용접 예열(Pre-Heat) 및 후열(Post-Heat) <1>

 

 

◈ 용접 예열 (Pre-Heating)

 

 용접 예열 (Pre-heating)이란 용접작업의 부속 공정으로서, 용접 전 및 용접 중 용접금속이 용착되는 모재면을 어느 일정한 온도 이상으로 가열하는 조작을 말한다. 예열을 실시하는 근본적인 목적은 용접부 및 그 열 영향부(Heat Affected Zone,HAZ)의 균열을 방지하기 위한 것이다. 용접시 예열에 따른 효과는 다음과 같다.

  1) 열손실을 감소시켜 용접부의 냉각속도를 늦춤으로써 재료의 경화 정도를 감소시킨다.

  2) 균열을 유발시킬 수 있는 불순물의 편석을 억제한다.

  3) 용접으로 인한 열적 변형량을 감소시킨다.

  4) 수소 방출을 용이하게 하여 수소 취성 등, 수소로 인한 균열의 발생을 억제한다.

  5) 용접금속이 용착되는 모금속상의 수분을 사전에 제거함으로써, 용접금속 중에 수소의 혼입을 방지한다.

  6) 용접금속의 용착을 용이하게 한다.

 

 

 

◈ 층간 온도 (Interpass Temperature)

 

 용접 예열과 관련되는 사항 중에 층간 온도가 있다. 여러 Pass 를 통해 완성되는 용접부는 직전 Pass 의 잔존 열에 대한 영향을 받게 된다. 층간 온도란 Multi-Pass 용접해서 Arc 를 발생하기 바로 직전, 이전 Pass 용접 열에 의해 데워져 있는 용접부 모재의 온도를 말한다. 층간 온도가 200℃를 넘게 되면 입열량의 과다로 강도 및 충격치가 저하할 수도 있고, 스테인레스강에서는 Weld Decay 등을 유발하는 경우도 있으므로 Pass 간 온도는 적정온도 이하로 한다. 따라서 충간온도는 최대 온도로 제시되나, 반드시 최소 예열 온도도 함께 지켜져야 하며, 이는 가접용접 조립 금형구의 가접 용접, 보수용접 및 가우징(Gouging) 할 때도 본 용접의 조건과 동일하게 적용되어야 한다.

 

 

◈ 용접 후열 (Post-Heating)

 

 용접 후열 (Post-heating)이란 용접이 종료된 후 용접부를 일정온도로 일정시간 유지하는 조작을 의미한다. 이 작업에 대해서는 용접후처리, 용접 후 가열 등으로 용어가 통일되지 않고 사용되고 있으나, 용접후열처리(PWHT)와는 구분되어야 한다. 이에 대해 규정하고 있는 규격, Code 는 없으며, 이와 비슷한 개념으로 ASME B31.1, B31.3 등에서 PWHT 를 용접 직후 실시하지 않고 지연시킬 경우 또는 용접의 중단시에, 적절히 통제된 냉각속도로 용접부를 적절히 중간 열처리 하거나 다른 적절한 방법을 사용하도록 요구하고 있는 경우는 있다. 용접후열은 용착 금속내의 잔류 수소를 제거하기 위한 목적으로 주로 시공되며, 용접완료 후 100~200℃ 정도의 온도로 1 ~ 5Hr 동안 가열하는 저온 후열방법이 유효하다. 또한 압력 용기류등의 용접시에는 예열온도 + (100℃ - 200℃)정도, 또는 예열온도 + (120℃ - 150℃) 정도의 온도에서 1~ 2 Hr 정도의 시간 동안 후열하도록 요구하는 경우도 있다. 기본적으로 용접후가열의 온도 및 시간에 대해서는 재질, 두께 별로 WPS 및 PQR 에 의해 Engineering 에서 결정되어야 하며, 국내에서도 일부 압력 용기류의 제작 등에서 예열과 함께 용접후 가열을 요구하는 경우도 종종 있다.

 

 

◈ 용접 후열처리(PWHT)

 

 용접후열처리란 용접부의 성능을 개선하고 잔류응력의 유해한 영향을 제거하기 위하여, 금속의 변태점 이하 온도에서 용접부 및 열 영향부를 규정된 속도로 균일하게 가열하여 일정 시간을 유지한 후 규정된 속도로 균일하게 냉각하는 것을 말한다. 용접후열처리의 효과는 다음과 같다.

  1) 용접 잔류응력의 완화

  2) 형상, 치수의 안정 (기계가공 등을 위한 것)

  3) 열 영향부의 연화

  4) 용접금속의 연성 증대

  5) 파괴인성의 향상

  6) 함유 GAS의 제거

  7) CREEP특성의 개선

  8) 부식에 대한 성능의 향상

  9) 피로강도의 개선

 

 

◈ 열처리 필요사항

 

 정확한 예열 및 PWHT 작업을 위해서는 다음 표의 사항이 결정되어야 한다. 만일 적용되는 규격 상에 그 내용이 규정되지 않았다면, 다른 규격의 규정을 원용하거나 열처리 시공자와 협의하여 WPS 를 작성하고, PQR 에 의해 그 유효성을 확인 후 실제 공사에 적용토록 하여야 할 것이다.

 

[범례]   O : 항상 규정되어야 함 / △ : 규정되지 않을 수 있음 / X : 통상 규정되지 않음

항목	예열 (배관 및 VESSEL)	용접 후열처리 (배관 및 VESSEL)
LOADING/UNLOADING 온도	○	○
가열속도(MAX., MIN.)	○	○
가열방법	△	△
가열시의 허용 온도편차	△	○
유지온도(MAX., MIN)	○	○
유지시간(MAX., MIN)	X	○
PASS간 온도(MAX.)	○	X
후열온도까지의 가열속도	○	X
후열온도(MAX., MIN)	○	X
후열온도에서의 유지시간(MAX., MIN)	○	X
냉각속도(MAX., MIN)	○	○
냉각방법	△	△
냉각시의 허용온도 편차	△	○
T.C 부착 수량 및 위치	○	○
T.C 부착 방법	○	○
예열/열처리 되어야 할 범위	△	△
가열폭/균열폭 (HEATER 설치 폭)	△	△
보온범위	△	△
보온재의 종류	△	△
보온방법 및 두께	△	△
각 부위간의 온도 구배 (가열, 유지, 냉각 시)	△	△

 

To be continued...