프로세스
예열이란 용접 전이나 용접 중에 용접할 공작물을 실온보다 높은 온도로 가열하는 것을 말합니다. 예열은 사양서에 따라 용접 전후에 필수적으로 요구됩니다. 하지만 특정 조건에서는 다른 방법을 사용할 수도 있습니다. 예열이 필수인지 여부와 관계없이 예열에는 여러 가지 장점이 있습니다.
• 용접부 및 인접한 모재의 수축 응력을 감소시키는데, 이는 특히 응력값이 높은 용접부에 적용됩니다.
• 용접부 냉각 중 임계 온도 범위에서 냉각 속도를 늦춰 과도한 경화를 방지하고 용접부 및 열영향부(HAZ)의 연성을 저하시키지 않도록 합니다.
• 400°F 온도 범위에서 냉각 속도를 늦추면 용접부와 인접한 모재에서 수소가 빠져나갈 시간이 더 많아져 수소로 인한 균열을 방지할 수 있습니다.
• 오염 물질을 제거합니다.
• 예열량은 사양서의 최소 기준에 따라 결정되는 것이 아니라 다음 방법 중 하나 이상에 따라 결정됩니다.
계산표
역사적으로 다양한 "예열 계산표"가 존재해 왔습니다. 그중 다수는 선형 또는 원형 슬라이드 자의 형태로 되어 있으며, 모재의 재질과 두께를 파악하여 예열 온도를 예측합니다.
탄소 등가량
탄소환원량(CE)은 예열이 필요한지 여부와 필요한 정도를 판단하는 방법입니다.
CE ≤ 0.45%인 경우 예열은 임의로 선택할 수 있습니다.
0.45 ≤ CE ≤ 0.60%인 경우, 예열 온도 범위는 200°F ~ 400°F(100°C ~ 200°C)입니다.
CE가 0.60%보다 큰 경우, 예열 온도 범위는 400°~700°F(200°~350°C)입니다.
CE 값이 0.5보다 큰 경우, 지연 균열 발생 여부를 확인하기 위해 최종 비파괴 검사(NDE)를 최소 24시간 연기하는 것을 고려하십시오.
크랙 파라미터
탄소 당량비가 0.17 wt-% 이하이거나 고강도 강재를 사용하는 경우, 이토 & 베시오 파라미터 균열 감지(Pcm) 방법을 사용할 수 있습니다. 이 방법은 예열 시점, 강제 예열 시점 및 예열 온도를 정확하게 예측할 수 있습니다. 구체적으로,
Pcm이 0.15% 이하인 경우, 임의의 온도에서 예열하십시오.
0.15% < Pcm < 0.26–0.28%인 경우 200°–400°F(100°–200°C)로 예열하십시오.
Pcm이 0.26~0.28%보다 크면 200~350°C(400~700°F)로 예열하십시오.
스파크 테스트
스파크 테스트는 탄소강의 탄소 함량을 추정하는 방법으로 수십 년 동안 사용되어 왔습니다. 탄소 함량이 높을수록 스파크가 더 강해지고 더 많은 예열이 필요합니다. 이 방법은 정확도가 높지는 않지만 간단합니다. 또한 상대적으로 높거나 낮은 예열 온도를 결정할 수 있습니다.
