KR102058645B1 - 인코넬 오버 레이용접 튜브의 접합방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인코넬로 오버 레이 용접된 복수의 튜브를 나란히 배치하여 맞붙이고, 인접한 튜브의 오버 레이용접부 사이의 외측 공간을 고내구성재로 보강하는 작업의 공기 단축과, 작업비 절감을 도모할 수 있는 인코넬 오버레이 용접튜브의 접합방법을 제공하려는 것으로서, 외주면 상에 종형 스페이서가 부착된 튜브의 외주면 일부를 인코넬로 오버 레이용접하고 오버 레이용접부에 스터드를 부착하는 작업은 공장에서 수행하고, 상기 튜브를 보일러 시공현장으로 운송하여 높은 강도가 요구되는 부위에 나란히 설치한 후 스터드를 매개로 하여 튜브간 외측 공간에 고내구성재를 취부해 보강하는 인코넬 오버레이 용접튜브의 접합방법으로 달성할 수 있다.

Description

인코넬 오버 레이용접 튜브의 접합방법{Site Welding Mathod Of Inconel Over lay Tubes}

본 발명은 인코넬로 오버 레이 용접된 복수의 튜브를 접합하고, 접합부를 고내구성재로 보강하는 작업을 단기간에 수행할 수 있고, 작업비용도 절감할 수 있게 한 인코넬 오버 레이용접 튜브의 접합방법에 관한 것이다.

각종 산업기기의 고성능화를 달성하는 데 사용하는 자재는 고강도화와 고도의 내식성 그리고 내마모성 및 내열성 등 다양한 특성이 요구되지만, 금속제품은 마멸 충격과 침식으로 인하여 조기에 마모되거나 환경 영향으로 인해 발생하는 부식 때문에 큰 손실을 볼 수 있다.

이러한 손실을 감소시키기 위하여 금속재의 표면에 내마모성과 내식성 및 내열성이 우수한 용접재, 이를테면 니켈을 주체로 하여 크로뮴 15% , 철 67%, 타이타늄 2.5%, 1% 이하의 알루미늄 망가니즈규소를 첨가한 내열합금(인코넬)을 두께 1mm 이상으로 덧입히는 오버 레이(over lay)용접을 하는 경우가 있다. 내열합금은 900℃ 이상의 산화기류에서 산화하지 않고, 황을 함유한 대기에도 침식되지 않는다. 오버 레이용접은 자재의 내부와 표면의 기능을 분담시켜 재료적 시스템으로서의 요구사항을 만족시키는 신소재 창제 기술이라고 말할 수 있다.

여러 대의 자동용접기를 구비한 공장에서는 필요한 수의 소재에 대하여 오버 레이용접을 할 수 있지만, 예컨대 발전소용 대형 보일러 같은 산업기기의 경우에는 현장 여건상 여러 대의 자동용접기를 한꺼번에 동원하기 곤란하기 때문에 일시에 오버 각종 산업기기의 고성능화를 달성하는 데 사용하는 자재는 고강도화와 고도의 내식성 그리고 내마모성 및 내열성 등 다양한 특성이 요구되지만, 금속제품은 마멸 충격과 침식으로 인하여 조기에 마모되거나 환경 영향으로 인해 발생하는 부식 때문에 큰 손실을 볼 수 있다.
이러한 손실을 감소시키기 위하여 금속재의 표면에 내마모성과 내식성 및 내열성이 우수한 용접재, 이를테면 니켈을 주체로 하여 크로뮴 15% , 철 67%, 타이타늄 2.5%, 1% 이하의 알루미늄 망가니즈 규소를 첨가한 내열합금(인코넬)을 두께 1mm 이상으로 덧입히는 오버 레이(over lay)용접을 하는 경우가 있다. 내열합금은 900℃ 이상의 산화기류에서 산화하지 않고, 황을 함유한 대기에도 침식되지 않는다. 인코넬 오버 레이용접은 자재의 내부와 표면의 기능을 분담시켜 재료적 시스템으로서의 요구사항을 만족시키는 신소재 창제 기술이라고 말할 수 있다.
여러 대의 자동용접기를 구비한 공장에서는 필요한 수의 소재에 대하여 오버 레이용접을 할 수 있지만, 예컨대 발전소용 대형 보일러 같은 산업기기의 경우에는 현장 여건상 여러 대의 자동용접기를 한꺼번에 동원하기 곤란하기 때문에 일시에 인코넬 오버 레이 용접하기 곤란하다.
그래서, 보일러의 화실용 튜브의 경우, 인코넬 오버 레이 용접은 거의 대부분 공장 의존형이다. 인코넬 오버 레이 용접된 복수의 튜브는 보일러 시공현장으로 운송하여 설치하게 되는 데, 더 높은 내구성이 요구되는 경우도 있다. 인접한 튜브의 인코넬 오버 레이 용접부끼리 내구성이 큰 보강재로 보강해야 되는 경우가 그렇다.
인코넬 오버 레이 용접된 튜브에는 튜브간에 일정한 거리를 유지시키기 위하여 튜브의 외면에서 튜브의 단면 중심을 지나는 가상선과 만나는 곳에 폭이 일정한 스페이서가 사전 작업으로 부착한다. 인코넬 오버 레이 용접은 튜브의 외주면의 절반 이하에 집중한다.
예컨대, 인코넬 오버 레이 용접된 2개의 튜브를 맞붙게 나란히 세우면 양측 튜브 사이에 반경만한 삼각형 공간이 생기는 데, 이 상태에서 그대로 고내구성재를 빈틈없이 덧붙이기는 쉽지 않고, 보강작업도 더디며, 보강부의 외면도 거칠어 품위가 낮다.

