PWHT 및 용접 공정을 위한 시뮬레이션 테스트

용접 및 용접 후 열처리(PWHT) 공정은 용접 구조물의 기계적 특성을 크게 변화시킬 수 있으므로 고급 시뮬레이션과 산업 코드 준수를 통해 압력 용기가 PWHT 후 안전 및 성능 표준을 충족하도록 보장할 수 있습니다.

FEA를 통해 엔지니어는 가열 및 냉각 사이클 동안 구조물이 어떻게 변형될지 예측할 수 있으므로 왜곡과 균열을 방지하는 최적의 가열 사이클을 설계할 수 있습니다. 용접 금속(WM)과 열 영향 영역의 거친 입자(CGHAZ)에 대한 하중-펀치 변위 곡선은 PWHT에 수렴하는 경향이 있으며 모재(BM)에 대한 곡선과 거의 일치하여 기계적 거동의 상당한 균질화를 보여줍니다.

구조 분석

용접 후 열처리(PWHT)는 압력 용기 생산에 있어 필수적인 단계입니다. PWHT는 용접 응력을 완화하고 균열 지연을 방지하며 용접된 부품의 인성, 크리프 저항, 서비스 수명 및 인성을 향상시킬 수 있습니다.

FEA를 사용하면 선박의 구조적 무결성에 대한 PWHT 프로세스를 시뮬레이션하여 기계 설계 코드 및 안전 표준 준수를 보장할 수 있습니다. 또한 PWHT 중 기하학적 왜곡을 예측하여 가열/냉각 속도를 최적화하여 왜곡을 최소화하는 데 도움을 줍니다.

G91/C22 용접 형상 및 잔류 응력에 대한 FEA 모델링 결과는 실험 데이터와 매우 잘 일치합니다. 용접 금속 미세 구조 및 응력 분포를 시뮬레이션할 때 불완전한 오스테나이트에서 마르텐사이트로의 변형, 용접으로 인한 변형, 열 영향 영역의 연한 영역, 모재와 피복재 간의 열 변형률 불일치 등이 요인으로 고려되었습니다. 그러나 이러한 불균일성에 관계없이 이 모델은 PWHT가 용접 관련 잔류 응력과 접합 계면에서의 응력 구배를 감소시킨다고 예측합니다.

유한 요소 분석(FEA)

유한 요소 해석(FEA)은 수학을 사용하여 실제 프로토타입을 제작하지 않고도 실제 동작을 시뮬레이션하는 엔지니어링 기법입니다. FEA는 현대 엔지니어링에서 필수적인 역할을 하며, 제조업체가 엄격한 안전 및 성능 표준을 충족하면서 제품 개발 비용을 절감할 수 있도록 지원합니다.

FEA 분석은 용접 구조물의 잔류 응력에 대한 PWHT 처리의 분포와 영향, 열처리 공정으로 인한 기하학적 왜곡 및 재료 특성 변화를 정확하게 시뮬레이션하여 엔지니어에게 PWHT 파라미터를 최적화할 수 있는 정보를 제공할 수 있습니다.

그러나 FEA 모델의 정확성은 입력 데이터의 품질에 따라 달라집니다. Simcenter Femap과 같은 소프트웨어를 사용하면 SDC Verifier와 같은 고급 설계 검증 및 검사 도구를 사용하여 모델의 무결성을 쉽게 검증할 수 있으며, 클릭 한 번으로 FEA 워크플로 내에서 직접 코드 변경 사항을 빠르게 검사하여 설계 프로세스를 가속화할 수 있고, 표준 규칙을 적용하거나 사용자 지정 검사를 생성할 수도 있습니다!

열 분석

압력 장비는 용접 후 열처리(PWHT)가 필요하므로 엔지니어는 구조 분석을 수행하여 잠재적인 약점과 변형에 취약한 부분을 파악해야 하며, 이를 통해 설계를 최적화하고 안전성을 강화할 수 있습니다.

엔지니어는 유한 요소 분석(FEA)을 사용하여 불균일한 가열 및 냉각으로 인한 기하학적 왜곡을 정확하게 예측하고, 왜곡을 최소화하면서 재료를 고르게 가열할 수 있도록 PWHT 프로세스를 미세 조정할 수 있습니다.

ASME 보일러 및 압력용기 코드에 따라 강판에 대한 다양한 실험 테스트를 수행하여 ASME 규정을 충족해야 승인을 받을 수 있습니다. 이러한 실험 테스트 중 하나가 용접 후 열처리(PWHT)입니다. 후판 공급업체가 공급한 후판을 나타내는 기계적 테스트 쿠폰은 공급업체가 PWHT 시뮬레이션을 수행하며, 시뮬레이션된 용접 후 열처리(PWHT) 시 기계적 특성이 지정된 요구 사항을 충족하는지 확인합니다. 그러나 안타깝게도 사용 가능한 테스트 방법이 부적절하고 시뮬레이션되는 실제 열처리 공정을 고려하지 않는 단순한 정성적 접근 방식이 사용되기 때문에 실제 성능을 이해하지 못합니다.

재료 테스트

용접 후 열처리(PWHT)는 잔류 응력 감소, 균열 지연 방지, 구조물의 인성 및 크리프 한계 개선, 인성/지속 크리프 한계 증가 등 용접 부품의 미세 구조 및 기계적 특성을 향상시키기 위해 점점 더 많이 사용되고 있습니다.

PWHT로 인해 용접 구조물에 왜곡, 뒤틀림 또는 바람직하지 않은 재료 특성이 발생하지 않도록 하려면 엔지니어링 분석을 신중하게 수행해야 합니다. 유한 요소 분석(FEA)은 엔지니어가 이 과정에서 구조물이 가열 및 냉각될 때 열 및 기계적 거동을 정확하게 예측하는 데 도움이 됩니다.

용접물의 잔류 응력을 측정하는 방법에는 널리 알려진 XRD 및 홀 드릴링 방법을 포함하여 많은 방법이 존재합니다. 그러나 파괴적인 특성과 불가피한 테스트 오류로 인해 FEA는 실험 결과를 뒷받침하고 실험 결과를 명확히 하는 데 매우 유용한 도구입니다. 고농도의 잔류 응력이 존재하는 영역을 식별하고 PWHT 공정 중에 이를 줄일 수 있는 방법을 제시함으로써 제조업체는 PWHT 공정을 최적화하고 반복 가능한 성능을 제공하는 일관되고 반복 가능한 결과를 생성할 수 있습니다.