오늘은 재열균열 발생이유와 방지하는 방법에 대하여 포스팅하겠습니다.
용접에 관련되어 일하시는 분들이라면 Reheat Crack에 대하여 많이 들어보셨을거라고 생각합니다. 흔히 PWHT(후열)이후에 발생하는 Crack이라고 이해하고 계실텐데요. 후열을 포함하여 공정중이나 후에 용접이나 열처리에서 발생하는 열이 HAZ와 용접부위에 Chrome depletion을 야기하여 강도가 저하되어 Grain Boundary에서 일어나는 결함이라고 이해하시면 될 거 같습니다.
API 571 4.2.19항 Description을 참조하면, Heavy wall section에서 399℃이상의 온도에서 취약한 것으로 보고되어 있으며, Low alloy steel, Cr-Mo-V강, 300series SS 그리고 Nickel base alloy가 특히 취약한 것으로 보고되고 있습니다.
1.Reheat Cracking 의 원인은?
재열균열에 영향을 미치는 주요원인을 살펴보면 아래와 같습니다.
1. 두꺼운 부재의 집중된 Stress 부위
2. 높은 온도에서의 Creep Strength가 부족한 상태에서의 스트레스 집중
3. Carbide 변태에 의한 M3C, M7C3, and M23C6 생성에 의한 Chrome 공동화 현상
위와같은 원인으로 인하여 Low alloy에 응력이 집중되는 부위인 Heavy wall Pipe나 Nozzle weld 부위에 주로 발생한다고 알려져 있습니다.
2.Reheat Cracking 방지대책은?
재열균열 방지대책에 대하여 Case Study를 통해 아래와 같이 알아보도록 하겠습니다.
Prevention 방법은 여러가지가 있겠지만,
1. Heavy Wall 사용이 불가피 할 경우는, 개선의 폭을 넓힌다. 최대 개선각을 크게하여 좁은 HAZ 및 용접 영역에 Stress가 집중되는것을 막는 방법
2. 열관리를 통한 Large Graing Size의 방지. Preheat유지하는 방법이나 직후열, 또는 낮은 온도에서의 기존 후열처리 시간보다 장시간의 열처리, 아래 도표 및 내용은 ASME B31.1 관련내용입니다.
Grain Size 관점에서의 조금 낮은 온도에서의 장기간의 열처리는 Grain Size를 조밀하게 하여 Ductility를 증가시키고 그에 따라, 재열균열에 저항성을 높일 수 있습니다.
3. 용접부위의 원하지 않는 Notch 및 Defect는 스트레스 집중으로 인하여 균열의 가능성이 높아지기 때문에, 표면 Notch 등에 대한 철저한 검사가 필요하겠습니다. 다들 알고계시겠지만 부연설명 하자면 작은 결함의 경우(Discontinuity, Imperfection)의 경우 Propagation 결함의 진행이 어느정도 Threshold를 넘지않으면 일어나지 않기 때문에, 검사의 합격기준이 있고 검사 합격기준이하는 결함이라 부르지 않고(Defect) 불완전 혹은 비연속이라고 부르고 있습니다.
이러한 Notch의 스트레스 집중현상은 Fitup 문제가 비교적 발생하기 쉬운 Long-seam에서 발생하며 Case Study에서 보듯이 주의하여야 사항입니다.
※ 다음 포스팅에서는 Short Crack Methodology에 대하여 다루어 보겠습니다.
4. API 571권고사항으로는 High Temperature에서 행하는 Gleeble Tensile Test를 통해 스크리닝 할 것을 권고하기도 합니다.
Case Study(Low Alloy steel-125mm thickness-SAW-620℃ PWHT)
Vessel의 Shell에 Girth Buttwelding에서 발생한 Reheat Cracking Case입니다.
해당 Crack은 Cladding 후 열처리 하는 과정에서 Crack이 발생한 경우입니다. 후열처리 후 RT, UT 그리고 MT 병행해서 발견되지 않던 Crack이 Cladding후 처리하는 과정에서 Propagation되어 검출된 경우입니다.
해당하는 Crack을 예방하기 위하여 위에서 제시한 방법을 따라서 제작을 해야 할 것으로 보입니다.
1. 재열균열의 경우 SAW welding Flux의 오염으로 인하여 발생한 경우가 있으므로, Flux가 오염되지 않게 관리합니다.
2. Long seam의 Fit-up 요구사항을 일반적으로 요구하는 것보다 높이 관리합니다. Mis-align에 의한 스트레스 레벨의 상승이 있으므로, 해당하는 레벨을 줄이기 위하여 더 정밀한 Fit-up을 수행합니다.
3. 크롬 공동화 현상을 막기위하여 Low Temperature로 후열 및 Cladding 열처리를 수행합니다.
4. SAW welding Flux에 대하여 Fast heating Tensile test를 수행합니다(High temperature Gleeble test)
지금까지 재열균열의 원인 및 경감 방법에 대하여 알아보았습니다.
용접 및 해당 Damage Mechanism을 공부하시는 분들에게 조금이나마 도움이 되었으면 좋겠습니다.
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