WPS·PQR 작성 실무 | P-No·필수변수·PQ TEST 완벽 정리 | ASME Section IX

현장에서 본 용접에 들어가기 전에 반드시 확인해야 하는 중요한 문서 중 하나가 WPS(Welding Procedure Specification, 용접절차사양서)입니다. 저도 처음 품질 업무를 접했을 때는 WPS와 PQR에 적힌 수많은 번호와 조건이 왜 필요한지 쉽게 이해되지 않았습니다.

하지만 하나씩 연결해서 보면 구조는 의외로 단순합니다. 어떤 조건으로 용접할 것인지를 WPS에 정하고, 실제 시험편을 그 조건으로 용접한 뒤 결과를 PQR로 기록해 그 절차의 적합성을 입증하는 것입니다.

오늘은 ASME Section IX를 기준으로 WPS와 PQR이 어떤 관계를 가지는지, P-No와 필수변수는 어떻게 확인해야 하는지, 그리고 현장에서 흔히 PQ TEST라고 부르는 용접절차 인정시험은 어떤 흐름으로 진행되는지 정리해보겠습니다.

WPS와 PQR, 무엇이 다른가?

WPS(Welding Procedure Specification)는 생산 용접을 어떤 조건과 방법으로 수행할 것인지 규정하는 용접절차사양서입니다.

반면 PQR(Procedure Qualification Record)은 용접절차 인정시험에 사용한 실제 용접조건과 시험 결과를 기록한 문서입니다.

쉽게 정리하면 다음과 같습니다.

• WPS : 앞으로 어떻게 용접할 것인가
• PQR : 시험편을 실제로 어떻게 용접했고 어떤 결과가 나왔는가

실무에서는 먼저 시험에 사용할 Draft WPS 또는 회사 내부의 예비 절차를 작성한 뒤 시험편을 용접하고, 실제 사용한 변수와 기계시험 결과를 PQR에 기록합니다. 그 PQR이 요구조건을 만족하면 이를 근거로 생산용 WPS의 적용범위를 결정하게 됩니다.

여기에 용접사 또는 용접오퍼레이터의 작업 수행 능력을 검증하는 Performance Qualification이 별도로 존재합니다. 현장에서는 WPQ, WQ, Welder Qualification 등 여러 표현을 사용하는 경우가 있지만, 용접절차 인정과 용접사 자격 인정은 서로 다른 개념이라는 점을 반드시 구분해야 합니다.

핵심: WPS는 생산 용접의 작업 기준이고, PQR은 그 절차를 인정하기 위해 실제 시험에서 사용한 변수와 결과를 기록한 근거자료입니다.

 

WPS 번호는 회사마다 다를 수 있습니다

현장에서 사용하는 WPS 번호는 ASME Section IX가 하나의 형식으로 정해주는 것이 아니라 회사의 품질관리 시스템에 따라 관리체계를 만들어 사용하는 경우가 많습니다.

예를 들어 제가 현장에서 접했던 문서 중에는 다음과 같은 형식이 있었습니다.

NA-DAY-0910-212

이와 같은 번호에서 A, MA, 0303, 212 등에 코드·용접방법·재료조합·일련번호 등의 의미를 회사 내부 규칙으로 부여할 수 있습니다.

하지만 이것은 어디까지나 제작사 또는 사업장 내부 관리번호 체계입니다. 다른 회사의 WPS 번호가 같은 구조를 가져야 하는 것은 아닙니다.

따라서 새로운 사업장이나 프로젝트의 WPS를 검토할 때는 번호 자체를 추측하기보다 먼저 해당 회사의 WPS Numbering Rule 또는 품질절차서를 확인하는 것이 정확합니다.

핵심: WPS 번호는 회사별 관리체계가 다를 수 있으므로 번호 형식을 ASME Section IX의 공통 규칙으로 이해해서는 안 됩니다.

 

P-No는 왜 사용하는가?

WPS와 PQR을 읽을 때 가장 먼저 눈에 들어오는 항목 중 하나가 P-No입니다.

P-No는 ASME Section IX에서 용접절차 및 용접사 자격관리의 중복시험을 줄이기 위해 모재를 일정한 그룹으로 분류한 번호입니다.

