ASME BPVC Sec IX: WPQ 작성법 - SMAW

이번에는 이 블로그의 이름에 걸맞도록 오랜만에 기술자료를 업데이트하려고 한다. 거의 1년 전부터 ASME BPVC Section IX (이하 ASME Sec IX 또는 Sec IX)을 설명하는 글을 쓰려고 계획했는데, 어떻게 전달하면 좋을지 고민만 하다 결국 여기까지 오게 되었다. 동영상으로 제작하면 설명하기도 편할 것 같은데 여러 가지 제약 상 그냥 사진을 이용하여 설명을 하도록 해야겠다.

 

우선 ASME Sec IX 중에서 가장 설명이 용이하다고 생각되는 WPQ (Welder Performance Qualifications) 작성법, 그중에서도 SMAW (Submergerd Arc Welding)에 대해서 설명을 하고자 한다.

 

 

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WPQ (Welder Performance Qualifications) 이란?

WPQ는 Welder Performance Qualifications의 약자로 '용접사 자격증' 정도로 해석할 수 있겠다(캐나다나 미국에서는 Welder('s) Ticket, Welder('s) Ceritificate 등등으로도 불림). 이 WPQ는 기본적으로 ASME Boiler and Pressure Code나 B31 Pressure Piping 등을 이용하여 배관, 용기 등을 제작 시 사용되는 용접사의 자격증이다. 하지만 ASME Sec IX이 워낙 널리 쓰이는 Code이므로 기타 많은 용접 분야의 용접사 시험에 활용되기도 한다.

 

이때 ASME Sec IX에서 Article III Welding Performance Qualifications(즉 QW-3XX으로 시작되는 항목)이 용접사의 자격과 관련된 항목이다. 참고로 Sec IX에서 'Performance'라는 단어가 들어가 있으면 'Welder/Welding Operator'와 관련된 항목이다.

 

 

WPQ의 양식

WPQ의 양식은 정해진 것이 없다. 다만 Sec IX의 부록(Nonmandatory Appendix B)에 참고양식을 포함해 놓았다(아래 그림 참조). 양식의 제목인 'Form QW-484A Suggested Format A for Welder Performance Qualifactions'에서 알 수 있듯이 말 그대로 'Suggested Format'이다. 따라서 WPQ의 양식에 Sec IX QW-350/360에서 규정한 Essential Variables만 모두 포함되어 있다면 어떠한 형태의 양식을 사용하여도 무방하다. 내가 일을 하면서 본 WPQ들은 대부분 아래 양식을 조금 수정한 형태였는데, 아주 가끔씩 완전히 다른 형식의 양식을 사용하는 경우를 만날 수 있었다.

 

아래 양식은 Gumsa Kim(ID: GK01)이라는 용접사가 'WPS# SMAW-1'이라는 가상의 WPS를 이용하여 아주 기본적인 SMAW F3/F4 용접을 하였다고 가정하였다.

 

 

 

 

1. 기본정보

'기본정보' 영역에는 다음과 같은 것들이 포함되어야 한다.

• 용접사 이름, ID: QW-301.3 'Each qualified welder shall be assigned an ID number, letter, or symbol'
• 사용된 WPS: QW-301.2 'Performance Qualification Test shall be welded in accordance with WPS/SWPS'
• Test Description(시험 종류): QW-300.1에 따라 Test Coupon or Production Weld 가능
• 기타 정보: 테스트 날짜, 사용된 시편의 재질(Specification), 모재의 두께. 이들은 Essential Variables는 아니나 일반적으로 필요한 정보이다(이런 정보가 있어야 시험에 사용된 WPS가 적절한 것인지 판단이 가능)

 

 

 

2. Testing Variables and Qualification Limits

다음은 실제 용접사 테스트 시 사용된 값(Actual Values)과 용접사에게 허용된 범위(Range Qualifed)를 나타내는 곳이다. 이때 QW-350에서 규정한 Essential Variables를 반드시 포함하여야 한다. SMAW의 경우 QW-353이 Essential Variables이고 아래는 Gumsa Kim의 WPQ에 그것들이 모두 포함되었는지를 보여주는 그림이다.

 

 

 

이번에는 각각의 Essential Variables를 통해 어떻게 허용된 범위(Range Qualified)가 주어지는지를 살펴보도록 하겠다. 

 

 

 

QW-402.4 '- Backing'

 

QW-402.4에 따라서 Backing을 제거하는 경우에는 용접사를 다시 Qualify 해야 한다. 거꾸로 말하면 Backing이 없이 테스트한 경우 Backing이 있는 경우도 허용된다는 뜻이다. 예로 든 WPQ에서 우리의 Gumsa Kim은 F3(E6010) / F4(E7018)를 이용하여 NPS 2.5" 배관을 용접하였다. 즉, F3는 Backing이 없는 상태로 용접을 하였고, F4는 F3 위에 용접을 하였다 (F3: Without Backing, F4: With Bakcing).

 

따라서 그에게 허용된 범위는 'F1-F4: With Backing', 'F3: With or Without Backing'이 되었다. 물론 그냥 'F3: With or Without, F4: With'라고만 써도 되는데 QW-433에 의하여 F1, F2도 용접이 가능하니 모두 적었다.

