반전사형 압력 기구 머리 ASTM A516 GR. 70 탄소 강철 ASTM B171 C71500 Cu-Ni 플래드 2:1

ASTM A516 GR. 70 +ASTM B171 C71500 탄소강 클래드 접시형 구면 헤드 (장비용)

개요 – 클래드 타원형 헤드 (압력 용기 마감 부품)

클래드 타원형 헤드는 탄소강 또는 합금강 베이스 플레이트에 부식 방지 합금(CRA) 층이 공정 측면에 야금학적으로 접합된 성형 압력 용기 엔드 클로저입니다. 2:1 반타원형은 쉘 및 튜브 열 교환기, 압력 용기, 반응기 및 저장 탱크에서 가장 일반적인 토로스페리컬/엘립소이달 헤드 구성으로, 압력 보유 효율성과 성형 비용 간의 최적의 균형을 제공합니다.

클래딩 층은 공정 유체에 대한 내식성을 제공하며, 베이스 재료는 구조적 강도와 압력 무결성을 제공합니다. 이 제품은 국내 적용을 위해 ASME Section VIII Division 1 또는 Division 2 및 GB/T 25198 (압력 용기 헤드)에 따라 설계 및 제조됩니다.

기하학적 정의 – 2:1 타원형 헤드

2:1 반타원형 헤드는 부착되는 쉘의 내부 직경(ID)의 1/4과 같은 내부 깊이(중앙)를 가집니다:

• 장축 (D) = 쉘 ID

• 단축 (h) = D/4 (접선선에서 크라운 중심까지의 내부 깊이)

• 너클 반경 (r) ≈ 0.17 × D (크라운과 직선 플랜지 사이의 전이 영역)

• 크라운 반경 (R) ≈ 0.90 × D (구형 중앙 부분)

클래딩 재료 및 베이스 재료 조합

클래드 타원형 헤드는 다음 방법 중 하나를 통해 탄소강 또는 합금강 베이스 플레이트에 부식 방지 합금(CRA) 층을 적용하여 제조됩니다:

• 폭발 접합 클래드 플레이트: 제어된 폭발물의 폭발로 CRA와 베이스 재료 사이에 야금학적 결합 생성 (ASME SA-263 / SA-264 / SA-265 기준)

• 롤 접합 클래드 플레이트: CRA와 베이스 재료를 압력 하에서 함께 열간 압연하여 야금학적 결합 형성

• 용접 오버레이 (스트립 클래딩): CRA 재료를 겹치는 스트립으로 베이스 플레이트 표면에 용접 증착 (ASME IX 기준)

베이스 재료 옵션

클래딩 재료 옵션

클래딩 두께 (CRA 층)

• 표준 클래드 두께: 2mm – 6mm (일반적으로 ASME VIII-1 UW-13에 따라 최소 3mm)

• 클래드 두께 허용 오차: +0.5mm / -0.0mm (하한 허용 오차 없음)

• 클래드 비율: 총 두께 (클래드 + 베이스)에 대한 클래드 두께의 백분율. 부식성 서비스의 경우, 필요한 부식 여유에 따라 클래드 두께 선택.

총 공칭 두께

• 베이스 두께: 6mm – 80mm (압력 유지를 위해 ASME VIII-1 UG-27 / UG-32에 따라 선택)

• 총 두께 = 베이스 두께 + 클래드 두께 (야금학적으로 접합된 경우에만 압력 계산에 클래드 포함; ASME VIII-1 부록 AA 기준)

• 성형 후 최소 성형 두께: 공칭 두께의 ≥ 90% (GB/T 25198 / ASME VIII-1 UG-79 기준)

성형 공정 – 열간 또는 냉간 성형

클래드 타원형 헤드는 다음 방법 중 하나를 사용하여 클래드 플레이트에서 성형됩니다. 공정 선택은 클래딩 재료, 총 두께 및 필요한 정밀도에 따라 달라집니다.

열간 성형

• 성형 온도: 900°C – 1,050°C (탄소강 베이스 + 스테인리스 클래드)

• 클래딩 측면 보호: 과도한 스케일링 방지를 위해 산화 분위기 제어; 클래드 표면에 불활성 가스 퍼지 또는 보호 코팅 적용

• 가열 속도: 열 충격 및 클래딩 박리 방지를 위해 ≤ 150°C/시간

• 담금질 / 냉각: 공기 냉각 또는 제어된 로 냉각 (PWHT가 필요한 합금 베이스 재료의 경우)

냉간 성형

• 성형 온도: 상온 (20°C – 40°C)

• 성형 장비: 프레스 브레이크 또는 다이 세트가 맞는 디싱 프레스

• 스프링백 보상: 냉간 성형 스프링백 보상을 위한 다이 치수 조정 (일반적으로 헤드 직경 및 재료 항복 강도당 크라운 반경의 0.5% – 1.5%)

• 최대 냉간 성형 변형률: 클래딩 박리 및 베이스 재료 균열 방지를 위해 제한됨. 스테인리스 클래드가 있는 탄소강 베이스의 경우, 권장 성형 변형률 ≤ 15% (제조업체 성형 절차 기준).

