PWHT의 목적

용접되는 재료의 화학 성분 및 두께 요건을 규정한 엄격한 규격으로 인해, 많은 압력 용기 및 배관에는 PWHT 용접 공정이 필요합니다.

PWHT는 재료의 잔류 응력을 줄이고 취성 파단을 방지하기 위해 사용되며, 업계 표준을 충족하기 위해서는 상세한 문서화가 필요합니다.

힘

PWHT는 주로 용접 후 잔류 응력을 최소화하고 재분배하는 역할을 합니다. 이러한 잔류 응력은 하중 응력과 합쳐져 재료의 설계 한계를 초과하게 되면 취성 파단을 초래할 수 있습니다. PWHT는 이러한 응력을 최종 용도에 적합한 수준으로 효과적으로 낮춥니다.

PWHT는 또한 모재와 용접 금속의 미세구조를 템퍼링하여, 용접 직후 재료에서 나타나는 수준보다 더 높은 연성과 인성을 부여합니다. 그러나 모재나 용접 금속에서 템퍼 취성이나 과도한 연화 현상을 방지하기 위해 초기 템퍼링 시 사용된 온도를 초과해서는 안 되므로, PWHT의 효과는 제한적일 수밖에 없습니다. 따라서 PWHT 공정에 사용되는 각 특정 강종에 대한 최적의 시간과 온도를 결정하기 위해서는 전문가의 조언이 필요합니다.

PWHT 공정은 상당한 에너지를 소모할 뿐만 아니라 상당한 시간이 소요됩니다. 따라서 수리 중인 장비에 불필요한 변형이 발생하지 않도록 이 공정을 올바르게 수행하는 것이 매우 중요합니다. 일반적으로 이는 가열·냉각 대상 부품에 정확히 맞도록 설계된 받침대를 사용하여, 이 받침대와 가열·냉각 대상 부품 사이에 적절한 접촉을 유지함으로써 달성할 수 있습니다.

내구성

PWHT는 용접 공정에 의해 발생하는 잔류 응력과 미세 구조 변화를 줄여주는 특성 덕분에, 용접부가 사용 중 파손되지 않도록 보장하는 데 필수적인 요소이며, 석유·가스 파이프라인이나 원자력 발전소에 사용되는 특정 파이프라인 자재에 대한 ASME 제8편과 같은 많은 규격 및 사양에서 의무적으로 적용되고 있습니다. 또한 PWHT는 응력 부식 균열에 대한 저항성을 높이는 동시에 취성 파단 위험을 줄이는 등 다른 이점도 제공합니다.

용접 공정의 일환으로, 용접부와 모재 사이에는 높은 온도 구배가 존재하며, 이로 인해 잔류 응력이 발생하고, 이 잔류 응력이 하중 응력과 합쳐져 재료의 설계 한계를 초과하게 됩니다. PWHT는 용접부를 특정 온도에서 지정된 시간 동안 가열하여 이러한 인장 응력을 제거하는 동시에 템퍼링을 수행함으로써 경도 증가를 방지하고, 인성 및 연성 수준을 허용 가능한 수준으로 향상시킴으로써 이러한 응력을 완화하는 데 도움을 줍니다.

PWHT는 적절히 제어되지 않을 경우 변형, 템퍼 취성, 과도한 연화 등 치명적인 결과를 초래할 수 있습니다. 따라서 이 열처리 공정이 필요한 용접부의 온도와 유지 시간을 선정할 때는 전문가의 조언을 구하는 것이 매우 중요합니다. Q&T 강과 같은 담금질 및 템퍼링 처리된 강재를 다룰 때는 원래의 템퍼링 온도보다 높은 열처리 온도를 피하는 것이 필수적입니다. 그렇지 않으면 템퍼링 상태가 악화될 수 있기 때문입니다.

내식성

PWHT는 잔류 응력을 저감하는 효과가 있어, 석유·가스 분야와 같은 가혹한 환경에 노출된 용접 구조물이나 기존 제작물의 중요 보수 작업에서 수소 균열을 방지하는 데 이상적입니다. 실제로 ASME 제8편 규격과 같은 많은 경우에서, 이러한 공법은 의무적인 요구 사항이거나 기존 제작물의 중요 보수 작업에 필수적으로 적용되어야 할 수도 있습니다.

용접 과정에서는 용접부와 모재 사이에 큰 온도 구배가 발생하여 용접 중에 응력이 축적되고, 이로 인해 용접 완료 후 잔류 응력이 허용 범위를 초과하는 수준에 이르게 됩니다. PWHT는 재료를 적정 온도까지 가열한 후 서서히 냉각시킴으로써 이러한 잔류 응력을 감소시킵니다. 이는 잔류 응력으로 인한 부식 문제와 기계적 문제를 완화하는 데 도움이 됩니다.

또한 PWHT는 용접 금속을 템퍼링하여 미세구조를 개선함으로써, 부식성 환경에서 발생하는 수소 균열에 대한 저항성을 높여줍니다. 이는 현재뿐만 아니라 향후 수십 년에 걸쳐 지속적으로 가동될 산성 환경 배관 시스템을 성공적으로 유지하는 데 있어 매우 귀중한 요소입니다.

심각한 부식 조건으로 인해 PWHT 처리가 자주 필요하기 때문에, 이 처리 방식은 대부분의 응용 분야에서 배관 설계의 필수적인 부분으로 자리 잡고 있습니다. 안타깝게도 여러 차례의 처리 주기는 상당한 에너지 소비를 초래하고 환경 문제를 야기할 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 엔지니어들은 부식을 효과적으로 방지할 수 있는 대안으로 복합 재료 등을 모색하고 있습니다.

인성

PWHT는 용접 부위의 잔류 응력을 감소시키고 재분배하여 연성을 향상시키는 동시에 열영향부(HAZ)의 냉간 균열 위험을 줄여줍니다. 또한, PWHT 과정에서 사용되는 높은 온도는 템퍼링, 석출 또는 노화 같은 금속학적 변화를 유도하여 용접부의 기계적 특성을 더욱 강화할 수 있습니다. 그러나 안타깝게도 더 높은 온도를 사용하면 템퍼 취성, 과도한 연화, 재가열 균열과 같은 해로운 부작용이 발생할 수 있으므로, 잠재적인 문제를 방지하기 위해 온도 허용 오차와 시간을 엄격히 준수해야 합니다.

용접 금속의 기계적 특성은 그 미세구조에 따라 달라지며, 유형에 따라 서로 다른 인성 특성을 나타냅니다. 용접이 이루어질 때 용접부와 모재 사이에 높은 온도 구배가 발생하여 용접부에 열응력이 발생하고, 이는 냉각 과정에서 증가하여 설계 한계를 초과할 수 있는 잔류 응력을 유발하며, 결국 용접부 파손으로 이어질 수 있습니다. 이러한 위험을 완화하기 위해, 많은 규격 및 표준에서는 구조물에 용접 전 열처리를 의무화하여 잔류 인장 응력을 허용 가능한 수준으로 낮추도록 규정하고 있습니다. 이를 통해 용접 공정 중 용접부에 잔류 응력을 유발할 수 있는 요인을 줄이고, 잔류 응력을 허용 가능한 수준으로 감소시킵니다.

PWHT 공정 중 최적의 결과를 얻기 위해서는 과도한 변형을 방지하기 위해 용접부를 지지해야 합니다. 지지대는 처리 대상 부품의 치수에 맞춰야 하며, 부품의 형상, 직경 및 두께에 따라 일정한 간격으로 배치되어야 합니다.