용접 잔류응력은 용접으로 인해 용접부의 온도분포가 불균일해지고, 용접금속의 열팽창 및 수축 등으로 인해 발생하므로 용접구조와 함께 불가피하게 잔류응력이 발생하게 됩니다.
잔류응력을 제거하는 가장 일반적인 방법은 고온 템퍼링입니다. 즉, 용접부를 일정 온도까지 가열한 후 열처리로에서 일정 시간 유지하여 고온에서 재료의 항복 한계를 낮추어 내부 응력이 높은 곳에서 소성 유동이 발생하고, 탄성 변형이 점차 감소하고 소성 변형이 점차 증가하여 응력이 감소합니다.
1. 열처리 방법의 선정
용접 후 열처리가 금속의 인장 강도와 크립 한계에 미치는 영향은 열처리의 온도와 유지 시간과 관련이 있습니다. 용접 후 열처리가 용접 금속의 충격 인성에 미치는 영향은 강철 등급에 따라 다릅니다.
용접 후 열처리는 일반적으로 단일 고온 템퍼링 또는 노멀라이징과 고온 템퍼링을 채택합니다. 가스 용접 조인트의 경우 노멀라이징과 고온 템퍼링을 사용합니다. 이는 가스 용접 이음매와 열 영향부의 입자가 거칠고 입자를 미세화해야 하기 때문에 노멀라이징을 사용합니다.
그러나 단일 정규화로는 잔류응력을 제거할 수 없으므로 고온 템퍼링으로 응력을 제거해야 합니다. 단일 중온 템퍼링은 현장에서 조립된 대형 일반 저탄소강 용기의 조립 및 용접에만 적합하며, 그 목적은 잔류응력을 부분적으로 제거하고 수소를 제거하는 것입니다.
대부분의 경우, 단일 고온 템퍼링을 사용합니다. 열처리의 가열 및 냉각은 너무 빠르지 않아야 하며, 내벽과 외벽은 균일해야 합니다.
2. 압력용기의 열처리 방법
압력 용기에 사용되는 열처리 방법에는 두 가지 유형이 있습니다. 하나는 기계적 특성을 개선하기 위한 열처리이고, 다른 하나는 용접 후 열처리(PWHT)입니다. 광범위하게 말하면, 용접 후 열처리는 작업물이 용접된 후 용접 영역 또는 용접 구성 요소의 열처리입니다.
구체적인 내용으로는 응력 제거 어닐링, 완전 어닐링, 고체 용해, 정규화, 정규화 및 템퍼링, 템퍼링, 저온 응력 제거, 석출 열처리 등이 있습니다.
좁은 의미에서, 용접 후 열처리는 응력 제거 어닐링만을 의미하는데, 즉 용접 구역의 성능을 개선하고 용접 잔류 응력의 유해한 영향을 없애기 위해 용접 구역과 관련 부품을 금속 상 전이 2의 온도점 아래로 균일하고 완전히 가열한 다음 균일하게 냉각하는 과정입니다. 많은 경우 논의된 용접 후 열처리는 본질적으로 용접 후 응력 제거 열처리입니다.
3. 용접후 열처리의 목적
1) 용접 잔류응력을 완화합니다.
2) 구조물의 모양과 크기를 안정시키고 왜곡을 줄입니다.
3) 다음을 포함하여 기본 금속 및 용접 조인트의 성능을 개선합니다.
a. 용접금속의 가소성을 향상시킵니다.
b. 열영향부의 경도를 낮추세요.
c. 파괴인성을 향상시킵니다.
d. 피로 강도를 향상시킵니다.
e. 냉간 성형으로 감소된 항복 강도를 회복하거나 증가시킵니다.
4) 응력부식 저항능력을 향상시킵니다.
5) 지연균열의 발생을 방지하기 위해 용접금속 내의 유해가스, 특히 수소를 더욱 방출시킨다.