• 냉간 성형 후: 베이스 재료 두께 > 38mm이거나 서비스에서 응력 완화가 필요한 경우 ASME VIII-1 UCS-56에 따라 전체 용접 후 열처리(PWHT) 필요.

성형 허용 오차 (ASME VIII-1 UG-81 / GB/T 25198 기준)

클래딩 무결성 – 접합 품질 및 테스트

클래드와 베이스 재료 간의 야금학적 결합은 ASME VIII-1 UW-13 및 ASME SA-263 / SA-264 / SA-265에 따라 검증되어야 합니다.

접합 무결성 기준

• 전단 강도 (클래드-베이스 접합): 폭발 접합 플레이트의 경우 ≥ 140 MPa (ASTM B898 기준)

• 접합 면적: 총 클래드 표면의 ≥ 99% (야금학적으로 접합된 클래드 표면적)

• 미접합 면적 허용치: 개별 미접합 패치 ≤ 100mm²; 총 미접합 면적 ≤ 표면의 1% (ASME VIII-1 기준)

클래드 표면의 비파괴 검사 (NDE)

• 초음파 검사 (UT) – 접합 결함 및 박리 방지를 위한 클래드-베이스 계면 100% 스캔 (ASME V, 제5조 기준)

• 합격 기준: 20mm 초과 선형 표시 없음; 군집 표시 없음; 기준 레벨의 ≥ 50% 진폭 표시 없음

• 액체 침투 탐상 (PT) – 표면 균열 방지를 위한 클래드 표면 및 용접 조인트 100% (ASME V, 제6조 기준)

• 합격: 균열 없음, 0.8mm 초과 기공 없음, 군집 기공 없음

쉘과의 용접 – 조인트 설계 및 준비

클래드 타원형 헤드는 접선선에서 쉘 또는 플랜지에 용접됩니다. 조인트는 클래드 계면 전반에 걸쳐 구조적 무결성과 내식성을 모두 유지해야 합니다.

조인트 준비 (ASME VIII-1 UW-13 기준)

• 베벨 각도: 30° – 37.5° (단일 V 또는 이중 V)

• 루트 간격: 2mm – 4mm

• 클래드 층 스텝백: 클래딩 재료는 용접 홈 가장자리에서 약 2mm – 3mm 후퇴되어 첫 번째 패스(베이스 재료 용접)가 클래드 층을 용접에 녹이지 않고 증착될 수 있도록 함

• 전이 용접: 부식 방지 용접 표면을 얻기 위해 클래딩 재료의 버터링 층을 용접 홈 표면에 증착 (필요한 경우)

용접 순서 (권장)

1. 베이스 재료 용접 (탄소강 / 합금강) – 먼저 증착, ASME VIII-1 UW-52에 따라 100% RT 또는 UT

2. 클래드 측 용접 (스테인리스 또는 CRA) – 베이스 용접 완료 및 검사 후 증착

3. 용접 표면 클래드 오버레이 – 조인트 전반에 걸쳐 내식성을 복원하기 위해 증착되는 최종 CRA 재료 층

4. 클래드 표면 및 용접 오버레이 최종 PT 검사 – 100%

PWHT (용접 후 열처리)

• 다음과 같은 경우 ASME VIII-1 UCS-56에 따라 필요:

  • 베이스 재료 두께 > 38mm

  • 서비스에 습식 H₂S 포함 (NACE MR0175 / ISO 15156)

  • 베이스 재료가 템퍼링이 필요한 저합금강 (SA-387)

• PWHT 온도: 탄소강의 경우 620°C ± 15°C; 저합금강의 경우 680°C – 760°C (UCS-56 표 기준)

• 유지 시간: 베이스 두께 25mm당 1시간; 최소 1시간

• 냉각 속도: 탄소강의 경우 400°C까지 ≤ 50°C/시간 (탄화물 석출 또는 응력 균열 방지)

• PWHT 중 클래드 보호: 산화 방지를 위해 클래드 표면에 불활성 가스 퍼지 (아르곤) 적용; 클래드 표면 스케일링 최소화를 위해 필요한 경우 열 차폐 설치

