전문가 팁: 스테인리스 스틸 용접의 변형 수정
스테인리스 스틸의 용접 변형은 금속 제조에 심각한 문제를 일으킬 수 있습니다. 이 기사에서는 구리판, 물 사용 등 이러한 변형을 제어하고 수정하는 다양한 방법을 살펴봅니다.
시야가 좁고 수압이 높은 깊은 수중에서 정밀도가 요구되는 작업, 즉 용접을 한다고 상상해 보세요. 이 글에서는 해양 구조물을 유지하는 데 중요한 기술인 수중 용접의 매혹적인 세계를 살펴봅니다. 다양한 용접 방법과 그 도전 과제, 석유 및 가스 같은 산업에서의 획기적인 적용 사례에 대해 알아보세요. 파이프라인을 수리하든 해양 플랫폼을 건설하든, 이러한 고급 기술을 이해하면 해양 엔지니어링의 혁신의 세계를 열 수 있습니다. 엔지니어들이 수중 인프라를 온전하게 유지하기 위해 바다의 장애물을 어떻게 극복하는지 자세히 알아보세요.
해양의 열악한 작업 환경으로 인해 해양 엔지니어링 구조물은 구조 하중, 폭풍, 파도, 조력, 해수에 의한 부식, 모래 흐름에 의한 침식, 석유 및 천연가스로 인한 화재 및 폭발의 위협 등 다양한 문제에 노출되어 있습니다.
또한 해양 엔지니어링 구조물의 주요 부품은 수중에 잠겨 있기 때문에 사용 후 용접된 접합부를 검사하고 수리하기가 어렵고 비용이 많이 듭니다. 심각한 구조적 손상이나 전복 사고가 발생하면 심각한 인명 및 재산 손실이 발생할 수 있습니다.
따라서 디자인, 제조에 엄격한 품질 요구 사항이 적용됩니다, 재료 선택해양 엔지니어링 구조물의 용접 시공. 해양, 석유 및 천연가스 산업의 발전과 함께 해양 파이프라인 프로젝트는 점점 더 깊은 바다로 진출하고 있습니다.
따라서 수중 연구를 수행하고 수중 적용을 강화하는 것은 용접 기술 는 해양 산업 발전과 해양 유전 개발, 풍부한 해양 자원을 인류의 이익을 위해 활용하는 데 큰 의미가 있습니다.
현재 수중 용접 기술은 해양 엔지니어링 구조물, 해저 파이프라인, 선박, 조선소 및 항만 시설, 하천 엔지니어링 및 원자력 발전소 유지 보수에 널리 적용되고 있습니다.
수중 용접은 석유와 같은 대규모 해양 구조물의 조립 및 유지보수를 위한 핵심 기술이 되었습니다. 드릴링 플랫폼과 송유관.
현재 전 세계적으로 다양한 종류의 수중 용접 방법이 적용되고 연구되고 있습니다. 육상 생산에 사용되는 거의 모든 용접 기술이 수중에서 실험되었다고 할 수 있습니다.
그러나 가장 성숙하고 널리 사용되는 방법은 몇 가지 아크입니다. 용접 기술.
수중 용접은 일반적으로 용접 환경에 따라 습식 수중 용접, 건식 수중 용접, 국부 건식 수중 용접의 세 가지 범주로 분류할 수 있습니다.
그러나 수중 용접 기술의 발달로 수중 스터드 용접, 수중 폭발물 용접, 수중 전자빔 용접, 수중 발열 용접과 같은 새로운 방법이 등장했습니다.
수중 용접 공정은 수중 환경으로 인해 육상 용접 공정보다 훨씬 더 복잡합니다. 용접 기술 외에도 잠수 작업과 같은 요소도 중요한 역할을 합니다.
수중 용접의 특징은 다음과 같습니다:
(1) 가시성 저하:
물은 공기보다 훨씬 더 강하게 빛을 흡수, 반사 및 굴절시키기 때문에 물을 통해 전파될 때 빛이 급격히 저하됩니다. 또한 용접 중에는 아크 주변에 많은 양의 기포와 연기가 발생하여 수중 아크의 가시성이 크게 떨어집니다.
해저가 진흙탕이거나 퇴적물이 많은 해역에서는 수중 가시성이 더욱 악화됩니다. 따라서 수중 용접은 전통적으로 블라인드 용접으로 간주되어 다이버 용접공의 성능에 심각한 영향을 미치고 용접 조인트의 높은 결함 발생률과 낮은 품질에 기여해 왔습니다.
(2) 용접부의 수소 함량이 높습니다:
허용된 수소 함량을 초과하면 균열과 구조적 손상이 쉽게 발생할 수 있기 때문에 수소는 용접에서 주요 관심사입니다. 수중 아크는 주변의 물을 열분해하여 용접부에 용해된 수소를 증가시킵니다.
일반적으로 수중 용접의 확산 가능한 수소 함량은 27-36mL/100g으로 육상 산성 전극 용접보다 몇 배 더 높습니다. 수중 차폐 금속의 용접 조인트 품질 저하 아크 용접 는 높은 수소 함량과 밀접한 관련이 있습니다.
(3) 빠른 냉각 속도:
수중 용접 시 바닷물은 공기에 비해 열전도율이 약 20배나 높습니다. 담수조차도 공기보다 열전도율이 몇 배나 높습니다.
습식 또는 국부 건식 수중 용접을 사용하는 경우 공작물이 물과 직접 접촉하여 용접부에 상당한 급속 냉각 효과가 발생하여 고경도 담금질 구조가 형성될 수 있습니다.
따라서 건식 수중 용접만 냉기 효과를 피할 수 있습니다.