경험 법칙
예열 온도를 선택하는 또 다른 방법은 정확도는 떨어지지만 효과적인 방법으로, 탄소 함량 10포인트(0.10wt-%)당 예열 온도를 100°F(50°C)씩 증가시키는 것입니다. 예를 들어, 탄소 함량이 0.25wt-%인 경우 예열 온도는 250°F(125°C)이거나 최소한 250°F(125°C)에서 시작해야 합니다. 용접 부위 근처에 코팅이나 다른 구성 요소가 있는 경우, 원래 제조 사양에 따라 결정된 예열 온도는 적절하지 않습니다. 그러나 용접 열 입력이 표준 공정에서 허용하는 최대 범위에 가까우면 용접된 부품으로 전달되는 열이 용접 열 입력에 의해 상쇄되어 해당 금속이 최소 예열 요구 사항 이상으로 가열되므로 외부 수단을 통해 보다 완화된 예열을 적용할 수 있습니다. 여기서 범위와 부정확한 변환(°F에서 °C로)이 사용되는 것은 의도적인 것입니다. 예열은 정확한 과학이 아니기 때문입니다. 대부분의 경우, 문제가 해결될 때까지(예: 균열이 사라질 때까지) 예열 온도를 계속 높이는 것이 일반적입니다. 반대로, 특정 용도에서는 사양에서 권장하거나 요구하는 온도보다 낮은 예열 온도로도 원하는 결과를 얻을 수 있습니다.
실제 적용
예열로 인한 재료 연화 문제를 방지하기 위해 실무 기술에도 주의를 기울여야 합니다. 수소 발생량이 적은 용접 공정과 전극을 선택하십시오. 특정 기술을 사용하면 잔류 응력을 줄이거나 최소화할 수 있습니다. 예열 방법을 정확하게 사용하고 있는지 주의 깊게 모니터링하십시오. 다음 설명은 이러한 기술을 성공적으로 사용하는 데 중요합니다.
용접 홈 크기 및 기술
용접 공정에 사용되는 기술은 가공물의 용접 수축, 잔류 응력 발생, 열 입력 제어 및 균열 방지에 큰 영향을 미칩니다.
짧은 용접부는 긴 용접부보다 길이 방향으로 수축이 적습니다. 또한, 역방향 용접이나 특수 용접 순서를 사용하면 잔류 응력을 줄일 수 있습니다.
열 입력량을 제어하거나 줄이십시오. 큰 진동 용접 대신 작은 진동을 가진 선형 용접을 사용할 수 있습니다.
균열을 줄이세요
아크 크레이터와 용접 균열은 적절한 제조 공정을 사용하면 줄이거나 없앨 수 있습니다.
1) 단면이 원형인 용접부는 단면이 얇고 넓은 용접부에 비해 용접 시 균열이 가장 적게 발생합니다.
2) 갑작스러운 시작이나 정지를 피하십시오. 용접 작업 및 용접 형상은 상향/하향 경사 용접 기술 또는 용접 전원 공급 장치의 전기적 방식을 사용하여 제어됩니다.
3) 용접 수축이나 일반 용접으로 인한 균열을 방지하려면 충분한 양의 용착재가 있어야 합니다. 용착재 부족으로 인한 균열을 방지하기 위한 일반적인 지침(그리고 많은 생산 사양에서 요구하는 사항)은 최소 3/8인치(10mm) 또는 용접 홈 두께의 25%를 용착하는 것입니다.
예열 방법
예열은 작업장이나 현장에서 화염 가열(공기-연료 또는 아세틸렌 연료), 저항 가열 또는 전기 유도 가열을 통해 수행할 수 있습니다. 어떤 방법을 사용하든 예열은 균일해야 하며, 특별한 요구 사항이 없는 한 용접부 전체 두께에 걸쳐 이루어져야 합니다. 그림 1은 저항 가열(나중에 설명할 비절연 방식) 및 유도 가열 장비를 보여줍니다.
예열 모니터링
다양한 장비를 사용하여 온도를 측정하고 모니터링할 수 있습니다. 조립체 또는 용접부는 재료에 열이 완전히 침투하도록 예열해야 합니다. 가능하면 열 침투 정도를 시험하거나 평가해야 합니다. 일반적으로 대부분의 용접 작업에서는 용접부 가장자리에서 일정 거리를 두고 온도를 모니터링하는 것으로 충분합니다. 온도 값을 모니터링하거나 측정할 때 용접 홈이 오염되지 않도록 주의해야 합니다.
