허용되고 있는 용접 방법은 다음과 같다.

* 가스 용접(OFW)

* 피복 아크 용접(SMAW)

* 잠호용접(SAW)

* 미그 용접(GMAW)

* 티그 용접(GTAW)

* 프라즈마 아크 용접(PAW)

* 이랙트로 스래그 용접(ESW)

* 이랙트로 가스 용접(EGW)

* 전자 비임 용접(EBW)

* 스타드 용접(STUD WELDING)

현장에서 가장 흔히 사용되는 용접 방법은 위에서 5가지이다.

5.Article II : 용접 절차서의 인정 시험

용접을 하는 경우 제조자는 용접 절차서(WPS)를 작성하는데, 이 WPS에는 Essential Variable과 Non-Essential Variable의 용접 조건을 기입한다. 이 Essential Variable에 변동이 생긴 경우에는 WPS를 새로이 작성하여 인정 시험도 다시하여야 한다. Non-Essential Variable에 변동이 생긴 경우에는 WPS를 당연히 다시 작성하여야 되지만, 인정 시험을 다시 할 필요가 없이 과거의 기록(PQR)을 그대로 사용할 수가 있다.

즉, WPS에 기입된 용접 조건과 실제 시험을 해서 그 결과를 기록한 PQR의 수치와는 엄밀히 일치하지 않는 것이 통상적이지만, 각각의 조건과 수치의 사이에 차이가 어느 정도 있는가를 판단하는 기준 요소를 Essential Variable이라고 말한다. 또 충격치가 요구되는 재료를 용접하는 경우의 판단 기준 요소는 Supplementary Essential Variable이라고 말한다. 또 판정의 기준이 되지 않고 참고로 취급하는 것을 Non-Essential Variable이라고 한다.

충격치를 요구하는 재료는 아래와 같으며, Section IX에는 규정되어 있지 않고, 각 용기의 Code에 규정되어 있다.

* P-11 재료(소입 소려 재료)

* Section VIII에서 저온에 사용하는 재료

* Section III(원자력 용기)재료

위의 Variable은 용접 절차서와 용접사 기량 시험에 대해서 용접 방법마다 결정되어 있으며, 이는 본 Section IX을 이해하고 적용하는 데 있어서 제일 중요한 것으로 이를 충분히 이해하고 적용할 수 있으면 본 Section IX의 80%이상을 이해한다고 단정할 정도의 비중을 갖는다. 용접 절차서 인정 시험은 통상 2매의 철판, 2개의 파이프를 맞대기 용접하여 여기에서 인장 시편 2개와 굽힘 시험 시편 4개를 채취하여 시험한다. 충격치를 요하는 용접에 대해서는 일반적으로 용착 금속과 열 영향부(HAZ)의 샤르피 충격 시험도 필요로 한다.

6.Aritce III : 용접사 기량 인정 시험

용접사 기량 인정 시험은 용접사의 기량이 좋은가 나쁜가를 확인하는 것으로 용접 절차서 인정 시험에 비해서 꽤 간단한 시험이다. 본 기량 인정 시험에서는 Supplementary와 Non-Essential Variable은 없다. 시험의 합부 판정은 굽힘 시험이 주(主)가 되며, R/T로 대신할 수가 있다. 경우에 따라서는 실제 생산 용접을 한 부위를 R/T하여 판정하기도 한다. 자동 용접사(Operator)는 수동 용접사와 다른 Essential Variable이 1986년 개정판에서 새로이 규정되었다.

자동 용접사는 다음 중의 하나로 인정시험을 하면 된다.

* 용접한 시험편을 방사선 투과 시험(R/T)한다.

* 시험편을 만들지 않고 생산 용접을 하여 그 용접부를 방사선 투 과 시험한다.

* 시험편에서 굽힘 시편을 채취하여 굽힘 시험을 한다.

