1. 304 스테인리스의 용접 특성: 크롬 산화층과 열영향부(H.A.Z)의 민감성
304 스테인리스강은 내식성과 기계적 성질이 우수하여 다양한 산업에서 사용되며, 용접성 또한 뛰어난 재료로 평가받습니다.
하지만 스테인리스는 탄소(C)와 크롬(Cr) 함량에 따라 **열영향부(Heat Affected Zone, HAZ)**에서 크롬 카바이드(Cr23C6) 침전이 발생할 수 있으며, 이는 **입계부식(Intergranular Corrosion)**의 원인이 됩니다.
304 스테인리스는 대표적인 오스테나이트계 스테인리스로, 용접 시 고온에서 오랫동안 유지될 경우 입계부식과 산화층 형성이 일어나기 쉽습니다.
이를 방지하기 위해서는 적절한 열입력 제어, 저탄소계(304L)의 사용, 후열처리(Passivation) 등의 대응이 필수입니다.
2. 용접 시 자주 발생하는 결함 유형: 기공, 균열, 입열부 변색
304 파이프 용접 시 대표적으로 발생하는 결함은 기공(Porosity), 용접 균열(Cracking), **변색 및 산화(Discoloration)**입니다.
기공은 용접 중 내부에 혼입된 수소나 불완전한 아르곤 차폐로 인해 발생하며, 파이프 내부의 위생성과 내식성을 크게 저하시킵니다.
균열은 과도한 열입력, 냉각 속도의 불균일성, 혹은 응력 집중에 의해 발생하며, 특히 파이프의 모서리나 시작/종료부에서 잘 나타납니다.
또한, 외관상 자주 발생하는 문제는 HAZ 부위의 변색입니다.
이는 용접 온도가 너무 높거나 산화막이 제거되지 않았을 때 나타나며, 부식 저항을 저하시키므로 사후 처리가 필요합니다.
✅ 주요 결함 및 발생 원인
결함 유형원인주요 영향
기공 가스 혼입, 용접봉 수분 내압 불량, 오염 가능성 균열 응력 집중, 냉각 불균일 파열, 파손 가능성 변색 산화, 보호가스 부족 부식 저항 감소
3. 결함 예방을 위한 용접 조건 최적화: 열입력, 보호가스, 용접 순서
결함을 방지하기 위해 가장 중요한 요소는 열입력의 제어입니다.
304 스테인리스는 고온에서 민감하므로 **저전류-고속 용접법(Low heat input, high-speed welding)**이 권장되며, 다층 용접 시에는 각 층의 냉각 시간을 충분히 확보해야 합니다.
또한, **보호가스(Argon, 혼합가스)**의 차폐는 산화를 막는 데 필수입니다.
특히 파이프 용접 시에는 **백가스 처리(Back purging)**를 통해 내면까지 아르곤으로 차폐해야 내식성을 유지할 수 있습니다.
용접 순서 또한 균열 방지에 영향을 미치는데, **루트패스(Root Pass)부터 최종 캡 패스(Cap Pass)**까지 순차적으로 응력을 분산시켜야 합니다.
이와 함께, 용접봉과 필러재는 반드시 304 혹은 308계열을 사용하며, 습기 흡수를 방지하기 위해 건조 상태로 유지해야 합니다.
4. 결함 발생 시 대처 방법: 재용접, 세정, 패시베이션 처리
결함이 발생했을 경우, 즉각적인 대처와 보수 작업이 중요합니다.
기공이 있는 경우, 그 부위를 그라인딩 후 재용접하는 방식이 일반적이며, 내부 파이프일 경우 내시경 검사를 통한 전수 확인이 필요합니다.
균열은 파이프 구조 전체의 응력 상태를 고려해 균열 절단 후 재작업하거나, 응력이 집중된 설계를 보완하는 방식으로 해결할 수 있습니다.
변색 부위는 **스케일 제거(Surface Pickling)**와 함께 **산세(Pickling Paste)**나 **전해 연마(Electro-Polishing)**를 통해 부식 저항을 복구시킬 수 있습니다.
최종적으로, 모든 용접 부위에 대해 패시베이션(Passivation) 처리를 통해 산화막을 재형성하여 내식성을 회복하는 것이 중요합니다.
📌 TIP:
- 백가스(Back purging) 시 아르곤 유량은 최소 10L/min 이상 유지
- 용접 전 브러싱, 솔벤트 세정으로 오염 제거
- Passivation 후 ASTM A967 기준으로 부식 시험 진행
✅ 결론: 품질 높은 용접을 위한 시스템적 접근이 핵심
304 스테인리스 파이프의 용접은 단순한 접합 작업이 아닌, 고내식성과 기계적 신뢰성을 동시에 확보해야 하는 정밀 공정입니다.
용접 결함은 전체 설비의 수명과 성능에 치명적인 영향을 미칠 수 있기 때문에, 발생 가능성을 사전에 제거하고 사후 보수까지 계획하는 것이 필수입니다.
따라서, 숙련된 작업자 교육, 공정 설계, 설비 점검, 표준화된 검사 체계를 함께 운영하는 것이 고품질 용접의 전제 조건입니다.
이러한 종합적인 품질 관리만이 애프터마켓 클레임을 방지하고, 장기적인 고객 신뢰를 구축하는 열쇠가 됩니다.