(4) 압력 효과:
압력이 증가하면(수심 10미터마다 0.1MPa씩 증가) 아크 컬럼이 얇아지고 용접 폭이 좁아지며 용접 높이가 증가합니다.
또한 전도성 매체의 밀도가 증가하면 이온화가 더 어려워져 아크 전압이 높아지고 아크 안정성이 감소하며 스패터와 연기가 증가합니다.
(5) 지속적인 운영이 어렵습니다:
수중 환경의 영향과 한계로 인해, 연속 용접 는 종종 어렵습니다. 많은 경우 용접을 간헐적으로 수행해야 하므로 용접이 불연속적으로 이루어집니다.
습식 수중 용접은 그림 2와 같이 수중 환경에서 다이버가 수행합니다. 수중에서는 시야가 좋지 않기 때문에 다이버 용접 작업자는 용접 프로세스 명확하게 보이지 않아 블라인드 용접이 발생합니다. 수중 용접의 품질, 특히 수밀성을 보장하기는 어렵습니다.
따라서 이 방법으로 고품질의 용접 접합을 달성하는 것은 특히 중요한 애플리케이션에 사용되는 용접 구조물의 경우 어려운 작업입니다.
그러나 단순성, 저렴한 비용, 유연성 및 적응성으로 인해 코팅 전극과 수동 아크 용접을 사용하는 습식 수중 용접은 여전히 여러 국가에서 계속 연구되고 있습니다. 향후 이러한 방법의 추가 적용이 기대됩니다.
습식 수중 용접은 미국에서 널리 적용되어 왔으며, 미국 용접 협회의 AWS 표준(AWS D3.6)은 습식 수중 용접의 설계를 안내하는 가장 영향력 있는 문서입니다.
습식 수중 용접에서 가장 일반적으로 사용되는 방법은 차폐 방식입니다. 금속 아크 용접(SMAW) 및 플럭스 코어 아크 용접(FCAW). 용접 시 다이버 용접사는 수중 용접을 위해 특별히 설계되거나 개조된 방수 코팅 전극과 용접 집게를 사용합니다.
습식 수중 용접에서 상당한 진전이 있었지만 수심 100m 이상의 수심에서 고품질 용접 접합부를 달성하는 것은 여전히 어렵기 때문에 아직 중요한 해양 엔지니어링 구조물 용접에는 사용할 수 없다고 할 수 있습니다.
하지만 습식 수중 용접 기술의 발달로 습식 수중 용접과 관련된 많은 문제들이 어느 정도 극복되고 있습니다.
엄격한 용접 공정 관리 및 인증과 함께 잘 설계된 전극 코팅 및 방수 코팅의 사용은 1991년 북해에서 비필수 구조 부품의 수리에 습식 수중 용접을 성공적으로 적용하는 데 기여했습니다. 현재 습식 수중 용접은 북해 플랫폼의 보조 부품 수리에도 성공적으로 적용되고 있습니다.
또한 습식 수중 용접 기술은 해양 조건이 양호한 얕은 수심 지역과 높은 응력 저항이 필요하지 않은 부품 용접에 널리 사용됩니다.
현재 멕시코만은 습식 수중 용접 및 습식 수중 용접 전극이 가장 널리 사용되는 지역입니다. 습식 수중 용접 기술은 멕시코만 원자로의 버블러 튜브 수리와 아모코 트리니다드의 석유 플랫폼에서 수심 78미터의 수중 용접 수리에 사용되었습니다.
이 기술에 대한 연구는 향후 중국 발해만과 랴오둥만 수중 파이프 라인의 수리는 물론 희생 양극 교체와 같은 중요하지 않은 구성 요소의 수리에도 매우 실용적인 의미가 있습니다.
표 1: 차폐 금속 아크의 가스 구성 용접 플럭스 (볼륨 백분율)
| 전극 유형 | H2 | CO | CO2 | 기타 |
| J422（E4303） | 45~50 | 40~45 | 5~10 | <5 |
| J507（E5015） | 20~30 | 50~55 | 20~25 | <5 |
수중 용접에서 수심이 증가하면 압축으로 인해 아크 기포의 부피가 점차 감소합니다.
그러나 아크 버블이 충분하지 않으면 용접 금속의 다공성 경향이 높아질 수 있습니다. 아크 버블이 너무 적으면 아크가 쉽게 꺼져 용접 공정이 원활하게 진행되기 어렵습니다. 아크 버블의 성장은 다음과 같은 물리적 조건을 만족해야 합니다:
PG ≥ PA + PH + PS
방정식에서:
육상 용접 시 pH는 0에 가깝습니다. 그러나 수중 용접에서는 수심에 따라 pH가 증가하는 반면, PA와 PS는 수심에 영향을 받지 않는 것으로 간주할 수 있습니다.
따라서 원활한 용접을 위해서는 피그가 증가해야 합니다. PG를 높이는 한 가지 방법은 아크 온도를 높이는 것이며, 이는 용접 전류를 조정하여 달성할 수 있습니다. 아크 온도가 높을수록 수소와 산소가 충분히 해리될 수 있기 때문입니다. 또 다른 방법은 전극 코팅의 가스 생성 기능을 강화하여 더 많은 CO2 및 CO 가스는 전극 코팅이 연소하는 동안 생성됩니다.
그러나 아크 버블에서 수소의 비율이 높으면 다음과 같은 두 가지 유형의 수소 관련 결함이 발생할 수 있습니다. 용접 다공성 용접 금속 및 열 영향 영역에서 수소로 인한 균열에 대한 민감성이 증가합니다.