모재의 특성과 용접성 등을 고려하여 재료들을 그룹화하기 때문에 P-No를 이용하면 모든 재질을 하나씩 별도로 시험해야 하는 부담을 줄일 수 있습니다.

대표적으로 탄소강과 저합금강 계열에서 P-No.1 재료가 많이 접하게 되고, 오스테나이트계 스테인리스강에서는 P-No.8 계열을 자주 접하게 됩니다.

주의: 같은 P-No라고 해서 모든 재료와 모든 조건에 자동으로 적용되는 것은 아닙니다. 실제 적용 가능 범위는 해당 용접방법의 Essential Variable과 PQR의 시험조건, 모재 두께, 용접금속 두께, Group Number, 충격인성 요구조건 등을 함께 확인해야 합니다.

따라서 현장에서 단순히 “P-No가 같으니까 된다”라고 판단하는 것은 위험합니다.

제가 WPS를 검토할 때는 최소한 다음 순서로 확인하는 편입니다.

1. 모재 Specification 및 Grade 확인
2. P-No와 필요 시 Group No 확인
3. PQR에서 실제 시험한 모재 확인
4. WPS에서 허용한 재료 범위 확인
5. Construction Code와 Project Specification 추가 요구사항 확인

핵심: P-No는 재료를 그룹화해 용접절차 인정시험을 효율적으로 관리하기 위한 번호이지만, P-No 하나만으로 WPS 적용 여부를 판단해서는 안 됩니다.

 

BUILD-UP·BUTTERING·OVERLAY·HARD FACING 구분

현장에서는 모재 표면에 용접금속을 쌓는 작업이 모두 비슷해 보이지만 목적에 따라 구분할 필요가 있습니다.

BUILD-UP

마모되거나 부족해진 치수 또는 특정 부위를 용접금속으로 채워 필요한 형상이나 두께를 확보하는 작업에 사용됩니다.

BUTTERING

본 용접을 하기 전에 한쪽 또는 양쪽 모재의 접합면에 미리 용접금속층을 형성하는 방법입니다. 이종재료 접합이나 용접성을 확보하기 위한 목적으로 사용될 수 있습니다.

CORROSION RESISTANT OVERLAY

모재 표면에 내식성이 높은 용접금속층을 형성하여 부식 저항성을 확보하는 것이 주목적입니다.

HARD FACING

마모나 충격 등에 대한 저항성을 높이기 위해 모재 표면에 경도가 높은 용접금속을 적층하는 작업입니다.

핵심: 겉으로는 모두 용접금속을 쌓는 작업처럼 보이지만 BUILD-UP, BUTTERING, CORROSION RESISTANT OVERLAY, HARD FACING은 적용 목적이 다릅니다.

 

필수변수는 용접방법별로 확인해야 합니다

WPS를 처음 공부할 때 가장 어려운 부분이 Essential Variable, Supplementary Essential Variable, Nonessential Variable의 구분입니다.

Essential Variable

용접부의 기계적 성질에 영향을 줄 수 있다고 판단하여 코드에서 중요하게 관리하는 변수입니다. 해당 용접방법에서 정한 범위를 벗어나 변경하면 새로운 Procedure Qualification이 필요할 수 있습니다.

Supplementary Essential Variable

Notch Toughness, 즉 충격인성 요구조건이 적용될 때 추가로 관리해야 하는 변수입니다.

충격인성이 요구되지 않는 용접절차에서는 Supplementary Essential Variable이 동일한 방식으로 적용되지 않는다는 점이 중요합니다.

Nonessential Variable

변경하더라도 해당 용접절차를 다시 인정시험해야 하는 변수는 아니지만, 생산용 WPS에는 해당 조건을 규정하고 관리해야 하는 변수입니다.

가장 중요한 원칙: 어떤 항목이 필수변수인지는 이름만 보고 판단하는 것이 아니라 반드시 해당 용접방법의 ASME Section IX 변수표를 확인해야 합니다.

SMAW, GTAW, GMAW, FCAW, SAW는 같은 아크용접이라도 적용되는 변수항목이 완전히 같지 않습니다.

Section IX에서는 다음 항목들을 중심으로 용접방법별 변수를 관리합니다.