7.Article IV : 용접 데이터

용접에 관한 영향을 끼치는 전체의 요소 즉, Variable이 여기에 제시되어 있다. 이것들은 알기 쉽게 용접 이음부(Joint), 모재(Base Metal), 용가재(Filler Metal), 용접 자세(Position), 예열(Preheat), 후열(PWHT), 가스(Gas), 전류특성(Electrical Characteristics), 테크니크(Techniques)의 9개 그룹으로 나누어져 규정되어 있다.

또한, Variable의 수는 전체 약 200가지가 넘는다. 본 장에서는 Asme Code에 독특한 P-NO., F-NO., 및 A-NO.라는 것을 사용하여 WPS와 PQR의 수를 줄이고자 하고 있다.

1) P-NO :

어떠한 모재가 다른 종류의 모재로 바뀌는 경우, 용접 조건도 당연히 바뀌게 되는 것으로 대체로 모재의 재질이 바뀌는 것은 Essential Variable이다. 그러나 어느 정도의 재질 변경이 있으며 Essential Variable이 되는가 하는 기준 설정을 위해서 모재를 용접성, 화학 성분, 기계적 성질 등을 기준하여 P-NO.를 부여하고 있다.

예를 들면, 탄소강의 경우 P-1이며, 스텐레스강은 P-8에 해당한다.

또한 P-NO.의 세분화 된 분류로서 Group-NO.가 있는데 이것은 충격치가 규정되어 있는 경우에만 고려되는 구분으로, 충격에 대한 강도를 기본으로 하여 Group화 되어 있다.

2) F-NO :

위화 같이 용접 재료의 용접성이 비슷한 것끼리 모아서 구분한 것으로 AWS의 용접봉 분류 방식과 SFA-NO.가 기준이 되어 있다. 용접봉의 분류에는 A-NO.라는 것이 있는데 이는 용착 금속의 화학 성분을 기준으로 분류한 것이다. 그 외에 시편에 사용한 두께, 칫수 및 자세에 따라 실제 용접에서 허용되는 두께, 칫수 및 자세의 범위를 규정하고 있다. 또한 용접 절차서 (WPS), 절차서 인정 시험 기록서(PQR) 및 용접사 기량 인정 시험 기록서(WPQ)의 양식이 예시되어 있으나, 전(全) 용접 방법에 적합한 양식이 아니다. 따라서 제조자가 이를 바탕으로 하여 전혀 별개의 양식을 사용해도 무관하다. 그러나 최소한 여기에 예시되어 있는 내용은 포함되어야 한다. 용접 방법에 따라서는 부적합한 내용을 사용하지 말아야 함은 물론이다.

3) QW-153.1 : 인장 시험 합격 기준

인장 시험에 합격하기 위해서 시편의 인장 강도는 아래 항목 중의 어느 하나 값 이상이어야 한다.

가) 모재의 최소 인장 강도

나) 인장 강도가 다른 두 재료의 용접에서는 인장 강도가 낮은 재료의 최소 인장 강도

다) ASME CODE의 어떤 Section에서, 상온에서 모재보다도 낮은 강도의 용착 금속을 사용토록 지시한 경우에는 그 용착 금속의 최소 인장 강도

라) 시편이 용접부나 융합부(融合部) 이외의 모재에서 절단이 된 경우는, 그 때의 강도가 모재의 최소 인장 강도 × 95% 이상의 경우는 합격으로 한다.

4) QW-163 : 굽힘 시험 합격 기준

굽힘 시편의 용접부와 열 영향부는 시편을 굴곡시킨 부분에 완전히 들어가야 한다. 시편의 굴곡시킨 부분의 표면에 용접부 또는 열 영향부의 어떠한 방향으로도 1/8"(3.2mm)를 초과하는 결함이 있어서는 안된다.

특히 시편의 각진 부분에 균열이 나타나서 이것이 명백히 스래그등의 결함에 의해 생긴 것으로 판명되지 않는 한 결함으로 간주하지 않는다. 특히 주의할 것은 결함의 크기만이 규정되어 있지 결함수는 규정되어 있지를 않으며, JIS나 KS에서와는 판정 기준이 다르다는 것을 염두에 둘 일이다.