따라서 전극 코팅을 공식화할 때 아크 버블의 압력을 충분히 확보하는 동시에 아크 버블 내 수소 비율을 줄이려는 노력이 필요합니다. 적절한 양의 CaF 추가2 및 SiO2 를 코팅에 첨가하면 수소 함량을 줄이는 데 도움이 되므로 이러한 목적을 달성할 수 있습니다.
SiO2 + 2CaF2 + 3[H] = 2CaO + SiF + 3HF
또는
SiO2 + 2CaF2 = 2CaO + SiF4 CaF2 + H2O(g) = CaO + 2HF
CaO, SiF 또는 SiF 제품과 관련된 화학 및 야금 반응4, MnO, SiO2및 TiO2 를 수중 용접 시 용융 풀의 플럭스로 사용하는 것이 중요합니다. 이러한 반응으로 인해 용접 금속에 유해한 영향을 미치지 않고 아크 버블의 압력을 높이는 데 기여하는 HF와 같은 가스가 형성됩니다. 부유 슬래그에는 CaO, SiF 또는 SiF가 포함되어 있습니다.4, MnO, SiO2및 TiO2를 함유하고 있어 용융 풀에서 불순물을 제거하는 데 도움이 됩니다. HF 가스는 또한 아크 버블의 압력을 높이는 데 도움이 됩니다.
수중 용접은 육상 용접에 비해 수소 유발 균열에 대한 민감도가 높습니다. 이는 공작물에 대한 물의 강한 냉각 효과로 인해 상 변형이 일어나고 다음과 같은 현상이 발생하기 때문입니다. 마텐사이트 저탄소 강재의 열 영향 영역에서. 강철의 탄소 등가물이 0.4%를 초과하면 열 영향 영역의 경도가 400 HV를 초과할 수 있습니다.
또한 용접 시 수소 함량이 높고 용접부가 상당한 양의 수소를 흡수하면 용접 열 응력 및 상변형 응력의 영향으로 수소 유발 균열이 발생할 수 있습니다. 따라서 수소로 인한 균열의 위험을 완화하려면 아크 버블에서 수소의 비율을 줄이는 것이 필수적입니다.
(1) 슬래그 시스템 선택
슬래그는 용접 공정 중 용접 접합부 표면에 형성되는 보호층으로, 고온의 야금 반응을 통해 용접 코어, 전극 코팅, 모재가 융합된 것으로 구성됩니다.
산화 환원 능력, 유동성, 투과성 등 슬래그의 특성은 용접 금속의 보호와 용접 접합부의 형성에 직접적인 영향을 미칩니다.
이 실험에서는 산성 슬래그 시스템과 알칼리성 슬래그 시스템 사이에 해당하는 SiO2 - TiO2 - CaF2 - CaO로 구성된 슬래그 시스템을 선택했습니다. 이 선택은 우수한 용접 공정 성능을 보장하고 아크 버블에서 수소의 유해한 영향을 효과적으로 줄입니다. 해당 광물 및 화학 제품은 슬래그 시스템의 구성 요구 사항을 충족하기 위해 선택되었습니다.
(2) 코팅 제형 최적화
표 2는 습식 수중 용접의 야금학적 특성에 따라 테스트한 10가지 배합의 결과를 보여줍니다.
제형에 포함된 각 물질의 함량은 다음과 같습니다:
최적화 프로세스에는 새로운 배합을 공식화하면서 성능 테스트를 수행하는 것이 포함되었습니다. 모든 용접 테스트는 70~100미터의 수심을 시뮬레이션하는 가압 용기에서 수행되었습니다.
혼란을 드려 죄송합니다. 다음은 수정된 정보입니다:
표 2: 다양한 제형의 구성 및 테스트 결과
| 아니요. | 헤마타이트 | 형석 | Marble | 저탄소 망간 철 | 페로티타늄 | 페로실리콘 | 셀룰로오스 | 장석 | 철분 가루 | 아크 버블 특성 |
| 1 | 20 | 10 | 20 | 10 | 5 | 5 | – | 12 | 18 | 더 적은 거품으로 아크 소화 감소 |
| 2 | 20 | 10 | 25 | 10 | 6 | 6 | – | 10 | 13 | 더 적은 거품으로 아크 소화 감소 |
| 3 | 20 | 15 | 20 | 10 | 7 | 7 | – | 13 | 더 적은 거품으로 아크 소화 감소 | |
| 4 | 15 | 12 | 25 | 10 | 6 | 6 | 3 | 10 | 10 | 안정적인 버블 |
| 5 | 15 | 12 | 25 | 10 | 6 | 6 | 5 | 13 | 8 | 안정적인 버블 |
| 6 | 15 | 12 | 25 | 10 | 6 | 6 | 7 | 15 | 4 | 안정적인 버블 |
| 7 | 10 | 18 | 25 | 10 | 6 | 6 | 5 | 10 | 10 | 안정적인 버블 |
| 8 | 10 | 16 | 30 | 10 | 6 | 6 | 3 | 12 | 7 | 안정적인 버블 |
| 9 | 10 | 15 | 30 | 10 | 5 | 5 | 5 | 15 | 5 | 안정적인 버블 |
| 10 | 10 | 15 | 35 | 5 | 5 | 5 | 5 | 15 | 5 | 안정적인 버블 |
25톤 유압 코팅기에서 배합 1-10을 사용하여 직경 4.0mm의 용접봉을 소량 생산했습니다. 다음과 같은 테스트가 수행되었습니다:
(1) 다공성 및 성형성 테스트
테스트용 Q235-C 6mm 판금 를 사용했습니다. 수심 70m의 수중에서 포뮬레이션 1-3을 사용하여 용접을 수행했을 때 가스 형성 재료가 충분하지 않아 아크 버블의 존재를 안정화하기 어려워 심각한 다공성이 발생했습니다. 용접 공정이 원활하게 진행되지 못했습니다.
