탄소강용 용접 후 열처리(PWHT)

많은 제조 규정과 표준에서 용접 후 열처리(PWHT)를 의무화하고 있습니다. PWHT 온도는 BS 1113, BS 2633 또는 EN 13445와 같은 각 용접 절차 자격 사양에 따라 다릅니다.

PWHT는 잔류 응력을 줄이고 재분배하는 동시에 단단하거나 부서지기 쉬운 미세 구조 영역을 템퍼링할 수 있습니다. Khanzadeh 등[15]은 Cu/스테인리스강 EXW 복합재에서 PWHT 온도와 시간이 증가함에 따라 계면 확산층 두께도 두께만큼 증가한다는 사실을 발견했습니다.

온도

강철은 템퍼링, 담금질, PWHT 등 여러 가지 이유로 다양한 열처리를 거칠 수 있습니다. 일반적으로 0.75인치(20mm) 이상의 저합금 탄소강은 일반적으로 0.5% 미만의 크롬을 함유한 강철은 PWHT가 필요하지만, 0.5% 미만의 크롬을 함유한 강철은 일반적으로 PWHT가 필요하지 않습니다.

예를 들어 BS 2633은 최대 1.5% Cr 및 =0.5% Mo를 함유하는 저합금강에 대해서만 PWHT를 요구하지만, PD 5500과 같은 다른 코드에서는 최대 35mm 두께의 강재에 대해서는 PWHT를 생략할 수 있다고 명시하고 있습니다.

SR에서는 용접 부위에 단단한 마르텐사이트가 형성되어 인성이 감소하고 균열이 발생할 수 있으므로 재가열 온도와 시간을 모두 모니터링하는 것이 중요합니다. 또한 강철을 장시간 가열하면 열 노출로 인한 미세 구조가 기존의 잔류 응력과 결합하여 새로운 응력을 형성하여 내식성이 감소하고 응력 부식 균열에 대한 민감성이 증가하는 감응이 발생할 수 있습니다.

시간

용접 후 열처리(PWHT)는 탄소강 용접에 필수적인 요소입니다. 잔류 응력을 줄이고, 재료 경도를 제어하며, 기계적 강도를 높이는 데 도움이 됩니다. 잘못하면 잔류 응력이 사용 하중 응력 수준과 결합하여 재료의 설계 한계를 초과하여 균열, 취성 파괴 및 재료 강도 손실로 이어질 수 있으며, 용접 실패 시 PWHT로 수리해야 하지만 PWHT는 감소 및 재분배를 통해 이러한 응력을 완화하여 완화할 수 있습니다.

PWHT는 구성 요소 전체에서 일관된 온도를 유지해야 합니다. 단열재와 열전대는 표면 전체의 온도 판독값을 기록한 다음 이러한 측정값을 사용하여 PWHT 온도를 계산함으로써 이를 보장하는 데 도움이 될 수 있습니다.

일정한 온도를 유지하는 것뿐만 아니라 부품이 PWHT 온도에서 무게를 지탱할 수 있는 것도 중요합니다. 이를 위해서는 열팽창 계수와 일치하도록 구성 요소와 유사한 재료로 제작된 가대 위에 지지해야 합니다.

배관 및 압력 용기의 PWHT 온도는 용접 절차 자격 사양에 표 데이터로 자세히 나와 있는 경우가 많으며, 용접 절차 사양이 개정될 때마다 변경 사항이 있으면 다시 자격을 취득해야 합니다. 이러한 표와 온도 및 경도 수준 간의 관계를 표시하는 교정 차트를 참조하여 PWHT 요구 사항을 쉽게 결정할 수 있습니다.

환경

탄소강 용접 시에는 용접 후 열처리(PWHT)가 필수적입니다. 잔류 응력을 줄이고 재료 경도를 유지하는 데 도움이 되는 PWHT가 없으면 사용 하중 응력이 재료의 설계 값을 초과하고 과도한 잔류 응력이 결합하여 재료의 설계 값을 초과할 수 있습니다. PWHT 처리를 통해 잔류 응력을 줄임으로써 용접부의 기계적 강도는 물론 균열에 대한 저항력도 증가하며, PWHT는 모든 탄소강 용접 프로젝트의 품질 보증 공정에서 필수적인 역할을 합니다.

용접 공정의 일부로 모재와 용접물 사이에 극심한 온도 편차가 발생하여 잔류 응력이 발생하고, 이 응력이 허용할 수 없는 수준에 도달하면 궁극적으로 용접 실패로 이어질 수 있습니다. 또한 미세 구조 변화는 용접의 인성과 연성을 감소시키면서 경도를 증가시킬 수 있는데, PWHT는 이러한 잔류 응력을 완화하는 동시에 인장 특성을 개선하는 데 도움을 줍니다.

용접 후 열처리(PWHT)는 용접된 압력 용기 및 파이프를 취성 파괴로부터 보호하는 데 필수적입니다. 그러나 최근 탄소강의 두께가 ASME 섹션 8 디비전 1 표 UCS 56의 임계값[1]에 해당하는 경우 면제될 수 있다는 최근 연구로 인해 그 필요성에 대해 논란이 일고 있습니다.

PWHT 처리는 금속을 인장 강도보다 높은 온도로 가열하여 상 변형을 일으켜 취성을 유발합니다. 저탄소강의 경도와 SSC에 대한 민감성에 미치는 영향을 확인하기 위해 수행된 두 가지 연구에서 PWHT를 적용한 후 저항이 크게 증가했으며, 각 실험에서 재료가 SSC로 인한 균열에 대한 저항이 크게 증가했음을 입증했습니다.

안전

열전대를 사용하여 온도를 측정하고 이를 매초마다 기록하는 컴퓨터에 연결하여 PWHT 중 탄소강이 임계 한계를 초과하지 않도록 면밀히 모니터링해야 합니다. 실시간 모니터링을 통해 이 임계값을 유지하기 위해 조정할 수 있는데, 이 작업은 숙련된 인력만이 수행할 수 있는 매우 위험한 작업입니다.

특정 탄소강, 특히 고강도 및 저합금 품종의 구조적 무결성을 유지하기 위해 재료 및 사용 조건에 따라 PWHT가 필요할 수 있습니다. PWHT는 또한 용접 중에 균열과 왜곡을 일으킬 수 있는 잔류 응력을 줄이는 데 도움이 됩니다.

PWHT는 또한 부식의 원인이 되는 탄화물의 형성을 제한하여 탄소강이 부식에 견딜 수 있도록 도와주는데, 이를 민감화라고 합니다.

PWHT는 부식을 방지할 뿐만 아니라 탄소강 압력 부품의 강도를 높여 수압 테스트 및 작동 스트레스를 견딜 수 있도록 하는 중요한 기능입니다.

PWHT 요건은 용접 코드마다 다르지만 그 원칙은 변하지 않습니다. 예열 온도 요구 사항은 용접 두께와 재료 크롬 함량에 따라 달라지며, 예를 들어 벽 두께가 0.75인치(20mm) 이상인 탄소강은 일반적으로 용접 전에 예열이 필요합니다.