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구조용 강철 제조에서 용접 품질은 최종 구조물의 강도, 내구성 및 안전성에 직접적인 영향을 미칩니다. 중요한 구조 부품, 합금강, 두꺼운 강판 및 고도로 구속된 용접 조인트의 경우 용접 전의 적절한 예열 및 용접 후 열처리(PWHT)는 균열을 제어하고 잔류 응력을 줄이며 용접 조인트의 전반적인 성능을 향상시키는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다.
예열이란 용접을 시작하기 전에 용접 부위 주변의 모재를 특정 온도까지 가열하는 것을 말합니다. 필요한 예열 온도는 강종, 탄소당량, 재료 두께, 용접 소모품, 접합 구속, 용접 공정 및 주변 온도와 같은 요인에 따라 달라집니다.
예열의 주요 이점은 다음과 같습니다.
예열하면 용접부와 열 영향부(HAZ)의 냉각 속도가 느려집니다. 이는 확산성 수소가 용접 조인트에서 빠져나가는 데 더 많은 시간을 제공하고 단단하고 부서지기 쉬운 미세 구조의 형성을 줄입니다.
그 결과, 수소 유발 균열 및 냉간 균열의 위험을 크게 줄일 수 있습니다.
용접 중에 용접부 근처의 강철은 빠르게 가열되는 반면 주변 재료는 비교적 차가운 상태로 유지됩니다. 이러한 온도 차이는 열 구배, 변형 및 잔류 응력을 생성합니다.
적절한 예열은 용접 부위와 주변 강철 사이의 온도 차이를 줄여 용접 접합부가 보다 점진적이고 균일하게 냉각되도록 합니다.
이는 용접 응력을 줄이고 균열 및 뒤틀림 가능성을 최소화하는 데 도움이 됩니다.
고도로 구속된 용접 조인트는 냉각 중 수축이 자유롭게 발생할 수 없기 때문에 균열이 발생하기 더 쉽습니다.
예열은 열 수축의 심각도를 줄일 수 있으며 특히 두꺼운 판, 복잡한 접합 및 고도로 구속된 연결에 유용합니다.
많은 경우 적절한 예열 온도를 높이면 용접 균열 가능성을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.
예열 및 층간 온도 선택은 재료 두께에만 기초하여 이루어져서는 안 됩니다.
다음을 포함한 여러 가지 요소를 고려해야 합니다.
철강 등급 및 화학 성분
탄소당량
판 두께
용접재료
용접 공정
공동 구성
구조적 제약
주변 온도
입열량
적용 가능한 용접 코드 및 프로젝트 사양
균일한 가열도 똑같이 중요합니다.
예열 온도는 강철 두께 전체와 용접 영역을 따라 상당히 균일해야 합니다. 고르지 못한 가열은 열 응력을 감소시키기는커녕 추가적인 열 응력을 발생시킬 수 있습니다.
국부적 예열의 경우 가열된 영역은 안정적이고 균일한 온도 분포를 보장하기 위해 용접 양쪽 측면을 넘어 충분히 확장되어야 합니다.
정확한 가열 폭과 온도는 항상 해당 용접 절차 사양( WPS ), 엔지니어링 요구 사항 및 관련 용접 표준을 따라야 합니다.
용접 후 열처리는 용접 후 잔류 응력을 제어하고 수소 함량을 줄이며 용접 조인트의 미세 구조 및 기계적 특성을 향상시키기 위해 수행됩니다.
강철 등급, 두께, 사용 조건 및 용접 사양에 따라 용접 후 열처리는 여러 가지 이점을 제공할 수 있습니다.
용접 후 확산성 수소가 용접 금속 및 열 영향부에 남아 있을 수 있습니다.
특정 강철 및 중요한 용접 조인트의 경우 용접 직후 제어된 저온 수소 제거 처리가 적용될 수 있습니다.
특정 기간 동안 용접 조인트를 가열하면 수소의 확산과 방출이 가속화되어 지연된 수소 균열의 위험을 줄일 수 있습니다.
실제 온도와 유지시간은 강종, 용접절차, 접합두께, 적용규격에 따라 결정되어야 합니다.
용접은 고도로 국부적인 가열 및 냉각을 유발합니다. 용접된 부품은 주변 재료와 접합 형상에 의해 구속되기 때문에 용접 후에도 구조물에 잔류 응력이 남아 있습니다.
과도한 잔류 응력은 다음과 같은 원인이 될 수 있습니다.
용접 변형
스트레스 집중
피로 성능 감소
균열 위험 증가
차원 불안정
응력 완화 열처리는 용접된 부품을 제어된 온도로 가열하고 지정된 기간 동안 유지하여 내부 응력을 재분배하고 완화시킵니다.
부품 크기 및 프로젝트 요구 사항에 따라 전체 부품에 대해 열처리를 수행하거나 용접 조인트 주변에서 국부적으로 열처리를 수행할 수 있습니다.
일부 합금강과 고장력강은 용접 후 열 영향부에 경화되거나 부서지기 쉬운 미세 구조가 나타날 수 있습니다.
이러한 미세 구조가 높은 잔류 응력 및 수소와 함께 남아 있으면 용접 조인트가 균열이나 취성 파손에 더 취약해질 수 있습니다.
적절한 열처리는 용접 조인트의 야금학적 구조를 개선하는 데 도움이 되며 다음을 향상시킬 수 있습니다.
인성
연성
치수 안정성
균열 저항
전반적인 기계적 성능
일반적인 용접 품질 관리 프로세스에는 다음이 포함될 수 있습니다.
재료 식별 → 용접 절차 검토 → 예열 → 온도 검사 → 용접 → 층간 온도 제어 → 용접 검사 → 필요 시 수소 제거 또는 PWHT → 최종 검사
적절한 측정 장비를 사용하여 용접 공정 전반에 걸쳐 온도 제어를 모니터링해야 합니다.
중요한 강철 구조물 프로젝트의 경우 용접 절차, 예열 온도, 층간 온도 및 용접 후 처리 요구 사항을 승인된 WPS 및 프로젝트 품질 문서에 명확하게 정의해야 합니다.
아니요.
모든 용접 강철 구조물에 예열이나 용접 후 열처리가 필요한 것은 아닙니다.
이러한 프로세스가 필요한지 여부는 다음과 같은 요인에 따라 달라집니다.
철강재 등급
탄소당량
판 두께
구조적 중요성
관절 구속
용접 공정
서비스 조건
적용 가능한 국제 표준
프로젝트별 엔지니어링 요구 사항
단면이 상대적으로 얇고 접합 구속력이 낮은 일반 탄소강 부품의 경우 광범위한 열처리가 필요하지 않을 수 있습니다.
그러나 두꺼운 판, 고강도강, 합금강, 중요한 하중을 지지하는 부재 또는 고도로 구속된 용접 조인트의 경우 온도 제어가 훨씬 더 중요해집니다.
예열과 용접 후 열처리는 단순히 추가적인 용접 절차가 아닙니다. 재료, 조인트 설계, 용접 절차 또는 엔지니어링 사양에 따라 필요한 경우 구조용 강철 용접 조인트의 신뢰성을 향상시키기 위한 중요한 품질 관리 조치입니다.
적절한 온도 제어는 수소로 인한 균열을 줄이고, 냉각 속도를 제어하고, 잔류 응력을 줄이고, 왜곡을 최소화하고, 용접 연결부의 인성과 전반적인 성능을 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다.
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