• QW-402 : Joint
• QW-403 : Base Metals
• QW-404 : Filler Metals
• QW-405 : Position
• QW-406 : Preheat
• QW-407 : PWHT
• QW-408 : Gas
• QW-409 : Electrical Characteristics
• QW-410 : Technique

핵심: “전류니까 필수변수”, “자세니까 필수변수”처럼 단순 암기하면 안 됩니다. 용접방법별 변수표에서 해당 항목이 Essential인지 Supplementary Essential인지 Nonessential인지 확인하는 것이 기본입니다.

 

전류와 극성도 무조건 같은 기준은 아닙니다

WPS의 Electrical Characteristics에는 Current, Polarity, Amperage, Voltage, Wire Feed Speed, Travel Speed, Metal Transfer Mode 등의 항목이 들어갈 수 있습니다.

여기서 많이 사용하는 표현이 다음과 같습니다.

• DCEP : Direct Current Electrode Positive
• DCEN : Direct Current Electrode Negative
• AC : Alternating Current

과거 현장에서는 DCEP를 DCRP(Reverse Polarity), DCEN을 DCSP(Straight Polarity)라고 부르는 경우도 많았습니다.

다만 극성을 변경했을 때 WPS를 그대로 사용할 수 있는지 여부는 용접방법별 변수표를 확인해야 합니다.

극성 변화는 아크 특성, 용입, 용착 특성 등에 영향을 줄 수 있기 때문에 작업자가 현장에서 임의로 변경할 사항이 아닙니다.

WPS에 DCEP로 지정되어 있는데 작업 편의를 위해 임의로 DCEN 또는 AC로 바꾸는 것은 피해야 합니다. 변경이 필요한 경우 해당 공정의 QW-409 변수와 적용 WPS/PQR을 먼저 확인해야 합니다.

핵심: 전류 종류와 극성은 용접품질에 영향을 줄 수 있으므로 현장에서 임의 변경하지 말고 WPS와 해당 공정의 변수표를 확인해야 합니다.

 

PQ TEST는 어떻게 시작하는가?

새로운 용접조건이 필요하다고 해서 바로 PQ TEST부터 진행하는 것은 효율적인 방법이 아닙니다.

제가 실무에서 가장 먼저 확인하는 것은 기존 PQR입니다.

1단계 — 적용 코드 확인
ASME, AWS, ISO, 선급 Rule 등 어떤 기준을 적용하는지 먼저 확인합니다.

2단계 — 기존 PQR 검색
기존에 인정받은 PQR이 새로운 생산조건을 지원할 수 있는지 확인합니다.

3단계 — WPS 초안 작성
모재, 용접방법, 용가재, 예열, PWHT, 전류·전압, 가스, 자세 등 필요한 조건을 설정합니다.

4단계 — 시험편 용접
작성한 시험조건을 기준으로 Procedure Qualification Test Coupon을 용접합니다.

5단계 — 실제 조건 기록
시험편 용접에 실제 사용한 변수들을 PQR에 기록합니다.

6단계 — 요구 시험 실시
적용 코드에서 요구하는 인장시험, 굽힘시험 및 필요한 추가 시험을 실시합니다.

7단계 — PQR 확정 및 WPS 적용범위 결정
시험 결과가 합격하면 PQR을 근거로 생산 WPS의 적용범위를 설정합니다.

핵심: 신규 PQ TEST를 하기 전에 기존 PQR로 생산조건을 지원할 수 있는지 먼저 확인하면 불필요한 시험 비용과 시간을 줄일 수 있습니다.

 

PQ TEST 시편 크기를 하나의 숫자로 외우면 안 됩니다

현장에서 회사 표준으로 일정 크기의 시험판을 사용하는 경우가 많기 때문에 특정 치수를 PQ TEST의 공통 기준으로 알고 있는 경우가 있습니다.

하지만 ASME Section IX의 Procedure Qualification을 설명하면서 “SMAW는 몇 mm × 몇 mm, SAW는 몇 mm × 몇 mm”처럼 하나의 고정된 시험판 크기를 모든 경우의 코드 요구사항으로 표현하는 것은 적절하지 않습니다.

