용접 후 열처리 요구 사항

용접 잔류 응력을 줄이고 단단하고 부서지기 쉬운 미세 구조 영역을 부드럽게 하기 위해 특정 구조의 제작 코드에서 용접 후 열처리(PWHT)를 요구하지만, 비용이 많이 드는 공정입니다.

아래 표 1에는 다양한 압력 용기 및 배관 표준에 PWHT를 사용해야 하는 최소 두께 요구 사항이 표시되어 있으며, 이 문서에서는 이러한 요구 사항을 검토하고 이러한 요구 사항의 잠재적 합리화를 제안합니다.

1. 취성 골절 위험 감소

취성 골절은 선박, 탱크 및 기타 구성품의 치명적인 고장 모드로, 종종 인명과 재산의 막대한 손실을 초래합니다. 재료의 최소 샤르피 에너지 지정, 높은 응력을 피하도록 설계, 두꺼운 섹션의 용접 후 응력 완화 열처리, 결함을 최소화하면서 발견 가능성을 높이는 제조 및 검사 방법 채택, 정기 유지보수 작업의 일환으로 증명 테스트 수행 등과 같은 적절한 설계, 제작 및 검사 관행을 통해 취성 골절을 방지할 수 있습니다.

설계된 한계 내에서 장비와 배관을 작동하는 것은 매우 중요하며, 특히 작동 온도가 낮은 설계 온도(ASME 코드에 따른 LDT 또는 MDMT) 이하로 떨어질 때는 더욱 그렇습니다. 기존 탄소강 장비는 API RP 579 서비스 적합성 파트 3: 취성 파단에 대한 기존 장비의 평가에 설명된 대로 취성 파단 평가를 받아야 합니다.

이러한 평가는 가정이 아닌 건전한 기술적 정당성을 기반으로 해야 하며, 파단 역학을 사용하여 장비의 온도 및 압력 조건에 대한 안전한 작업 한계를 정의해야 합니다. 위험 기반 접근 방식은 공학적 정당성 대신 주관적인 경험에 의존하는 코드에서 정한 최소 두께 기준을 단순히 준수하는 것보다 훨씬 우수합니다.

2. 왜곡 위험 감소

많은 코드와 사양에서는 용접 조인트의 응력을 줄여 파손 위험을 줄이는 동시에 압력 장비의 왜곡과 뒤틀림을 증가시켜 치수 정확도와 구조적 무결성을 손상시키고 누출 위험을 증가시키는 PWHT를 요구합니다.

일반적으로 부품에 맞게 특별히 제작되고 지름을 중심으로 일정한 간격으로 배치된 가새를 통해 가공 중에 재료를 적절히 지지하고 냉각함으로써 열처리 중 왜곡을 완화할 수 있습니다. 필요한 가대 수는 부품의 크기, 모양, 두께에 따라 달라집니다.

뒤틀림에 대한 추가적인 안전장치로 PWHT 온도가 원래 강철 템퍼링에 지정된 온도 이상으로 올라가지 않도록 하세요. 온도가 높으면 템퍼링 취화 또는 과연화가 발생할 수 있으며, 이로 인해 강도가 지정된 최소 수준 이하로 낮아져 왜곡이 발생하여 강도가 지정된 최소값 이하로 감소할 수 있습니다. 따라서 PWHT 장비 가공 후 기계적 테스트를 수행하여 강도가 유지되는지 확인하는 것이 좋습니다.

3. 뒤틀림 위험 감소

PWHT는 용접된 재료를 고온으로 가열한 후 다시 천천히 냉각하는 방식으로, 압력 장비에 뒤틀림이나 뒤틀림이 발생하여 구조적 무결성 저하, 누출 또는 고장으로 이어질 수 있으며 에너지 사용량이 증가하고 온실가스 배출에 기여할 수 있습니다. 또한 많은 양의 에너지를 사용해야 하므로 온실가스 배출 및 기타 환경 문제에도 영향을 미칩니다.

PWHT 공정은 전통적으로 응력 완화, 용접 미세 구조 수정, 부식 및 산화 손상 저항을 위한 수소 확산에 활용되어 왔습니다. 그러나 연구에 따르면 일반적으로 사용되는 온도보다 낮은 온도에서도 유사한 이점을 얻을 수 있는 것으로 나타났습니다.

PWHT는 많은 이점을 제공할 수 있지만, 현행 규정은 PWHT 면제 요건이 매우 다양합니다. 이러한 차이는 특정 야금학적 또는 구조적 고려 사항보다는 다양한 산업 내 엔지니어링 관행과 경험에서 비롯되는 경우가 많기 때문에, 여러 코드에서 P-4 및 P-5A 재료를 사용하는 파이프 용접부에 대한 PWHT 면제와 관련된 코드 요구 사항 간에 혼동과 충돌이 발생할 수 있습니다.

4. 누출 위험 감소

PWHT는 고온에 노출되는 동안 과도하게 뒤틀리는 것을 방지하기 위해 모양, 크기, 두께에 맞게 제작된 가대를 통해 지지하는 장비가 필요합니다. 이 과정에서 재료를 고온으로 가열한 후 주변을 일정 간격으로 서서히 냉각시켜 응력을 재분배하고 용접 강도를 떨어뜨리거나 구조물 내에서 누출을 일으킬 수 있는 약점이 형성되도록 합니다.

각기 다른 코드에서는 두께와 같은 요인으로 인해 특정 재료 또는 용접부를 아예 면제하는 등 다양한 PWHT 요건을 부과하고 있습니다. 이러한 요구 사항의 차이는 기술 데이터나 실험에 대한 해석이 다르기보다는 엔지니어링 관행과 적용 경험이 다르기 때문일 수 있으며, 원자력 서비스에 사용되는 재료 또는 용접물의 경우 두께에 관계없이 면제 기준을 0으로 낮출 것을 권장합니다.

5. 부식 위험 감소

부식은 장비를 손상시키고, 토양과 상수도를 오염시키며, 유해한 독소를 공기 중으로 방출하고, 탱크나 파이프와 같은 구조물을 약화시켜 고장 가능성을 높이고, 장비와 인원에 대한 위험을 증가시킬 수 있습니다. 부식에 대한 사전 예방 조치를 취하면 장비와 인원에 대한 이러한 위험을 줄일 수 있습니다.

대기 부식은 금속 물체가 산소 및 습기 조건에 노출될 때 발생하며, 전체에 걸쳐 진행되기 때문에 균일 부식 또는 일반 부식이라고도 합니다. 피팅, 틈새 및 응력 부식과 같은 다른 형태의 부식은 금속 물체의 특정 지점에서 발생하기 때문에 예측하기 더 어려울 수 있습니다.

부식으로부터의 보호는 금속 성분과 사용된 보호 방법에 따라 달라집니다. 음극 보호는 아연과 같은 활성 원소로 금속을 코팅하여 주변 환경과 반응하면서 부식 및 산화시켜 기본 금속 성분이 녹슬지 않도록 보호하는 것입니다. 다른 예방 방법으로는 공기 또는 수원의 화학 물질 수준을 제어하거나 부식 방지 코팅 및 페인트 사용과 같이 내마모성이 뛰어난 재료를 사용하는 것 등이 있습니다.