가스 형성 물질을 증가시키고 수소 함량을 감소시킨 제형 4-10은 다공성이 나타나지 않았습니다. 그 중 7~9번 제형은 우수한 성형성을 나타냈습니다. 형태학적 특성은 그림 2에 나와 있습니다.
(2) 용접 금속의 확산 가능한 수소 함량 측정
확산 가능한 수소 함량은 다음과 같은 핵심 지표입니다. 용접봉 성능. 이 연구에서는 GB 3965-93에 명시된 글리세롤 방법을 사용하여 제형 4-10의 확산 가능한 수소 함량을 측정했으며, 이는 만족스러운 초기 성능을 보여주었습니다.
제형 4-10의 측정 결과는 다음과 같습니다(mL/100g): 15.5, 16, 18.2, 7.2, 6.7, 6.9, 7.2. 제형 7-10은 GB 5117-95(확산 가능한 수소 ≤ 8mL/100g)의 요구 사항을 충족하는 것을 알 수 있습니다.
(3) 기계적 성능 테스트
공정 성능 테스트의 종합적인 결과를 바탕으로 7, 8, 9로 제조된 용접봉은 수중 용접 요구 사항을 충족하는 것으로 분석할 수 있습니다. 제형 10은 확산 가능한 수소 함량에 대한 요구 사항을 충족하지만 용접 솔기 이 제형을 사용하여 형성된 제품은 성형성이 좋지 않으므로 채택되지 않습니다.
용접 금속의 인장 시험 및 V-노치 충격 시험을 위해 7, 8, 9로 제조된 용접봉을 사용하여 용접 시험판을 준비했습니다(두께 19mm의 16Mn 플레이트에). 테스트 결과는 표 3에 나와 있습니다.
표 3: 용접 금속의 기계적 성능
| 아니요. | 인장 강도 (MPa) | 신장률 (%) | 섹션 수축률 (%) | 충격 흡수 에너지 (Akv/J) |
| 7 | 525 | 23 | 38 | 85 |
| 8 | 496 | 24 | 41 | 125 |
| 9 | 516 | 24.5 | 43 | 130 |
표 3에 따르면 용접봉 7-9번의 기계적 성능 지표는 저탄소강 및 저합금 고강도 강철에 대한 GB 5117-95의 요구 사항을 완전히 충족하여 저탄소강 및 저탄소강의 수중 용접에 적합하다는 것을 알 수 있습니다. 합금강.
건식 수중 용접은 가스를 사용하여 용접 부위를 완전히 또는 부분적으로 건조시켜 주변의 물을 제거하여 수중 용접기가 건조 또는 반건조 상태에서 작업할 수 있도록 하는 방법입니다. 건식 수중 용접을 수행할 때는 복잡한 압력 챔버 또는 워크스테이션을 설계하고 제작해야 합니다.
건식 수중 용접은 압력 챔버 또는 워크스테이션 내부의 압력에 따라 고압 건식 수중 용접과 대기압 건식 수중 용접으로 다시 나눌 수 있습니다.
고압 건식 수중 용접은 그림 2에 나와 있습니다. 수중 용접 프로젝트가 증가하고, 수중 엔지니어링의 깊이가 깊어지고, 다음에 대한 요구 사항이 높아짐에 따라 용접 품질고압 건식 수중 용접은 높은 용접 품질과 우수한 접합 성능이라는 장점으로 인해 더욱 주목받고 있습니다.
습식 수중 용접과 국소 건식 수중 용접은 일반적으로 수 미터에서 수십 미터 깊이의 중요하지 않은 구조물을 수리하는 데만 사용되며, 실제 적용 수심은 일반적으로 40m를 넘지 않습니다.
심해로 향하는 해양 엔지니어링의 발전에 적응하기 위해 많은 국가에서 고압 건식 수중 용접 기술에 대한 연구와 적용을 확대하고 있습니다.
현재 수중 유지보수 작업의 경우 고압 선로 TIG 용접 시스템이 널리 사용되고 있습니다. 잘 알려진 시스템으로는 PRS 시스템과 OTTO 시스템이 있습니다. PRS 시스템은 수심 1000m에서 용접을 수행하는 것을 목표로 노르웨이 기업인 Statoil에서 개발했습니다. 수심 334m에서 성공적으로 파이프라인 용접을 수행하여 -30℃의 충격 에너지 300J와 용접 이음새의 미세 경도를 245HV 이하로 달성했습니다.
현재까지 이 시스템은 20개 이상의 수중 파이프라인 수리 작업을 성공적으로 완료했습니다. 영국의 OTTO 시스템은 주로 용접 챔버와 트랙 TIG 용접기로 구성됩니다. 실험 결과에 따르면 수심 135m의 용접 이음새는 -10℃ 충격 에너지 180J, 파괴 강도 550MPa를 달성했습니다. 이 시스템은 4주 동안 수중에서 지속적으로 작업하여 총 18개의 용접 심을 완성했으며, 노르웨이 로이드 선급으로부터 용접 절차 및 품질에 대한 인증을 받았습니다.
중국에서는 2002년 10월, 수중 건식 고압 용접 기술이 국가 863 프로그램에 따라 "발해 유전 탐사 및 개발을 위한 핵심 기술"의 중요한 부분으로 계획되었습니다. 이 프로젝트는 베이징 석유화학 기술 연구소가 주도하고 있습니다.
현재 중국 최초의 고압 용접 실험실이 설계 및 설립되어 다양한 압력 수준에서 용접 테스트 및 연구를 수행할 수 있는 고압 용접 시험 챔버를 갖추고 있습니다. 이후 고압 용접 공정 실험 및 공정 평가를 위한 연간 계획이 실행되고 있습니다.
