ASME B31 3에 따른 PWHT 두께 요구 사항 감소

1. 재료 두께

석유화학 업계와 발전업체 모두 용접 후 열처리(PWHT)가 필요한 용접부의 수를 줄이는 데 관심을 표명했습니다. 비용과 원자력 발전소의 잠재적인 가동 중단 문제로 인해 여러 EPRI 구독자들은 현행 요건과 면제 사항을 검토하고 기술적으로 완화가 가능한지 여부를 판단할 가치가 있다고 제안했습니다.

연구자들은 PWHT 요건이 요건 설정 시 특정 야금 및 구조적 고려 사항보다는 업계 관행에 더 의존하는 경향이 있으며, PWHT 제외를 규율하는 특정 코드 섹션 간에는 상당한 불일치가 있을 수 있다는 결론을 내렸습니다. 이러한 관찰 결과, 원자력 서비스 애플리케이션의 경우 기존 요건을 완화하는 것이 가능할 수 있지만, PWHT 처리를 통해 적절한 균열 저항성과 잔류 응력 완화를 달성할 수 있도록 신중한 검토가 먼저 이루어져야 합니다.

2. 열처리

고온 PWHT 처리를 거친 배관 용접부는 운영 비용이 많이 들고 원자력 발전소의 가동 중단 비용이 상당할 수 있으므로 가능한 한 많은 용접부에 이러한 처리를 적용하면 가동 중단 비용을 크게 줄일 수 있습니다.

B&P 선박 코드 섹션 III 및 일부 석유화학 코드를 포함한 여러 코드에서는 용접부 두께가 설정된 한계를 초과할 경우 용접 후 열처리를 의무화하고 있으며, 일반적으로 이 한도는 Charpy 에너지로 측정한 인성 요건과 관련되어 있습니다. 본 백서에서는 다양한 현행 코드에서 면제 요건이 어떻게 다른지 살펴본 다음, 가능한 해결책으로 합리화 옵션을 제안합니다.

PWHT 요건에 대한 연구에 따르면 특정 야금학적 또는 구조적 고려 사항보다는 산업 내 전통적인 관행을 반영하는 경향이 있는 것으로 나타났습니다. 예를 들어, CR-Mn 강으로 만들어진 용접부의 경우 용접부의 구조적 무결성을 손상시키지 않고도 ASME B31.3 "전력 배관"에 구현된 두께 기준과 EEMUA 158에서 설정한 40mm를 완화할 수 있으며, 이는 PWHT 비용을 크게 낮추고 용접 서비스에 대한 상당한 비용을 절감할 수 있습니다.

3. 용접 절차

용접 전후 열처리는 강력하고 안전하며 규정을 준수하는 용접을 위한 필수 요소입니다. 예열은 열 구배를 줄이고 수소로 인한 균열을 방지하기 위해 용접 전에 모재를 가열하는 것이며, 용접 후 열처리(PWHT)는 잔류 응력을 완화하고 재료 특성을 향상시키기 위해 용접 후 제어된 가열을 적용합니다.

PWHT는 38mm보다 두꺼운 탄소강 또는 균열이 발생하기 쉬운 합금에 대한 ASME 섹션 VIII 요구 사항에 따라 응력을 줄이는 동시에 연성과 강도를 개선하여 부품 수명을 연장하는 데 도움이 됩니다. 이러한 경우에는 필수적으로 사용해야 합니다.

저항 또는 유도 가열 방식은 저항 방식에 비해 더 빠르고 정확한 결과를 제공합니다. 세라믹 매트 히터, 인덕션 코일 또는 가스 또는 전기 용광로가 모두 적합할 수 있습니다. 25mm 미만의 재료를 사용하는 경우 예열을 생략할 수 있지만 먼저 코드 요건을 확인해야 합니다. 오스테나이트계 스테인리스강은 일반적으로 내식성과 연성이 우수하기 때문에 PWHT가 필요하지 않지만 인성을 회복하기 위해 노화 처리 또는 용액 적용이 필요할 수 있으며 원자력 응용 분야에 사용되는 다른 재료는 최종 사용 전에 추가적인 응력 완화 및 템퍼링 열처리 처리 공정이 필요할 수 있습니다.

4. 두께 제어

석유화학 및 발전용 강재 사용자는 B31.3 및 BS 2633 면제 요건이 용접 후 열처리 요건을 줄일 수 있는 기회를 제공한다고 생각할 수 있지만, 해양 구조물 등에 대한 B31.1, PD 5500, EEMUA 158에 명시된 탄소-Mn강 요건과 비교하면 이러한 조정이 불가능할 수도 있습니다.

표 1은 이러한 면제 요건에 도달하기 위해 필요한 두께가 디테일과 준정적 변형률이 양호한 단순 용접의 경우 14mm에 불과할 수 있으며, 총 응력 집중과 총 응력 집중이 있는 보다 공격적인 용접 조건에서는 훨씬 더 적을 수 있음을 보여줍니다. 또한 파괴 인성 요구 사항은 용접 HAZ 인성 요구 사항을 다루지 않으므로 이 영역은 이러한 인성 요구 사항을 충족하기 위해 파괴 역학을 통한 접근 방식을 기반으로 추가 고려가 필요합니다.