PWHT(후열처리)시간 제한에 대하여

오늘은 후열 전체시간에 대한 제한에 대하여 포스팅하도록 하겠습니다.

 

용접을 Shop에서 하거나 Site에서 하다보면 후열처리를 하게 됩니다. 물론 Repair가 나도 동일한 시간의 동일한 온도의 후열처리를 다시 해줘야 합니다.

 

금속은 열에 매우 민감한 녀석이기에, 우리들은 전열 관리도 직후열 관리도 후열관리도 해주고는 합니다. 물론 이런 온도들은 모두 상변태점 이하에서(A1온도) 이하에서 조직의 재 Structuring을 도와 민감도도 낮추고 Hardness도 낮추고 이런 변화를 통해서 용접을 통해서 발생한 Residual Stress를 낮추는 역할을 수행합니다. 그렇다면 우리가 일상적으로 행하고 있는 이런 후열을 몇번이나 계속해도 되는 걸까요? 

 

Repair가 난 부분에 대하여 계속 파고 또 파고 용접하고 후열처리하면서 열을 계속 가해도 되는걸까요? 

실험적인 방법도 많지만 오늘은 이런 부분에 대하여 Code적으로 생각해보도록 하겠습니다. 

 

 

1.ASME Section.I, B31.1,31.3, API650상 제한이 있나요?  

일단 결론부터 이야기 하면 Code나 규격제한은 없습니다.

 

문헌상에 언급은 없지만, Interpretation쪽을 살펴보면 Governing thickness에만 집중하고 있습니다. 재 후열하는 것에 대한 언급은 없습니다. 

 

실제적으로 규제하지도 언급을 하고 있지도 않습니다. 다만, Client Specification에서 요구하는 경우는 규제를 해야합니다. 대표적으로 해양 Spec을 보면 아래와 같은 내용은 DNV Spec상에 나와있기는 합니다. 

 

다만, 일반적으로는 적용할 수 없고 참조하시라고 내용만 아래처럼 공유합니다. 결국에는 DNV Spec도 Client 쪽에서 사용을 강제하는 경우, 사용을 하는 경우므로, 육상이나 해상공히 둘다 해당되는 경우에만 적용을 하셔야 합니다. 

 

DNV-OS-F101 SUBMARINE PIPELINES SYSTEMS (PARAGRAPH G300)

 

후열처리 그래프는 통상의 경우 아래처럼 생겼습니다. Soak, Holding, Cooling 을 합쳐서 하나의 Heating cycle이라고 칭하고 있습니다. 

 

 

통상의 경우는 Repair에 제한이 생길경우, 몇차례 반복해서 차라리 잘라내고, 단관처리하거나 배관이 아닌경우라면 전체 갈아내고 고기량자를 투입해서 다시 Repair하고는 합니다. Storage Tank의 경우에도 Plate를 통째로 가는 것이 빠를 수도 있습니다. 아무래도 Repair를 하면 할 수록 Bead는 안좋아지게 마련이니까요.

 

그럼 Code나 규격상 전혀 제한사항이 없는걸까요? 결론은 그건아니다 입니다. 다음 Chapter에서는 원자력 규격을 살펴보도록 하겠습니다. 

 

2.ASME Sec.III 상 후열제한에 대하여 알아보겠습니다. 

 

공학상에서도 가장 안정성을 추구하여야 하는 ASME Sec.III NB Nuclear Facilicity Components를 살펴보겠습니다. 기본적으로 필요한 곳에 해당하는 요구사항이 있게 마련이라.

 

원자력에서는 해당하는 후열처리에 대한 금속의 변화에 대하여 우려를 하고 있고, 그러한 미세한 변화도 확인하면서 진행하게 되어있습니다. (변태점 아래에서 항상 진행이 됨에도 불구하고) 

 

ASME Sec.III NB상 Ferritic Material 후열처리 조건에는 별도의 실제 Coupon에 대한 실험을 요구하고 있습니다. 기본적인 아이디어는 아래와 같습니다. 

 

"실제로 용접을 수행한(As-welded) 시편에 열처리를 수행하고 Test후 문제가 없는 만큼은 실제로 Production 용접이나 Components에 수행해도 문제없다"는 Mock up test의 개념입니다. 

 

그래서 실제로 용접이 된 Ferritic Steel(API 571에 관련된 정의가 있습니다, Carbon Steel,

많은300 Series Stainless Steel, Low Alloy Steel)에 대한 Test Coupon을 제작하여 열처리를 한다음 그에 대한 125%까지 전체 열처리 시간을 허용하는 요구사항입니다. 

 

관련 Interpretation은 아래와 같습니다. 25%까지만 더할 수 있다고 규정해 놓았습니다. 

1.5배까지 가능하냐고 질의하였는데, 1.25배 까지만 가능하다고 명시해 놓았습니다. 

 

그래서 해당작업은 원래 작업시의 열처리시간+보수할때의 열처리시간(예상)+Safety를 해서. 

(두께는 0.5배에서 1.1배가 Cover가 가능합니다) 

 

30mm가 최대 두께인 P-15E Material의 경우, 이론상 50mm 시편을 제작하면 25mm~55mm까지 cover가 가능하고, 이 경우, 2min × 50mm = 100분이 요구되는데, 보수 2번(200분)에 Safety해서 시뮬레이션은 

통상적으로 8시간으로 합니다. 그렇게 되면 실제 제작품은 그의 1.25배인 10시간의 후열처리가 허용이 됩니다. 열처리 시간이 10시간이 넘어가면 Tensile과 Impact test는 Standard Test requirement를 따르지 못하고 General 을 따라야 하는등의 제약조건이 생기니 통상적으로 10시간의 범위내에서 시편에 대한 후열처리를(Post Weld Heat Treatment) 하고 있습니다. 

 

 

결국에 요약하면, 원자력을 제외한 Components(Process, Chemical, Pressure part)는 후열처리 전체 시간에 대한 제한은 없다. 다만, Client Side에서 질의할 경우는 적절하게 대응을 해야한다. Mock up이나 실험 혹은 Test를 통해 후열에 문제 없음을 보여야 한다 정도로 요약이 될 수 있겠습니다. 

 

긴글 읽어주셔서 감사합니다. 

 

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