고압 건식 용접은 1954년 미국에서 처음 제안되어 1966년부터 생산에 사용되었습니다. 직경 508mm, 813mm, 914mm의 해저 파이프라인을 용접할 수 있습니다.
현재 실용적인 최대 수심은 약 300m입니다. 이 용접 방식에서는 가스 챔버의 바닥을 개방하고 작업 깊이의 수압보다 약간 높은 가스 압력을 도입하여 챔버의 바닥 개구부에서 물을 배출하여 건조한 가스 챔버에서 용접을 수행합니다.
일반적으로 전극 아크 용접 또는 불활성 가스 차폐 아크 용접과 같은 용접 방법이 사용됩니다. 수중 용접에서 품질 측면에서 가장 우수한 용접 방법 중 하나이며 육상 용접에 가까운 수준을 달성할 수 있습니다. 하지만 해결해야 할 세 가지 문제가 있습니다:
(1) 엔지니어링 구조의 모양, 크기 및 위치에 따른 제한으로 인해 가스실은 상당한 제한이 있으며 적응성이 떨어집니다.
현재는 해저 파이프라인과 같이 단순하고 규칙적인 형태의 구조물 용접에만 적합합니다.
(2) 생명 유지, 습도 조절, 모니터링, 조명, 안전 보장, 통신 및 기타 시스템 세트가 제공되어야 합니다.
보조 작업 시간이 길어 대규모 현장 지원팀이 필요하기 때문에 공사비가 높아집니다. 예를 들어, 직경 813mm의 파이프라인을 용접할 수 있는 미국 TDS사의 용접 장치(MOD-1)는 최대 $2백만 원에 달합니다.
(3) '압력 영향력'이라는 문제도 존재합니다.
수십에서 수백 미터에 이르는 깊은 곳에서 용접할 때는 아크 주변의 가스 압력이 증가함에 따라 용접 아크의 특성, 야금 및 용접 공정이 모두 다양한 정도로 영향을 받습니다. 따라서 고품질 용접을 위해서는 가스 압력이 용접 공정에 미치는 영향을 면밀히 연구할 필요가 있습니다.
용접은 그림 4와 같이 챔버 내부의 압력이 지상의 대기압과 같고 주변 환경의 수압과 무관한 밀폐된 압력 챔버 내에서 이루어집니다.
실제로 이 용접 방식은 수심이나 물의 존재 여부에 영향을 받지 않으며 용접 과정과 품질이 육상 용접과 유사합니다.
그러나 대기 중 압력 용접 해양 엔지니어링의 시스템은 제한적입니다. 그 주된 이유는 구조물이나 파이프라인에서 용접 챔버의 밀봉을 보장하고 챔버 내부의 원하는 압력을 유지하기가 어렵기 때문입니다.
페트로브라스와 록히드가 공동 개발한 이러한 종류의 운영 시스템이 아마존 유역에 적용되었습니다. 대기압 건식 용접용 장비는 고압 건식 수중 용접용 장비보다 훨씬 더 비싸고 더 많은 용접 지원 인력이 필요합니다.
따라서 일반적으로 중요한 구조물의 심해 용접에만 사용됩니다. 이 방법의 가장 큰 장점은 용접 공정에서 물의 영향을 효과적으로 제거할 수 있다는 점입니다. 용접 조건이 육상에서와 동일하여 최고의 용접 품질을 보장합니다.
대기압 건식 수중 용접의 특별한 사례는 얕은 수역에서 코퍼댐을 사용하는 경우입니다. 파도, 조수, 수심의 큰 변화로 인한 얕은 수역의 불안정한 작업 환경은 많은 어려움을 야기합니다.
일부 회사는 그림 5와 같이 사다리가 장착된 버킷과 같은 구조물을 사용하여 용접 챔버를 수면에 연결하여 대기압 작업 환경을 조성함으로써 이 문제를 해결했습니다.
이 건설 환경에서는 압력 차이가 최소화되어 효과적인 씰링 방법을 사용할 수 있습니다. 환기 및 안전 절차를 고려해야 하지만, 이 기술은 특히 갯벌 지역의 해양 엔지니어링 구조물 유지 보수와 같은 특정 특수 응용 분야에서 실용적인 것으로 입증되었습니다.
국부 건식 수중 용접 기술은 가스를 사용하여 용접 영역의 물을 인위적으로 대체하여 용접을 위한 국부적인 건식 가스 챔버를 만듭니다. 가스를 사용하면 안정적인 아크가 보장되고 용접 품질이 크게 향상됩니다.
현재 해양 철골 구조물 용접에 선호되는 방법은 부분 배수 및 가스 차폐 금속 아크 용접을 사용한 국부 건식 수중 용접입니다.
드라이 스폿 수중 용접은 미국에서 처음 제안되었으며 이후 미국과 영국의 다국적 기업에서 생산에 사용되었습니다. 휴대용 원통형 가스 챔버가 포함되며 한쪽 끝은 밀봉되어 있고 다른 쪽 끝에는 용접 영역의 형상에 맞는 유연한 밀봉 개스킷이 있는 개구부가 있습니다. 가스 차폐 용접 건은 유연한 넥에 고정되어 이동식 원통형 가스 챔버로 확장됩니다.
가스 챔버를 용접 부위에 누르고 특정 압력의 가스를 주입하여 물을 대체하고(가스 챔버의 물이 반밀폐 개스킷을 통과하도록 강제) 용접을 보호합니다.
