용접 후 열처리(PWHT)로 용접 부품의 기계적 특성 향상

극한의 온도나 부식에 노출되는 산업용 배관 및 저장 탱크는 잔류 응력을 최소화하고 미세 구조를 개선하기 위해 용접 후 열처리(PWHT)가 필요하며, PWHT는 이러한 부품이 열악한 환경을 견딜 수 있도록 보장합니다.

PWHT(또는 응력 완화)는 용접된 재료를 이상적인 온도로 가열하고 일정 시간 동안 그 온도를 유지하는 것입니다. 이렇게 하면 잔류 응력이 균일하게 완화되고 전체에 고르게 분산됩니다.

잔여 스트레스 감소

용접은 높은 온도 구배를 생성하여 용접 재료와 모재 모두에 잔류 응력을 발생시킵니다. 이러한 잔류 응력이 하중 응력과 결합되면 재료의 설계 한계를 초과하여 완전히 파손될 수 있습니다.

용접 후 열처리(PWHT)는 용접부와 모재 금속이 이완되고 더 고르게 재분배되도록 하여 잔류 응력을 완화하고 왜곡을 줄이는 데 도움이 됩니다. PWHT는 또한 일부 템퍼링 또는 침전 과정을 허용하여 연성을 높이는 동시에 취성 파괴에 대한 저항을 감소시킬 수 있습니다.

효과적인 PWHT를 위해서는 온도와 시간을 제어하여 용접부의 응력을 균일하게 감소시키고 원하는 대로 잔류 응력을 줄여야 합니다. 응력 감소를 극대화하려면 적절한 온도와 담금 시간을 구현해야 합니다.

연구에 따르면 PWHT는 잔류 응력을 항복 강도 30% 이하 수준으로 감소시키지만, 여전히 용접 토우를 손상시키기에 충분한 힘을 포함하고 있으므로 용접 부품의 성능을 예측할 때 이를 고려해야 합니다.

기계적 특성 향상

용접은 금속을 필수적으로 연결하지만 재료에 응력과 왜곡을 유발할 수도 있습니다. 용접 후 열처리는 이러한 긴장을 완화하고 재료가 혹독한 환경을 견딜 수 있도록 하는 데 매우 중요합니다.

이 공정은 용접된 재료를 특정 온도까지 가열한 후 천천히 냉각하여 강도를 향상시키고 경도를 낮추는 과정을 포함합니다. 또한 압력 장비의 열 왜곡을 방지하여 무결성을 손상시키고 누출이나 고장으로 이어질 수 있는 문제를 방지할 수 있습니다.

PWHT는 일반적으로 스테인리스강 부품을 두께 1인치당 1시간 동안 섭씨 550~625도의 온도에서 용액 어닐링하여 잔류 응력을 완화하고, 용접부 및 열 영향 영역(HAZ)의 장력을 완화하며, 합금의 내식성을 회복하고, 연성, 인성 및 취성 파괴 저항성과 같은 기계적 특성을 향상시키고, 특정 강철의 침전 또는 노화와 같은 템퍼링 효과를 촉진하면서 동시에 이러한 특성의 추가 저하 위험 없이 특정 시간과 온도에서 다른 합금을 템퍼링하는 작업을 포함합니다.

수소로 인한 균열 방지

고강도 및 두꺼운 재료의 용접 중 수소 확산은 용접 무결성에 극도의 위험을 초래합니다. 용접 금속의 산소와 결합할 수 없는 원자화된 수소가 강철의 불연속 부분으로 확산되면 균열이 생깁니다. 수소 취성이라고 하는 이 상태는 용접을 사용할 수 없게 만듭니다. 수소 베이크 아웃과 같은 용접 후 열처리 기술을 사용하면 갇힌 수소가 용접을 손상시키는 취화력이 되지 않고 대기 중으로 빠져나갈 수 있습니다.

PWHT는 또한 용접 부품을 수소 손상으로 인해 조기에 고장이 발생하여 재작업, 다운타임 및 생산 손실로 이어질 수 있는 연부 균열(SZC)로부터 보호하는 데 도움이 됩니다. SZC 취약성은 강철 미세 구조에 따라 다르지만, PWHT와 적절한 용접 절차를 통해 그 발생률을 크게 줄일 수 있습니다.

부식 감소

용접 후 열처리는 용접된 부품의 잔류 응력을 완화하고 기계적 특성을 향상시킬 뿐만 아니라 왜곡을 줄이고 내식성을 높이는 데 도움이 됩니다.

발전, 석유화학 처리 및 정유와 같은 산업에서는 엄격한 규정과 안전 표준을 충족하기 위해 높은 응력 수준과 극한의 온도에 노출되는 부품이 필요합니다. PWHT는 잔류 응력 수준을 줄이고 미세 구조를 개선하며 응력 부식 균열을 방지함으로써 이러한 부품이 이러한 변형을 견딜 수 있도록 보장하며, 이러한 산업에서 각 부품에 대해 사용하는 접근 방식을 사용합니다.

용접된 스테인리스 스틸로 만들어진 저장 탱크와 공정 장비는 부식을 방지하고 구조적 무결성을 유지하기 위해 필요한 조치로 PWHT가 필요한 위험한 화학물질과 연료에 노출될 수 있습니다. PWHT는 스테인리스 스틸을 유해한 탄화물이 녹을 때까지 조심스럽게 가열하는 동시에 내부 구조를 개선하여 경도와 복원력의 균형을 맞춰 열악한 환경에서도 금속을 사용할 수 있도록 개선하는 과정을 포함합니다. 이 사이클은 또한 까다로운 상황에서도 최고의 안전성을 보장합니다.