온도 표시기
이러한 펜이나 연필 모양의 도구는 특정 온도에서 녹으며, 예열 과정에서 도달해야 할 최소 온도, 즉 펜이 녹는 온도를 쉽고 경제적으로 측정하는 데 사용할 수 있습니다. 단점은 공작물 온도가 펜의 녹는점보다 높으면 작동하지 않는다는 것입니다. 공작물 온도가 너무 높을 경우에는 녹는점이 다른 여러 개의 펜이 필요합니다.
전자식 온도 모니터링
예열 및 용접 작업에는 접촉식 고온계 또는 직접 판독 열전대(아날로그 또는 디지털 판독 장치 포함)와 같은 직접 측정 장치를 사용할 수 있습니다. 모든 측정 장치는 교정되거나 온도 범위를 측정할 수 있는 능력을 검증하는 방법을 갖추어야 합니다. 열전대는 지속적으로 데이터를 모니터링하고 저장할 수 있으므로 예열 또는 용접 후 열처리(PWHT) 작업 시 곡선 기록기 또는 데이터 수집 시스템과 함께 사용할 수 있습니다. AWS D10.10에서는 다양한 열전대 배치 방식과 예시를 제공합니다.
"자체 개발" 모니터링
수십 년 동안 예열 온도가 적절한지 판단하기 위해 여러 가지 "자체 개발" 방법이 사용되어 왔습니다. 그중 하나는 물론 작업물에 침이나 연기액을 직접 뿌리는 것입니다. 침이 튕겨 나가는 "딱" 소리가 온도를 나타내는 지표가 됩니다. 정확도는 떨어지지만 많은 "베테랑" 장인들이 이 방법을 사용합니다.
예열 온도를 측정하는 또 다른 보다 정확한 방법은 아세틸렌 토치를 사용하는 것입니다. 불꽃을 높은 탄화 상태로 조절하면 예열할 부분에 그을음 층이 생깁니다. 그런 다음 토치의 연기 발생량을 중간으로 조절하여 그을음 부분을 가열합니다. 그을음이 사라지면 표면 온도가 200°C(400°F) 이상에 도달할 수 있습니다.
용접 대상물과 용접 부위 전체 두께에 걸쳐 예열 온도가 도달하는지 확인하십시오. 대부분의 경우 모니터링은 용접 대상물의 외부 표면에서만 이루어집니다. AWS D10.10 권장 실무 지침은 소킹 영역에 대한 유용한 가이드라인을 제공하며, 파이프 대 파이프 용접 시 용접 대상물의 전체 두께를 가열하도록 요구합니다.
예열 과정에서 특히 저항 가열이나 유도 가열 방식을 사용할 경우, 예열 대상 금속이 과열되지 않도록 주의 깊게 관찰해야 합니다. 현재 많은 운송업체에서는 과열을 감지하고 방지하기 위해 각 저항 가열판 또는 유도 코일 어셈블리 아래에 열전대를 설치하도록 요구하고 있습니다.
요약
예열이 필요한지 여부 및 예열 방법에 관계없이 예열은 다음과 같은 이점을 제공합니다. 용접부와 인접한 모재의 수축 응력을 감소시켜, 특히 구속 조건이 높은 용접부에 효과적입니다. 임계 온도 범위에서 공작물의 냉각 속도를 늦춰 과도한 경화를 방지하고 용접부 및 열영향부의 연화를 줄입니다. 200°C(400°F) 온도 범위를 통과할 때 공작물의 냉각 속도를 늦춰 용접부와 인접한 모재에서 수소가 확산될 시간을 충분히 확보하여 수소 균열을 방지합니다. 오염 물질을 제거합니다. 예열 시에는 용접부 전체 두께를 지정된 예열 온도로 균일하게 가열하는 것이 가장 좋습니다. 과도한 국부 가열은 재료 손상을 유발할 수 있으므로 피해야 합니다.
게시 시간: 2024년 11월 4일