다이버는 용접을 위해 용접 이음새를 따라 용접 건과 함께 원통형 가스 챔버를 운반합니다. 이 건식 가스 챔버 시스템은 수중의 모든 위치에서 용접에 적응할 수 있으며 접합 강도는 기본 재료보다 낮지 않으며 차갑습니다. 굽힘 각도 최대 180°까지 회전할 수 있습니다.
수심 29m에서도 적격 용접이 가능하다고 보고되었으며, 영국에서는 수심 27m에서도 용접이 수행된 바 있습니다. 이 방법은 노르웨이 대륙붕의 에코피스크 시추 플랫폼에서 수심 7m에 위치한 직경 350mm의 파이프 2개를 수리하는 데 사용되었으며, 자성 입자 테스트 결과 결함이 발견되지 않았습니다.
또한 탈착식 투명 후드를 사용하여 대규모 국부 건식 수중 용접을 적용하는 방법도 있습니다. 이 장치는 용접할 수중 철골 구조물 주위에 설치하거나 배치합니다. 후드의 아래쪽 부분이 열려 있고 불활성 가스가 유입되어 물을 대체하고 건조한 용접 영역을 유지합니다. 다이버는 아래에서 용접 건을 뻗어 건조한 환경에서 MIG 용접을 수행합니다.
용접 및 검사가 완료되면 후드를 제거합니다. 이 방법은 주로 가스 차폐 반자동 용접, 텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접 및 차폐 금속 아크 용접에 솔리드 와이어 또는 플럭스 코어 와이어를 사용합니다.
미국에서는 수심 12m의 석유 생산 플랫폼에서 406mm 라이저를 수리하는 데 이 방법을 사용하여 수압 테스트를 통과하고 요구 사항을 충족했습니다. 수중 건식 MIG 용접도 유망한 수중 용접 방법으로 주목받고 있습니다.
가스 차폐 용접의 기본 이론을 연구하여 수학적 모델을 수립하고, 적합한 노즐 구조와 공기 흐름 속도를 설계하고, 수압 간의 관계를 파악했습니다, 차폐 가스프로세스 동작, 아크 동작 및 증착 속도를 살펴보았습니다.
도플러 속도 측정법을 사용하여 국소 보이드의 기류 분포와 상 분포를 테스트 및 분석하고 후드와 열 전달 및 압력 간의 관계를 연구했습니다. 라돈 진공 펌프의 원리에 대한 이해를 바탕으로 용접 영역의 가스 압력을 낮추는 새로운 유형의 배수 후드를 설계했습니다.
실험 결과에 따르면 이 드레인 후드로 달성한 용접 성능은 공중에서의 용접 성능과 비슷합니다. 왕 구오롱 등은 국소 건식 수중 용접 기술을 연구했습니다.
유체 역학 이론을 사용하여 배수 후드를 계산하고 테스트하여 적절한 구조와 크기를 결정했습니다. 국부 건식 용접 실험이 수행되었으며, 그 결과 이 방법은 냉각 속도, 확산 수소 함량 및 최대 HAZ 경도가 더 낮은 것으로 나타났습니다. 용접 조인트 습식 용접 방식과 비교하여
생성된 용접부에는 다공성, 균열, 슬래그 내포물과 같은 결함이 없습니다. V 그루브 용접 조인트의 기계적 특성은 API 1004 및 ASME 표준의 요구 사항을 충족합니다. 이 방법은 작동하기 쉽고, 간단한 장비가 필요하며, 비용이 저렴하고, 만족스러운 접합 품질을 얻을 수 있습니다.
칭화대학교는 수중 실험 연구를 수행했습니다. 레이저 용접. 304 스테인리스 스틸을 기본 재료로 사용하고 필러 와이어로 ULC308을 사용했으며 레이저 출력은 4kW를 사용했습니다. 그 결과 가스 유량이 용접 품질에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났습니다.
낮은 가스 유속에서는 용접부의 산소 함량이 800ug/g까지 높았고, 높은 가스 유속에서는 산소 함량이 80ug/g으로 감소했습니다. 용접 금속의 인장 강도는 가스 유량에 따라 변하지 않았지만 연성은 가스 유량이 감소함에 따라 감소했습니다.
노즐 모양은 용접 보호 환경에 큰 영향을 미치며, 노즐 직경을 적절히 늘리면 가스 캐비티가 더 안정되고 용접 품질이 만족스러워집니다. 국부 건식 수중 용접은 건식 용접에 가까운 접합 품질을 달성할 수 있습니다.
또한 습식 수중 용접에 비해 단순하고 비용이 저렴하며 유연성이 뛰어나 유망한 수중 용접 방법입니다. 현재 여러 가지 건식 수중 용접 방법이 개발되어 있으며 일부는 이미 생산에 사용되고 있습니다.
이 방법은 일본에서 처음 제안되었습니다. 용접 건은 2층 구조로 되어 있습니다. 용접건의 바깥쪽 층에서 고압의 물이 원뿔 모양으로 분사되어 외부로부터 물의 침입을 차단하는 견고한 워터 커튼을 형성합니다.
용접 건 내부 층은 차폐 가스를 도입하여 용접 건 바로 아래의 물을 대체하여 워터 커튼 내에 안정된 국소 기체상 캐비티를 생성합니다. 용접 아크는 물의 간섭에 영향을 받지 않고 기체상 캐비티 내에서 안정적으로 연소합니다.
워터 커튼은 용접 영역을 주변 물로부터 차폐하고, 고속 제트의 흡입 효과를 활용하여 용접 영역에서 물을 제거하고 기체 상 공동을 형성하며, 물에서 빠져나가는 큰 기포를 여러 개의 작은 기포로 분해하여 기체 공동 내의 안정성을 유지하는 세 가지 용도로 사용됩니다.