 

 

 

 

QW-403.16 'ø Pipe Diameter'

 

다음은 QW-403.16에 따라 배관 직경이 QW-452.3에서 허용하는 범위를 넘어가는 경우 Re-qualify 해야 한다. 우리의 Gumsa Kim은 NPS 2.5"(= OD 2-7/8") 배관을 이용하였으므로 QW-452.3에 따라 최소 OD 1"까지 용접을 할 수 있다(Maximum 제한은 없음). 

 

따라서 그에게 허용된 범위는 'OD 1" and Up'이 되었다(이때 QW-461.9에 따라 Plate 용접도 가능하므로 'OD 1" and Up & Plate' 등으로 적을 수 있다).

 

 

 

 

QW-403.18 'ø P-Number'

 

다음은 QW-403.18에 따라 모재의 P-Number가 QW-423.1에서 허용하는 범위를 넘어가는 경우 Re-qualify 해야 한다. 따라서 'P1 - P1' 용접을 한 경우 QW-423.1에 따라 허용된 범위는 'P1 to P15F, P34, P41 to P49'가 된다.

 

 

 

 

 

QW-404.15 'ø F-Number'

 

다음은 QW-404.15에 따라 Filler Metal의 F-Number가 QW-433에서 허용하는 범위를 넘어가는 경우 Re-qualify 해야 한다(참고로 QW-432는 F-Number를 규정해 놓은 Table). 따라서 'F3, F4' Filler Metal을 이용한 경우 허용된 범위는 'F1 to F4'이다(이때 Backing 유/무 조건이 있으므로 앞서 설명한 Backing 항목 참조).

 

 

 

 

QW-404.30 'ø t Weld Deposit'

 

다음은 QW-404.30에 따라 Weld Deposit(용착 두께라고 하는 듯)이 QW-452.1(b)에서 허용된 범위를 넘어가는 경우 Re-qualify 해야 한다. 뭔가 복잡하지만 1/2" 이하일 경우 그저 2배를 해주면 된다. 따라서 허용된 범위는 F3: 0.200", F1 to F4: 0.236" 이 된다.

(2023.01.17) 최근 다시 생각해 보니 그냥 F1 to F4: 0.436"이라고만 적는 것이 가장 적당할 것 같다. F3/F4 구분할 필요가 없는 이유는, Backing(QW-402.4)에서 이미 F3 만 Backing 없이 용접이 가능하다고 이미 정해졌기 때문이다. 

 

참고로 2" Schedule 80 배관의 두께가 0.218"인데 잘못해서 QW-403.16에 NPS 2.5" 라고 적었다. 2"라고 바꿔야 하는데 모든 그림을 바꾸기가 힘들어 그냥 두었다.

 

 

 

 

QW-405.1 '+ Position'

 

다음은 QW-405.1에 따라 Position이 QW-303에서 허용된 범위와 다를 경우 Re-qualify 해야 한다. 시험에 사용된 Pipe 용접은 Groove Welds로 QW-303.1 및 QW-461.9에 따라 최종적으로 허용된 Posotion을 알 수 있다. 시험에서는 6G Position이 사용되었으므로 허용된 Position은 'All'이다.

 

 

 

 

 

QW-405.3 'ø Vertical Welding'

 

이 항목의 끝으로 QW-405.3에 따라 Vertical Welding 방식이 변경될 경우 Re-qualify 해야 한다. 간단히 말해서 시험에서 Uphill(밑에서 위로 용접)로 용접을 하였으면 Uphill만 허용되고, Downhill로 용접을 하였으면 Downhill만 허용된다.

 

 

 

3. 용접 시편 시험 결과 값

다음은 용접사 시험 후 얻어진 시편의 시험 결과 값을 적는 영역이다. 이때 용접사 시험에서 필요한 시험들은 QW-452.1(a)에서 알 수 있다(아래 표 참조). 즉, 모든 시편에 대해서 Visual Examination이 필요하고, 모재(Base Metal)의 두께에 따라 적절한 종류의 Bending Test 타입을 선택 후 Bending Test를 해야 한다(간단히 설명하면, 두께가 얇은 경우 Transverse / Root Bends, 두께가 10mm 초과하면 Side Bends를 고려).

 

이번에 예제를 든 시험의 경우 0.218" 두께에 6G로 용접을 하였으므로, 2개의 Face Bends와 2개의 Root Bends Test가 필요하다(QW-452.1(a) Note(1) 참고). 따라서 아래의 양식에 Visual Exam 결과(Acceptable) 및 Bend Test의 수량 및 결과가 제대로 적어 넣으면 된다.

 

 

 

 

마무리

이번에는 SMAW의 WPQ 작성법에 대해서 설명을 해 보았다. 생각보다 너무 복잡해지지 않았나 싶다. 그래도 다음에 시간이 된다면 GTAW 및 GMAW의 WPQ를 설명하고 훨씬 더 복잡한 WPS/PQR 설명에 도전해 보아야겠다.

 

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참고영상