실제 시험편은 필요한 인장시험편과 굽힘시험편 등을 충분히 채취할 수 있도록 준비해야 하며, 시험편의 형상과 필요한 시험 종류는 적용 규정과 시험조건에 따라 결정됩니다.

오히려 실무에서 더 중요하게 봐야 하는 것은 시험한 모재 두께와 용착금속 두께가 생산 WPS에서 어느 범위까지 인정되는가입니다.

회사 PQ Procedure에서 특정 시험판 크기를 정하고 있을 수는 있습니다. 그러나 회사 내부 시험판 크기와 ASME Section IX의 일반적인 Qualification Rule은 구분해서 설명해야 합니다.

핵심: PQ TEST에서는 단순 시험판 가로·세로 크기보다 시험한 두께와 용착금속 두께에 따른 Qualification Range를 정확하게 확인하는 것이 더 중요합니다.

 

인장시험과 굽힘시험에서 무엇을 확인할까?

인장시험(Tension Test)

인장시험은 용접이음이 요구되는 강도를 확보하고 있는지를 확인하기 위한 시험입니다.

서로 다른 강도의 모재를 용접한 경우를 포함해 실제 합격 판정은 ASME Section IX의 인장시험 합격기준에 따라 판단해야 하며, 단순히 “무조건 모재보다 높아야 한다”라고만 외우는 것은 정확하지 않습니다.

굽힘시험(Guided Bend Test)

굽힘시험은 시험편을 규정된 방법으로 굽혀 용접금속과 열영향부 및 용융선 부근의 건전성을 확인하는 시험입니다.

Face Bend, Root Bend, Side Bend 등이 있으며 시험편의 두께 및 적용조건에 따라 필요한 시험편 구성이 결정됩니다.

굽힘 후 볼록면에 나타난 Open Discontinuity는 규정된 허용기준으로 판정하며, 일반적으로 1/8 in. 수준의 기준이 중요한 시험 포인트입니다. 다만 모서리 결함 등에는 코드에서 별도의 판단조건이 적용될 수 있으므로 실제 합격 판정은 해당 조항을 확인해야 합니다.

핵심: PQ TEST는 단순히 용접비드 외관을 확인하는 시험이 아니라 인장·굽힘 등 기계시험을 통해 용접절차가 필요한 성능을 확보하는지 검증하는 과정입니다.

 

충격시험이 요구되면 관리항목이 달라집니다

모든 PQR에 충격시험이 필요한 것은 아닙니다.

충격시험 요구 여부는 적용 Construction Code, 설계조건, 재료조건, Project Specification 등에서 결정됩니다.

중요한 것은 충격인성 요구사항이 적용되면 기존 Essential Variable뿐 아니라 Supplementary Essential Variable까지 관리해야 한다는 점입니다.

이 때문에 충격시험이 요구되는 프로젝트에서는 모재 Group Number, 용접입열, 자세와 진행방향, 예열·층간온도, PWHT 등 관련 조건을 더욱 주의 깊게 검토해야 합니다.

충격시험을 실시한 PQR이라고 해서 모든 충격인성 요구조건을 자동으로 만족하는 것은 아닙니다. 시험온도, 시험 위치, 요구 흡수에너지, 적용 재료 및 Construction Code의 요구사항까지 함께 확인해야 합니다.

핵심: Notch Toughness가 요구되는 순간 Supplementary Essential Variable 관리가 중요해집니다.

 

WPS 검토할 때 제가 확인하는 순서

WPS 한 장을 받았을 때 모든 숫자를 처음부터 읽으려고 하면 오히려 복잡합니다. 저는 크게 다음 순서로 보는 편입니다.

1. 적용 Code와 WPS 번호 확인
2. Welding Process 확인
3. Base Metal과 P-No 확인
4. 모재 두께와 Qualification Range 확인
5. Filler Metal, F-No, A-No 등 확인
6. Preheat와 Interpass Temperature 확인
7. PWHT 여부 확인
8. Shielding Gas 및 Backing Gas 확인
9. Current, Polarity, Voltage, Amperage 확인
10. Travel Speed와 Heat Input 관련 조건 확인
11. Position과 Weld Progression 확인
12. 지원하는 PQR 번호 확인

이 순서로 내려가면 WPS와 PQR의 관계가 훨씬 쉽게 보입니다.

