파이프 용접 공정에서 PWHT의 중요성

고주파 코일에 의해 생성된 전류는 필요한 열을 발생시킨 다음 대류를 통해 열을 식힙니다.

연구에 따르면 용접 잔류 응력 및 HAZ 파단 인성 문제는 벽 두께가 5/8인치 미만인 파이프 재료에 PWHT 요구 사항을 적용하는 데 충분한 기술적 정당성을 제공하지 못하는 것으로 나타났습니다.

1. 잔여 스트레스 해소

용접은 용접된 강철 어셈블리에서 환경 보조 균열 또는 취성 파괴의 원인이 될 수 있는 높은 인장 잔류 응력의 넓은 영역을 생성합니다. 용접 후 열처리(PWHT)는 이러한 장력을 완화하고 파이프가 안전하게 계속 작동할 수 있도록 합니다.

기존의 PWHT는 최적의 용접 강도, 부식, 피로 저항 또는 수소 손상 방지를 위해 용접된 용접물에 최소 변형 온도를 초과하는 온도를 적용합니다. 온도 선택은 원하는 템퍼링 효과와 부식 피로 또는 수소 손상에 대한 필요한 재료 저항 수준에 따라 달라집니다.

좁은 면적에서 잔류 응력을 줄이기 위해 로컬 PWHT를 사용하는 경우, 가열 영역의 형상을 선택하는 것이 매우 중요합니다. 연구에 따르면 가변 폭 가열 밴드가 가변 폭 가열 영역에 비해 냉각 후 잔류 응력이 더 큰 것으로 탄성 분석 결과 나타났기 때문에 가변 폭 가열 밴드가 일정한 폭 원주 밴드보다 응력 크기를 더 효과적으로 감소시키는 것으로 나타났습니다.

이러한 결과는 배관 코드의 현재 PWHT 면제 한도가 정확하지 않을 수 있으며, 특히 기존 코드에서는 5/8인치보다 얇은 용접부에 대한 파괴 인성 시험을 의무화하지 않기 때문에 재료의 용접성 또는 피로 성능에 영향을 주지 않고 PWHT 요구 사항을 줄이는 것이 가능할 수 있음을 시사합니다.

2. 용접 강화

용접 후 열처리(PWHT)는 용접 공정의 필수 요소입니다. PWHT는 왜곡과 균열을 유발할 수 있는 재료의 잔류 응력을 완화하고, 동적 하중 조건에서 용접부를 약화시켜 부서지기 쉽고 파손될 수 있는 응력 집중을 제거하여 강도를 높입니다.

PWHT는 정해진 시간 동안 지정된 온도로 금속을 가열하고 어닐링, 정규화, 담금질 및 템퍼링과 같은 다양한 기술을 사용하여 위험을 줄이면서 강도를 높이는 기술입니다. PWHT의 목표는 균열 위험을 줄이면서 용접을 강화하는 것입니다.

그러나 이러한 처리가 잘못 수행되면 오히려 용접이 약화될 수 있습니다. 이는 열 구배가 제대로 제어되지 않을 때 발생하는데, 이 경우 용접부는 다른 부위보다 높은 온도를 경험하고 다양한 속도로 팽창 및 수축하게 되어 응력 부식 균열 및 수소 유발 균열에 대한 저항력이 떨어지게 됩니다.

PWHT는 파이프의 유형, 사용된 금속 용접 재료 및 기타 요인에 따라 필요할 수도 있고 필요하지 않을 수도 있습니다. 탄소강으로 만들어진 파이프는 일반적으로 PWHT가 필요하며, 환경 응력에 대한 충분한 강도를 보장하기 위해 용접 설치 전에 응력 완화 열처리가 필요할 수 있습니다.

3. 크랙 위험 감소

용접 후 열처리는 철강 제조에 있어 필수적인 요소입니다. 이 제어된 가열 및 냉각 프로세스는 잔류 응력을 완화하고, 용접 미세 구조를 부드럽게 하고, 확산 수소를 제거하고, 응력 부식 균열에 대한 취약성을 줄이고, 강도와 경도를 높일 뿐만 아니라 강도를 증가시킵니다. 부적절하게 수행하거나 완전히 건너뛰면 용접물은 압력 용기 또는 주요 파이프 구성 요소와 같은 구조물에 치명적인 고장을 일으킬 수 있는 입계 균열에 취약해집니다.

PWHT 용접 기술은 또한 용접 연성을 증가시켜 파이프 구성품의 냉간 균열을 줄일 수 있으며, 이를 위해서는 확산성 수소 지정자 값이 낮은 필러 금속(예: H4 또는 H8)을 사용해야 합니다.

연구에 따르면 예열을 사용하면 잔류 응력을 크게 완화하여 피로 균열 위험을 줄일 수 있는 것으로 나타났습니다. 하지만 예열은 시간이 지남에 따라 충분한 크기의 하중을 번갈아 가며 받을 때만 효과가 있다는 점을 기억해야 합니다.

이 연구에 따르면, 특정 벽 두께에 대해 배관 직경이 증가함에 따라 PWHT의 중요성이 줄어드는 것으로 나타나, 표준 발전소 배관 일정에 영향을 주지 않으면서 PWHT 수행 시기를 제한하는 현행 코드 면제 조항이 개정되어야 함을 시사합니다.

4. 결함 위험 감소

많은 배관 시스템은 고온과 고압의 열악한 환경에서 작동해야 하므로 PWHT 처리 없이 용접부에 열 피로 또는 파단 고장이 발생할 수 있습니다. 그러나 PWHT를 받으면 금속이 이러한 스트레스를 더 잘 견딜 수 있어 고장 위험이 줄어들고 시스템 안전성과 신뢰성이 향상됩니다.

PWHT는 많은 장점을 제공하지만, 경우에 따라 과도하게 도포되거나 부적절하게 도포될 수 있는 위험이 있습니다. 과도하게 사용하면 인장 및 크리프 강도가 감소하고 노치 인성이 감소할 수 있으며, 잘못 적용하면 콘크리트 표면의 균열 및 입계 균열이 발생할 수도 있습니다.

따라서 배관 및 압력 용기와 관련된 다양한 코드는 PWHT 요건과 관련하여 서로 다른 요구 사항을 가지고 있는 경우가 많습니다. 예를 들어, ASME BP&V 섹션 I 및 VIII에서는 두께가 5/8인치 미만인 P-4 및 P-5A 재료로 제작된 용접부는 이 요건에서 면제되지만, ANSI B31.3과 같은 다른 코드에서는 두께가 4인치 이하인 용접부에만 PWHT를 요구합니다.

이러한 차이는 코드 초안을 작성하는 전문 기관이 다르고 엔지니어링 경험과 실무에 따른 지침을 따르기 때문일 수 있습니다. 그러나 파이프 재료의 직경이 커질수록 용접성이 증가하는 경향이 있으므로 PWHT는 벽이 두꺼운 용접부에서는 얇은 벽보다 덜 중요하다는 것이 밝혀졌습니다.