이 방법을 사용하면 접합 강도가 모재보다 낮지 않고 용접된 접합부의 면 굽힘 각도와 후면 굽힘 각도가 모두 6708에 도달할 수 있습니다. 용접 건은 가볍고 비교적 유연하지만 가시성 문제는 해결되지 않았습니다.
보호 가스와 연기가 용접 영역의 물을 휘저어 혼탁하게 만들고 다이버의 시야를 방해하기 때문에 용접공은 사실상 앞이 보이지 않는 상태에서 작업해야 합니다. 또한 작업물 표면에서 노즐의 거리와 경사에 대한 엄격한 요구 사항이 존재하므로 용접공의 고도의 조작 기술이 필요합니다.
의 반영과 결합하여 강판 이 방법은 고압의 물에서 랩 조인트 및 필렛 조인트 용접에 효과적이지 않으며 수동 용접이 어렵습니다. 따라서 자동화의 방향으로 발전해야 합니다.
이 공법은 워터 커튼 공법의 단점을 극복하기 위해 일본에서 개발된 공법입니다. 워터 커튼 대신 0.2mm 스테인리스 스틸 와이어 '스커트'를 국소 배수 방식으로 사용합니다. 이 방법은 자동 용접과 수동 용접 모두에 사용할 수 있습니다.
강철 와이어 사이의 간격을 줄이고 가스 캐비티의 안정성을 높이기 위해 강철 와이어 스커트에 구리 와이어 메쉬(100-200 메쉬)를 추가합니다. 스패터가 강철 와이어에 부착되는 것을 방지하기 위해 강철 와이어 스커트 안쪽에 직경 0.1mm의 SiC 섬유 와이어 층을 라이닝합니다. 이 방법은 수심 1~6m의 바닷물에 의해 부식된 철근 말뚝의 용접 접합부를 수리하는 데 사용되었습니다.
이 방법은 작업물에 투명 후드를 설치하고 가스를 사용하여 후드 내부의 물을 대체한 다음 다이버가 용접을 위해 용접 건을 후드 내부의 기체상 영역으로 확장하는 것입니다.
용접사는 후드를 통해 용접 과정을 관찰합니다. 이 수중 용접 방법은 주로 가스 차폐 금속 아크 용접뿐만 아니라 텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접 및 차폐 금속 아크 용접을 사용하여 다양한 조인트 형태의 공간 포지셔닝 용접에 사용할 수 있습니다.
이 후드 국부 건식 용접 방식의 실제 최대 수심은 40m입니다. 이 후드형 국부 건식 수중 용접 방법은 대규모 국부 건식 용접 방법으로 소규모 국부 건식 방법에 비해 용접 품질이 높습니다.
하지만 유연성과 적응력이 떨어집니다. 또한 용접 시간이 길어져 후드 내부의 연기가 증가하여 다이버의 시야에 영향을 미칩니다. 후드 내부의 가스를 깨끗하게 유지하려면 적절한 배기 환기가 필요하므로 반드시 해결해야 하는 문제입니다.
이 방법은 1968년 미국에서 처음 제안되었으며 이후 미국과 영국의 다국적 기업에서 생산에 적용했습니다. 이 방식은 한쪽 끝이 개방된 이동식 챔버를 사용하여 물 배출과 가스 보호가 모두 가능합니다.
이동식 챔버를 용접 부위에 눌러 내부의 물을 대체하여 용접 아크가 연소하는 기체상 캐비티를 만듭니다. 챔버의 직경이 100-130mm에 불과하여 건식 수중 용접 방식입니다.
용접 중에는 챔버의 열린 끝이 공작물과 접촉하고, 용접 건용 반투명 씰링 개스킷과 유연한 씰링 개스킷이 개구부에 설치됩니다.
용접 건이 측면에서 챔버로 확장되고 배출 가스가 물을 대체하여 용접기가 챔버의 내부 조명을 사용하여 홈의 위치를 명확하게 관찰한 다음 용접 아크를 시작할 수 있습니다. 용접기는 전체 용접이 완료될 때까지 용접 이음새를 따라 챔버를 세그먼트별로 이동합니다.
이 방법을 사용하면 어느 위치에서나 용접할 수 있습니다. 챔버 내의 안정적인 기체상 캐비티로 인해 아크 및 용접 품질이 향상되어 접합 강도가 모재보다 낮지 않습니다. 용접부에는 슬래그 내포물, 다공성 및 언더컷과 같은 결함이 없으며 용접 부위의 경도도 낮습니다.
용접된 조인트의 기계적 특성은 미국석유협회의 요구 사항을 충족하며 최대 수심 30~40m에서 사용됩니다. 하지만 이 수중 용접 방법에도 몇 가지 한계가 있습니다:
(1) 용접 연기의 영향을 효과적으로 제거하지 못합니다.
(2) 챔버와 다이버의 마스크 사이에 여전히 물 층이 있습니다. 맑은 물에서는 시야에 거의 영향을 미치지 않지만 혼탁한 물에서는 시야 문제가 해결되지 않습니다.
(3) 용접 건이 챔버에 유연하게 연결되어 있고 챔버가 움직일 때마다 용접 공정이 중단되어 용접 패스의 접합부에 불연속 용접 및 잠재적 결함이 발생할 수 있습니다.
요약하면 부분 배수 조치를 합리적으로 적용하면 수중 용접의 세 가지 주요 기술 문제를 효과적으로 해결할 수 있으므로 아크 안정성을 개선하고 용접 형성을 향상 시키며 다음을 줄일 수 있습니다. 용접 결함.