헤드당 검사 및 테스트

치수 검사

• 크라운 반경: 템플릿 또는 3D 스캔으로 측정 – 허용 오차 ±1.5%

• 내부 깊이 (h): 접선선에서 크라운 중심까지 측정 – 허용 오차 ±1.0%

• 접선선에서의 쉘 ID 일치: 원형도 불량 ≤ 쉘 ID의 1.0%

• 직선 플랜지 길이: 일반적으로 25mm – 100mm (설계 기준); 허용 오차 ±2mm

• 클래드 두께: 표면적의 10%에서 초음파 두께 측정기 – 최소 두께 ≥ 공칭 클래드 두께 – 0.5mm

비파괴 검사 (NDE)

압력 테스트 (선박에 용접된 경우)

• 수압 테스트: ASME VIII-1 UG-99에 따라 설계 압력의 1.3배 × (테스트 온도에서의 S / 설계 온도에서의 S)

• 유지 시간: 최소 30분

• 합격: 압력 강하 없음; 용접 조인트 또는 클래드 계면에서 눈에 보이는 누출 없음

• 수압 테스트 후 클래드 표면: 블리스터링 또는 박리 육안 검사 – 블리스터링 허용 안 함

선적당 문서

• 재료 시험 인증서 (EN 10204 3.1 또는 3.2) – 베이스 플레이트 및 클래딩 재료

• 클래드 플레이트 제조 보고서 (폭발 접합 또는 롤 접합) – 접합 전단 강도 테스트 결과 포함

• ASME U-스탬프 데이터 보고서 (해당되는 경우)

• GB/T 25198 데이터 시트 (국내 표준인 경우)

• 치수 검사 보고서 (크라운 반경, 깊이, 두께, 원형도 불량)

• NDE 보고서 – UT 접합 스캔, PT 표면 스캔, RT/UT 용접 스캔 (용접된 경우)

• PWHT 차트 기록 (시간-온도 곡선) – 수행된 경우

• 성형 절차 사양 (FPS) 및 성형 보고서 (열간/냉간 성형 기록)

• 클래드 두께 측정 보고서 (초음파 두께 측정기 기록)

선택 체크리스트 – 클래드 타원형 헤드

1. 쉘 ID (내부 직경) – 헤드 크기 결정

2. 설계 압력 – ASME VIII-1 UG-32에 따라 베이스 두께 결정

3. 설계 온도 – 베이스 재료 등급 및 PWHT 요구 사항 결정

4. 공정 유체 부식성 – 클래딩 재료 및 최소 클래드 두께 결정

5. 필요한 클래딩 재료 – 304L / 316L / 듀플렉스 / Ti / 합금 625 / 합금 C276

6. 필요한 클래드 두께 – 부식 여유에 따라 (일반적으로 최소 3mm)

7. 필요한 베이스 재료 – CS SA-516 Gr.70 / Q345R / SA-387 Gr.11/22

8. 성형 방법 선호도 – 열간 성형 또는 냉간 성형

9. PWHT 요구 사항 – 베이스 두께 및 서비스에 따라

10. NDE 요구 사항 – ASME VIII-1 또는 프로젝트 사양에 따라 (예: 100% UT 접합 스캔, 100% PT)

11. 플랜지 또는 노즐 부착물 – 헤드에 이미 용접된 경우, 용접 조인트 세부 정보 제공

12. 페인트/코팅 사양 – 외부 표면용 (탄소강 베이스) 단열되지 않은 경우

설계 제한 사항 – 클래드 타원형 헤드

클래드 타원형 헤드는 다음에는 적용되지 않습니다:

• 작동 온도가 열팽창 계수 불일치로 인해 클래딩 박리를 유발하는 서비스 (클래드 및 베이스 재료는 다른 열팽창 계수를 가짐). ASME VIII-1 부록 AA에 따라, 클래드와 베이스 간의 열 응력은 설계 계산에 포함되어야 합니다.

• 클래드-베이스 접합이 피로를 겪을 수 있는 심한 열 주기 (> 연간 1,000 사이클). 클래드 두께 및 접합 무결성은 ASME VIII-2에 따른 피로 분석에 따라 재평가되어야 합니다.

• 매우 높은 온도 (> 540°C)에서 클래딩 재료가 내식성을 잃거나 상 변환을 겪는 경우. 이러한 서비스에는 합금 625 또는 합금 800이 권장됩니다.

• 빠른 압력 주기 (맥동 서비스) 서비스 – 클래드 접합이 박리 응력을 받을 수 있음; 추가 접합 테스트는 제조업체에 문의하십시오.