현장 포인트: WPS만 단독으로 보는 것이 아니라 WPS가 어떤 PQR을 근거로 작성됐는지 추적하는 습관이 중요합니다.

 

자주 묻는 질문

Q. WPS와 PQR 중 무엇이 먼저인가요?

A. 실무에서는 시험에 사용할 WPS 초안을 먼저 준비하고 그 조건을 이용해 시험편을 용접합니다. 실제 시험편에 사용한 변수와 기계시험 결과를 PQR에 기록하고, 합격한 PQR을 근거로 생산용 WPS의 적용범위를 확정합니다.

 

Q. 필수변수와 비필수변수는 어떻게 구분하나요?

A. ASME Section IX의 해당 용접방법별 WPS 변수표를 확인해야 합니다. 같은 항목도 용접방법과 적용조건에 따라 분류가 달라질 수 있으므로 경험만으로 판단해서는 안 됩니다.

 

Q. P-No가 같으면 무조건 같은 WPS를 사용할 수 있나요?

A. 아닙니다. P-No는 중요한 판단기준 중 하나이지만 두께 범위, 용가재, PWHT, 충격인성 요구조건 및 용접방법별 Essential Variable 등을 함께 확인해야 합니다.

 

Q. 기존 WPS에 없는 자세로 용접하면 무조건 재검정인가요?

A. 무조건 그렇지는 않습니다. ASME Section IX의 Procedure Qualification에서 Position은 적용 공정과 충격인성 요구 여부 등에 따라 Nonessential 또는 Supplementary Essential Variable로 관리될 수 있습니다. Welder Performance Qualification의 자세 인정범위와도 구분해야 합니다. 따라서 해당 용접방법의 변수표와 적용 조항을 확인해야 합니다.

 

Q. WPS에 적힌 극성을 작업자가 임의로 변경해도 되나요?

A. 임의 변경해서는 안 됩니다. 극성 변경이 Procedure Qualification에 어떤 영향을 주는지는 해당 용접방법의 QW-409 변수와 WPS/PQR 적용범위를 확인해야 합니다.

 

Q. CWI 시험에서는 무엇을 중점적으로 보면 좋을까요?

A. WPS와 PQR의 역할 차이, P-No·F-No·A-No 개념, Essential·Supplementary Essential·Nonessential Variable의 차이를 먼저 이해하는 것이 좋습니다. 그다음 시험하는 두께와 인정 가능한 두께 범위, 용접사 Performance Qualification과 Procedure Qualification의 차이를 구분해서 공부하면 전체 구조를 이해하는 데 도움이 됩니다.

 

결론 — WPS는 숫자를 보는 서류가 아니라 범위를 보는 서류입니다

처음 WPS를 보면 전류, 전압, P-No, F-No, A-No, 두께, 예열온도처럼 숫자와 기호만 가득한 복잡한 서류처럼 보입니다.

하지만 핵심은 단순합니다.

PQR은 실제 시험한 조건과 결과를 기록하고,
그 PQR을 근거로 생산에서 사용할 수 있는 WPS의 범위를 결정합니다.

그리고 그 범위를 결정하는 핵심 도구가 Essential Variable입니다.

그래서 WPS를 검토할 때는 단순히 “전류가 몇 A인가?”만 보는 것보다 “이 조건이 어떤 PQR에서 인정됐고, 현재 생산조건이 그 인정범위 안에 들어가는가?”를 확인하는 것이 훨씬 중요합니다.

현장에서 WPS를 받으면 한 번쯤 PQR까지 찾아가 보시길 권합니다. 처음에는 어려워 보이지만 P-No, 용가재, 두께, 예열, PWHT, 전기적 특성을 하나씩 연결하다 보면 WPS가 왜 그렇게 작성됐는지 보이기 시작합니다.

한 줄 정리: WPS는 용접조건을 정하는 문서이고, PQR은 그 조건의 적합성을 시험으로 입증한 기록이며, 둘을 연결하는 핵심이 용접방법별 Essential Variable입니다.

참고 기준: ASME BPVC Section IX — Welding, Brazing, and Fusing Qualifications

 

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