현재 사용되는 수중 용접 방법은 작업 조건과 수심에 따라 용접 품질이 영향을 받는 등 한계가 있습니다. 그러나 해양 개발 전망의 관점에서 볼 때 수중 용접에 대한 연구는 업계의 요구에 훨씬 못 미칩니다. 따라서 이 분야의 연구를 강화하는 것은 현재와 미래 모두에 큰 의미가 있습니다.
수중 용접은 1917년 영국 해군 조선 연구소에서 선박의 새는 리벳 조인트와 리벳을 수리하기 위해 수중 아크 용접을 사용하면서 처음 등장했습니다. 1932년 Khrenov는 외부 표면에 방수층을 코팅한 수중 특수 용접 전극을 개발하여 수중 용접 아크의 안정성을 어느 정도 향상시켰습니다.
제2차 세계대전이 끝날 무렵, 수중 용접 기술은 침몰한 선박을 인양하는 등의 인양 작업에서 그 중요성이 커졌습니다.
1960년대 후반, 특히 해양 석유 및 가스가 개발되면서 해양 엔지니어링 구조물의 피로, 부식 또는 사고 손상을 해결하고 우수한 용접 품질을 보장하기 위해 수중 용접 수리가 절실히 필요했습니다. 이와 관련한 최초의 보고는 1971년 험블 오일 컴퍼니가 멕시코만의 시추 플랫폼에서 수중 용접 수리를 수행한 것이었습니다.
1958년 최초의 공인 상업용 다이버 그룹이 양성되었고, 수심 100m 미만의 수중 습식 용접 공정이 확립되었습니다. 1987년에는 원자력 발전소의 스테인리스강 배관 수리에 수중 습식 용접 기술이 적용되었습니다. 1990년대에는 수리가 필요한 수중 엔지니어링 구조물의 수가 증가하고 조선소 수리 비용이 증가함에 따라 습식 수중 용접 기술이 더욱 발전했습니다.
수중 용접 기술은 중국에서도 주목받고 적용되었습니다. 1950년대 초에는 전극을 이용한 수중 습식 용접이 사용되었습니다. 1960년대에 중국은 수중 특수 용접 전극을 독자적으로 개발했습니다. 1970년대부터 남중국공과대학교를 비롯한 여러 기관에서 수중 용접 전극과 야금에 대한 광범위한 연구를 수행했습니다.
1970년대 후반, 상하이 구조국과 톈진 석유 탐사국의 도움을 받아 하얼빈 용접 연구소는 현지 건식 수중 용접 방식인 LD-CO2 용접 기술을 개발했습니다. 수중 용접을 위해 특별히 설계된 반자동 용접 건은 용접 연기를 효과적으로 제거하여 다이버가 홈의 위치를 명확하게 관찰하고 용접 품질을 보장할 수 있도록 합니다. 지난 20년 동안 많은 건설 작업이 LD-CO2 용접 방식을 사용하여 완료되었습니다.
수중 용접 품질에 영향을 미치는 주요 요인은 수심과 그에 따른 환경 압력, 습하고 열악한 작업 환경입니다. 습식 수중 용접의 품질을 보장하는 것은 어려운 일이며, 습식 수중 용접 품질을 개선하는 것이 연구의 핵심 초점입니다. 영국과 미국에서는 다양한 고품질 수중 용접 전극을 개발했습니다.
일반적으로 습식 수중 용접의 수심은 100m를 넘지 않습니다. 현재는 수심 200m에서 습식 수중 용접 기술을 획기적으로 발전시키는 데 초점을 맞추고 있습니다. 첨단 기술을 이용한 용접 공정 모니터링에 대한 연구는 특히 건식 및 부분 건식 수중 용접의 자동화 및 지능화 분야에서 어느 정도 진전을 이루었습니다. 자동화된 트랙 용접 시스템과 자동화된 공정 모니터링 기능을 갖춘 수중 용접 로봇 시스템이 개발되어 용접 품질이 향상되고 작업 시간이 단축되며 다이버의 작업량이 감소했습니다.
원격 제어 자동 용접을 사용하면 수동 다이버의 수심 한계를 뛰어넘을 수 있습니다. 트랙 용접 시스템은 모듈식 구조로 되어 있어 유지보수가 간단합니다. 빠르게 발전하는 수중 용접 로봇 시스템은 유연성이 뛰어나며 가스 등 고압 건식 수중 용접에서 만족스러운 용접 품질을 달성할 수 있습니다. 텅스텐 아크 용접 (GTWA), 가스 금속 아크 용접(GMAW) 및 플럭스 코어 아크 용접(FCAW)을 1100m의 수심에서도 사용할 수 있습니다.
레이저 장치로 안내하는 수중 용접 로봇 시스템은 용접 및 결함을 감지하고 제어하는 데 더 많은 유연성을 제공하여 용접 품질 향상에 기여합니다. 수중 용접에서 와이어 공급 시스템은 수심 때문에 어려운 과제입니다. 새로운 유형의 고신뢰성 수중 플립 및 와이어 피드백 시스템이 적용되었습니다.
전반적으로 현재 수중 용접 로봇 시스템에는 유연성, 크기, 작동 환경, 감지 및 모니터링 기술, 신뢰성 등 아직 개발과 개선이 필요한 많은 문제점이 있습니다.
MachineMFG의 창립자인 저는 10년 넘게 금속 가공 산업에 종사해 왔습니다. 폭넓은 경험을 통해 판금 제조, 기계 가공, 기계 공학 및 금속용 공작 기계 분야의 전문가가 될 수 있었습니다. 저는 이러한 주제에 대해 끊임없이 생각하고, 읽고, 글을 쓰면서 제 분야에서 선두를 유지하기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 저의 지식과 전문성을 귀사의 비즈니스에 자산으로 활용하세요.
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