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본 발명의 목적은 인코넬 오버 레이 용접된 복수의 튜브를 나란히 배치하여 맞붙이고, 인접한 튜브의 인코넬 오버 레이 용접부 사이의 외측 공간을 고내구성재로 보강하는 작업의 공기 단축과, 작업비 절감을 도모할 수 있는 인코넬 오버 레이용접 튜브의 접합방법을 제공하려는 것이다.

위 과제는, 외주면의 대칭점에 종형 스페이서가 부착된 튜브의 대략 절반 이하 부분에 상당하는 외주면에 인코넬로 오버 레이용접하고, 인코넬 오버 레이용접부에 스터드를 부착하며, 상기 튜브를 나란히 설치한 후 스터드를 매개로 하여 튜브간 외측 공간에 고내구성재를 취부하여 보강하는 인코넬 오버 레이용접 튜브의 접합방법으로 달성할 수 있다.
인코넬 오버 레이용접은 튜브의 외주면 전반 또는 부분적으로 실시할 수 있다. 스터드는 머리가 달린 못, 나사봉, 표면이 엠보싱된 환봉과 같이 고내구성재가 달라붙기 쉽고, 달라붙은 후에도 그 상태가 오래 지속될 수 있는 유형이 바람직하다.
인코넬 오버 레이용접은 불활성가스 분위기 하에서 야금 반응시켜 품질을 높인다. 고내구성재는 고강도 내화물이다.

본 발명에 의하면 오버 레이 용접재인 인코넬이 튜브와 완전한 융합을 이루므로 튜브와의 접합강도가 높다. 또, 용착속도가 빨라 작업능률이 향상되며, 인코넬 오버 레이층의 두께 조정도 용이하다.
인코넬 오버 레이 용접은 불활성가스 분위기 하에서 야금 반응시키므로 품질이 우수하다.
또, 인코넬 오버 레이 용접 및 스터드 부착에 따라 보일러 제작 현장에서 인접한 튜브의 외면 사이의 공간을 고강도 내화물로 마감함으로써 보일러 시공현장에서 인코넬 오버 레이 용접까지 수행하는 하는 것에 비해 신속하고 인코넬 오버 레이 용접품질도 향상되며, 시공평면적당 비용도 대폭 절감할 수 있다.

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도 1은 인코넬로 오버 레이 용접된 튜브의 예시도
도 2는 도 2의 일부확대도
도 3은 도 2의 A부 상세도
도 4는 도 2의 B부 상세도

