용접 후 열처리 요구 사항

용접 후 열처리(PWHT)는 모재와 용접 재료 모두의 잔류 응력을 줄이고 인성을 개선하는 동시에 용접 부위에 축적된 수소를 제거합니다.

대부분의 현행 배관 및 압력 용기 코드는 재료 두께가 임의의 한계를 초과하는 경우 PWHT를 규정하고 있으며, 일반적으로 Charpy 에너지 흡수 및 경도 요구 사항에 따라 결정됩니다.

수소 유도 균열 방지

수소 불부착 부식(HIC)은 용접 중 습기, 오염 물질, 차폐 가스 등의 원인으로 인해 수소가 용접 부위로 스며들 때 발생합니다. 이렇게 방출된 수소는 취성을 유발하여 용접 금속과 용접 열 영향 구역(HAZ)에 균열을 일으킵니다.

수소 베이크 아웃은 용접부의 수소로 인한 균열을 방지하기 위해 PWHT 용접에 사용되는 절차입니다. 지정된 시간 동안 정확한 온도로 가열한 후 일정 시간 동안 그 상태를 유지하는 방식입니다.

베이크 아웃 온도와 담금 시간은 재료 유형과 용접 기술에 따라 다르지만, ASME 섹션 VIII 디비전 1과 같은 여러 규정에서는 부품 두께가 설정된 제한 값을 초과하는 경우 용접 후 열처리를 의무적으로 규정하고 있습니다.

이 요건을 충족하려면 수소 레벨이 낮은 전극과 최소 코드 요건을 충족하는 예열을 사용하는 것이 가장 좋습니다. 또한 용접 중에 여분의 수소가 유입될 수 있으므로 더러운 손으로 만지지 말고 가방형 피더를 사용하여 와이어 스풀을 단단히 밀폐해야 합니다.

용접 강화

PWHT는 용접 시 잔류 응력을 줄여 가공 또는 응력 부식으로 인해 발생할 수 있는 취성 파단 및 왜곡을 방지하여 취성 파단을 방지하고 이러한 공정에서 발생하는 왜곡을 제거할 수 있습니다.

PWHT는 용접부 및 열 영향을 받는 부위를 임계 변형 온도를 낮추는 온도까지 가열하여 내부 응력을 줄이고 기계적 특성을 개선합니다.

효과적인 용접 후 열처리를 위해서는 일관되고 정밀한 온도 제어가 중요합니다. 그렇지 않으면 용접의 강도와 경도가 감소하여 용접이 약화될 수 있으며, 그 결과 응력 완화나 왜곡이 불균일하게 발생할 수 있습니다.

크고 부피가 큰 압력 장비로 작업할 때는 특별한 문제가 발생할 수 있습니다. 모든 구성품을 한꺼번에 용광로에 넣어 동일한 온도 사이클에 노출시켜야 합니다. 열팽창의 변화로 인해 추가 처리나 수리가 필요한 문제가 발생할 수 있습니다.

응력 부식 균열 방지

PWHT는 단단하고 부서지기 쉬운 용접 미세 구조 영역을 템퍼링하여 최대 잔류 응력을 낮추고 피로 균열 증가율을 낮추지만, 그렇다고 해서 피로가 발생하지 않는다고 보장할 수는 없습니다.

예를 들어 탄소강은 고강도 파이프라인 배관에서 수소에 의한 균열을 방지하기 위해 응력 완화 처리가 필요하고, 스테인리스강은 표면에 형성되는 크롬 탄화물을 용해하고 우수한 내식성을 회복하기 위해 용액 어닐링이 필요한 반면, 각 금속에는 필요한 용접 후 열처리 종류와 기간이 결정되는 고유한 특성이 있습니다.

PWHT는 용광로 유형, 가열 주기 및 담금 시간에 크게 의존하며, PWHT 중 이완되는 잔류 응력에 영향을 미치는 변수입니다. 또한 국부적인 열을 가하면 결과에 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어 국부적인 가열은 가열된 영역과 가열되지 않은 영역 사이에 열 구배를 생성하여 영역 간 응력을 이동시키고 전반적인 이완을 감소시킬 수 있습니다. 이러한 영향을 효과적으로 완화하려면 가열할 때 다른 구성 요소나 인접 영역과 접촉하지 않도록 용접을 배치해야 합니다.

왜곡 방지

온도와 냉각 속도는 부품 왜곡에 막대한 영향을 미칩니다. 특히 조인트로 연결된 여러 섹션이 있는 경우 더욱 그렇습니다.

용접 순서를 신중하게 조율하면 과도한 왜곡을 방지할 수 있습니다. 또한 부품의 움직임을 방지하기 위해 지그와 고정장치를 적절히 활용해야 합니다. 해당되는 경우 압정 용접을 사용하는 것도 도움이 될 수 있습니다.

용접 후 열처리(PWHT)는 잔류 응력을 재분배하여 왜곡을 줄일 수 있습니다. 용접 금속을 고온에서 장시간 가열한 후 천천히 냉각하는 방식입니다. 느린 냉각은 균일한 팽창을 가능하게 하고 내부 재료에 가해지는 응력을 줄여줍니다. 일부 제조 규정에서는 고탄소강으로 구성된 용접부에 PWHT를 의무화하여 하중 응력과 결합하여 재료의 설계 한계를 초과하고 뒤틀림과 변형을 유발하는 용접 잔류 응력 수준을 줄이도록 하고 있습니다.