스테인리스강 304 및 316 용접: 용접 재료, 입열량 및 부동태화 처리

용접 재료 선정

기본 원칙은 한 등급 위의 용접 재료를 사용하는 것입니다:

• 304/304L은 308L 용접 재료로 용접합니다.
• 316/316L은 공식 저항성을 유지하는 데 필요한 몰리브덴을 함유한 316L 용접 재료로 용접합니다.
• 이종 이음부(304와 탄소강)는 309L과 같은 과합금 용접 재료를 사용합니다.

"L"이 중요합니다: 용접 재료의 탄소를 0.03% 이하로 유지하여 용착 금속 자체가 예민화에 저항하도록 합니다. 모재가 일반 304 또는 316(L등급이 아닌 경우)인 경우, L등급 용접 재료를 사용하고 입열량을 관리하는 것이 용접 금속을 보호하는 주요 수단입니다.

입열량과 예민화

대략 450 °C에서 850 °C 사이에서는 크롬이 탄소와 결합하여 결정립계에 탄화물을 형성하고 — 예민화 — 그 결과 크롬이 결핍된 영역이 남아 우선적으로 부식됩니다(용접부 부식, 나이프라인 어택). 따라서 스테인리스 용접 실무는 탄소강과는 반대 방향으로 접근합니다:

• 입열량을 낮음에서 중간 수준으로 유지하십시오(일반적으로 0.5–1.5 kJ/mm 범위이며, 공정에 따라 다릅니다).
• 패스 간 온도를 일반적으로 약 150 °C로 제한하십시오.
• 넓은 위빙 대신 스트링거 비드를 사용하고, 패스 사이에 이음부를 냉각시키십시오.

오스테나이트계 스테인리스는 열전도율도 낮고 탄소강보다 대략 절반만큼 더 팽창하므로, 변형 제어(균형 잡힌 용접 순서, 백스텝 용접, 적절한 지그 고정)는 사후 고려 사항이 아니라 절차의 일부입니다.

기법상의 요점

• 차폐: 파이프와 박판 용접부의 루트면은 루트가 수 밀리미터의 금속으로 밀봉될 때까지 불활성 백킹 가스(아르곤 퍼지)가 필요합니다. 산화되어 설탕처럼 거칠어진 루트는 내식성과 피로 성능이 저하됩니다.
• 청결: 스테인리스 전용 브러시와 연마재만을 사용하십시오. 탄소강 공구를 함께 사용하면 철 오염이 박혀 녹이 발생합니다. 용접 전에 탈지하십시오.
• 근처에서 탄소강을 연삭할 때 스테인리스 부품을 작업대로 사용하지 마십시오 — 연삭 분진 오염은 의문의 녹 반점이 발생하는 흔한 원인입니다.

용접 후: 세정과 부동태화 처리

용접 후에는 열착색이 남습니다 — 이는 그 아래의 내식성 저하를 나타내는 밀짚색에서 청색까지의 색상을 띠는 크롬 결핍 산화 피막입니다. 부식 환경에서 사용하려면 착색과 결핍층을 제거해야 합니다:

1. 기계적 세정(스테인리스 브러싱, 미세 연마재) — 경미한 용도에 적합합니다.
2. 산세 — 질산/불산 페이스트 또는 침지조를 사용하여 표면을 완전히 복원합니다.
3. 부동태화 처리 — 질산 또는 구연산(ASTM A967 실무에 따름)을 사용하여 이미 청결한 표면에 크롬 산화 피막을 재형성합니다. 부동태화 처리는 세정제가 아닙니다 — 두꺼운 착색이나 스케일을 제거하지 못합니다.

올바르게 용접하고 세정하며 부동태화 처리한 316 이음부는 내식 성능 면에서 모재와 구별할 수 없을 정도여야 합니다. 용접 후 공정을 생략하는 것이 그렇지 못한 일반적인 이유입니다.

일반적인 결함과 그 원인

• 기공: 거의 항상 오염이 원인입니다 — 이음면에 수분, 그리스, 도료 또는 아연이 있거나, 차폐에 문제가 있는 경우(가스 차폐 상실, 외풍)입니다. 스테인리스는 용융지가 오염된 표면에 덜 관대하기 때문에 탄소강보다 오염으로 인한 기공이 더 빨리 나타납니다.
• 설탕형 루트: 백킹 퍼지가 불충분한 경우입니다. 루트가 산화되어 거칠고 검게 변한, 부식에 취약한 표면이 되며 외부에서 보수할 수 없습니다.
• 균열: 304/316 자체에서는 드뭅니다(용착 금속 내 소량의 페라이트를 함유한 오스테나이트 조직이 응고 균열에 저항합니다). 그러나 이종 이음부에 잘못된 용접 재료를 사용하거나 탄소 오염이 용융지에 유입될 경우 실질적인 위험이 됩니다 — 전용 공구와 청결한 와이어를 사용해야 하는 또 하나의 이유입니다.