도 1에서, 보일러의 화실 구성재인 튜브(1)는 외면의 일부가 인코넬로 오버 레이용접(2)되어 있다. 이를테면, 튜브(1)의 외주면 일부를 할애하여 스페이서(4,5)를 부착하고, 이들 스페이서(4,5) 사이 부분, 즉 보일러 화실의 외측에 놓이는 부분을 인코넬 오버 레이용접(2)한다.
스페이서(4,5)는 인접 배치되는 튜브(1)간의 최소간격을 결정짓는 격벽역할을 하면서 인코넬 오버 레이용접(2)의 폭을 결정하는 인자이다.
인코넬은 니켈에 크로뮴 15% , 철 67%, 타이타늄 2.5%, 1% 이하의 알루미늄 망가니즈규소를 첨가한 내열합금이며, 용접두께는 1mm 이상이다. 내열합금은 900℃ 이상의 산화기류에서도 산화하지 않고, 황을 함유한 대기에도 침식되지 않는 특성이 있다.
인코넬 오버 레이용접은 불활성가스 분위기 하에 야금반응시킴으로써 품질을 높인다.
인코넬 오버 레이용접(2) 영역에 스터드(3)가 부착되어 있다. 스터드(3)는 스페이서(4,5)가 겹쳐지게 나란히 설치된 튜브(1)에서 양측 튜브(1,1a)의 인코넬 오버 레이용접(2)간에 형성되는 외측 공간에 고강도 내화물로 마감하여 내구성을 강화할 때 고강도 내화물의 용착성을 높이는 것으로, 표면이 매끈한 평봉 보다는 머리가 달린 못이나 나사봉, 표면이 엠보싱 처리된 환봉과 같이 고강도 내화물이 달라붙기 쉽고, 달라붙은 후에도 그 상태로 오래도록 지속될 수 있는 유형의 것이 보다 효과적이다.
도 2와 같이, 인코넬 오버 레이용접(2)된 튜브(1)에서 보다 높은 내구성이 요구되는 곳에 2개 1조 또는 3개 1조를 기준으로 배치한다. 2개 1조로 이뤄지는 튜브(1,1a)는 평탄부에 적용하고, 3개 1조의 튜브(1,1a,1b)는 T형부에 3각형을 이루도록 배치한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 튜브(1,1a)는 마주보는 스페이서(4,5)끼리 맞용접한다. 그러면 양측 튜브(1,1a)에서 서로 근접 위치하는 스터드(3,3a)는 대략 직각을 이루며, 양측 튜브(1,1a)의 스페이서(5,4) 외측에는 공간(6)이 남는데, 이 공간(6)에 고강도 내화물(7)을 취부하여 내구성을 높인다.
그리고 도 4와 같이, 3개의 튜브(1,1a,1b)를 삼각형으로 배치하고 인접한 튜브(1,1b)(1a,1b)의 스페이서(5,4)를 맞붙이면 각 스페이서(5,4)의 외측에 공간(6,6a)이 남는 데, 이들 공간(6,6a)에도 고강도 내화물(7,7a)을 취부한다.
고강도 내화물(7)(7a)은 취부작업을 마감하는 대로 표면을 다듬어 시공품위를 높인다.
각 튜브(1,1b)(1a,1b) 사이의 공간(6)(6a)에 고강도 내화물(7)(7a)이 취부될 초기부터 스터드(3)(3a)를 매개삼아 취부되기 쉽고, 고강도 내화물(7)(7a)이 취부된 후에는 스터드(3)(3a)가 고강도 내화물(7)(7a)이 이완 및 탈락되지 않도록 강력히 지지한다. 고강도 내화물(7)(7a)은 취부작업을 마감하는 대로 표면을 다듬어 시공품위를 높인다.
인코넬 오버 레이용접(2)된 복수의 튜브(1,1a) 또는 (1,1a - 1a,1b)를 잇대어 붙이고 오버 레이용접(2) 부의 외측에 자연스레 형성되는 공간(6)(6,6a)에 고강도 내화물(7)(7,7a)로 보강하면 종래에 비해 전체공기 대비 약 20% 단축이 가능하다.
인코넬 오버 레이용접은 매뉴얼에 따라 작업하기 때문에 용접작업자의 실수로 튜브가 손상될 가능성은 있으나, 고강도 내화물은 튜브가 손상될 우려가 없다.
고강도 내화물은 인코넬 오버 레이용접에 비해 보다 매우 두꺼워서 내식성이 우수하므로 튜브 수명의 장구화에 큰 도움이 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 기술적 사상을 한정하는 것은 결코 아니며, 본 발명과 기술분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질을 벗어나지 않는 범위 내에서라면 스터드의 개체수 변경, 인코넬 오버 레이용접의 두께와 용접범위의 선택, 고강도 내화물의 종류 및 두께 변경 등이 가능하다.

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1,1a,1b: 튜브
2: 인코넬 오버 레이용접
3: 스터드
4,5: 스페이서
6,6a: 공간
7,7a: 고강도 내화물

Claims (3)

1. 외주면 상에 종형 스페이서가 부착된 튜브에서 스페이서 사이의 외측 주면에 인코넬 오버 레이용접하고, 상기 인코넬 오버 레이용접에 스터드를 부착하며, 보일러 화실에서 높은 강도가 요구되는 부위에 상기 튜브를 나란히 설치한 후 스터드를 매개삼아 튜브간의 외측 공간에 고내구성재를 취부하는 것을 특징으로 하는 인코넬 오버 레이용접 튜브의 접합방법.
   
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3. 제1항에 있어서, 스터드는 머리가 달린 못, 나사봉, 표면이 엠보싱처리된 환봉 중에서 선택되는 인코넬 오버 레이용접 튜브의 접합방법.

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