5) QW-170 : 절결 인성 시험

ASME CODE의 다른 Section에서 요구를 하는 경우에 Charpy 브이 노치 충격 시험을 행하며, 시험 방법과 시험용 기기는 Section II의 SA-370에 따른다. 낙중(落重) 시험도 마찬가지이며, 시험 방법과 시험용 기기는 ASTM E208에 따른다. 즉 절결 인성 시험을 요구하면, 용접 절차서 인정 시험시에 시행하여야 한다.

6) QW-183 : 마크로 시험 - 필렛 용접 절차서 인성 시험

절단한 시편의 한 면을 연마하여 적당한 부식제로 부식을 시켜 용착 금속부와 열 영향부가 선명히 구분될 수 있도록 한다. 합격 기준으로서, 용착 금속부와 열 영향부를 육안으로 조사하여 융합이 완전하고 균열이 없어야 하며, 필렛의 양쪽 각장의 차이가 1/8" (3.2mm)이내 이어야 한다.

7) AW-184 : 마크로 시험 - 필렛 용접 기량 인정 시험

시편의 절단 가공 및 부식은 위와 비슷하나 합격 기준으로서는 다음과 같다. 용착 금속부 및 열 영향부를 육안으로 조사하여 융합이 완전하고, 균열이 없어야 한다. (단, 루트부에서는 길이 1/32"(1.8mm) 이내의 선형 결함은 허용된다. 또한 용접 단면의 요철이 1/16"(1.6mm) 이내이어야 하며, 양쪽 각장(脚長)차이는 1/8"(3.2mm) 이내이어야 한다.

8) QW-191 : 방사선 투과 시험(R/T)

용접사의 인정 시험에 쓰이는 방사능 투과 시험은 ASME Section V, Article 2에 따른다. 페니트라미타(Penetrameter) 즉, 투과도계는 선원(線源) 측으로 하고, 단벽법(Single Wall)에 의하여야 한다. 단, 외경 3 1/2" 이하의 파이프 원주 방향 맞대기 용접에 대해서는 페니트라미타는 필름 측으로하고, 복벽 단상법(Double Wall Single Image)에 따라야 한다.

Section V, Article 2의 T-250은 단지 참고로 취급해야 하며, 필름상이 좋은가 나쁜가를 최종적으로 결정하는 것은 규정된 구멍을 볼 수 있는가 어떤가에 따른다.

방사능 투과 시험의 합격 기준은 아래 사항을 초과하는 결함을 나타내는 경우에는 불합격으로 한다.

가) 선형 결함(Linear Indication)

*균열, 또는 융합 불량, 용입 부족부가 있는 것은 불합격

*아래의 길이를 초과하는 스래그가 있는 경우

*모재두께(t)가 3/8"(9.6mm) 이하의 경우는 1/8"(3.2mm), 3/8"를 초과하고, 2 1/4"이하의 경우는 t/3, 2 1/4"(57mm)를 초과하는 경우는 3/4"(19mm)

*임의의 12t의 용접 길이 내에 있는, 어떤 1개의 결함 그룹에 있는 선상으로 나열된 스래그 길이의 합계가 t를 초과하는 것 (단, 어떤 결함 그룹과 인접 결함 그룹간의 간격이 그룹 내의 최대 결함 길이 L의 6배를 초과하는 경우는 동일 그룹으로 간주하지 않는다)

나) 원형 결함(Rounded Indication)

*t의 20% 또는 1/8"의 작은 쪽의 치수를 초과하는 원형 결함이 있는 경우는 불합격이다

*모재 두께가 1/8" 미만을 용접할 때, 용접 길이 6" 사이에 있는 원형 결함은 12개 이하이어야 한다. 6" 미만의 용접 길이에 대한 허용 결함수는 길이에 비례하여 결정된다