4. PWHT의 필요성 판단
압력용기의 용접 후 열처리 필요성은 설계 시 명확하게 지정되어야 하며, 현재 압력용기의 설계 사양에서는 이를 요구하고 있습니다.
용접 압력 용기에는 용접 부위에 큰 잔류 응력이 있으며, 잔류 응력은 특정 조건에서 부정적인 영향을 미칩니다. 잔류 응력이 용접부의 수소와 결합하면 열 영향 구역의 경화를 촉진하여 냉간 및 지연 균열이 발생합니다.
용접부의 잔류 정적 응력 또는 하중 작업의 동적 하중 응력이 매체의 부식 효과와 결합되면 균열과 같은 부식, 즉 소위 응력 부식이 발생할 수 있습니다. 용접 잔류 응력과 용접으로 인한 모재의 경화는 응력 부식 균열의 중요한 요소입니다.
연구 결과에 따르면 금속 재료에 대한 변형 및 잔류 응력의 주요 효과는 금속을 균일 부식에서 국부 부식, 즉 입계 부식 또는 입계 부식으로 바꾸는 것입니다. 물론, 금속의 부식 균열과 입계 부식은 모두 해당 금속에 대한 특정 특성을 가진 매체에서 발생합니다.
잔류응력이 존재하는 경우 부식성 매질의 성분, 농도, 온도에 따라 달라지며, 모재와 용접부의 성분, 조직, 표면상태, 응력상태 등의 차이에 따라 달라지므로 부식 손상의 성격이 달라질 수 있습니다.
용접된 압력 용기가 용접 후 열처리를 받아야 하는지 여부는 용기의 용도와 크기(특히 벽판의 두께), 사용된 재료의 특성 및 작업 조건을 종합적으로 고려하여 결정해야 합니다. 다음 상황 중 하나에서는 용접 후 열처리를 고려해야 합니다.
1) 저온에서 작업 시 취성파괴의 위험이 있는 두꺼운 벽의 용기, 큰 하중과 교대로 하중을 받는 용기 등 사용 조건이 열악한 경우
2). 두께가 일정 한계를 초과하는 용접 압력 용기. 보일러, 석유화학 압력 용기 등 특수 규정 및 사양이 있는 용기 포함.
3) 치수 안정성이 높은 압력 용기.
4) 경화되기 쉬운 강철로 만든 용기.
5) 응력부식균열 위험이 있는 압력 용기.
6). 특별규정, 규격 및 도면에 명시된 기타 압력용기.
강철 용접 압력 용기에서는 항복점까지의 잔류 응력이 용접부 근처 영역에서 발생합니다. 이 응력의 발생은 오스테나이트와 혼합된 구조의 변형과 관련이 있습니다. 많은 연구자들은 용접 후 잔류 응력을 제거하기 위해 650도의 템퍼링이 강철 용접 압력 용기에 좋은 영향을 미칠 수 있다고 지적했습니다.
동시에, 용접 후 적절한 열처리 없이는 항상 내식성 용접 접합부를 얻을 수 없다고 믿어집니다.
일반적으로 응력 완화 열처리는 용접 작업물을 500-650도까지 가열한 다음 천천히 냉각하는 공정이라고 믿어집니다. 응력 감소는 탄소강의 경우 450도에서 시작하고 몰리브덴 함유 강의 경우 550도에서 시작하는 고온에서의 크립 때문입니다.
온도가 높을수록 응력을 완화하는 것이 더 쉽습니다. 그러나 강철의 원래 템퍼링 온도를 초과하면 강철의 강도가 감소합니다. 따라서 응력 완화의 열처리는 온도와 시간이라는 두 가지 요소를 마스터해야 하며 이는 필수적입니다.
그러나 용접부의 내부 응력에는 인장 응력과 압축 응력이 항상 수반되고 응력과 탄성 변형이 동시에 존재합니다. 강의 온도가 상승하면 항복 강도가 감소하고 원래 탄성 변형은 소성 변형이 되는데, 이것이 응력 완화입니다.
가열 온도가 높을수록 내부 응력이 충분히 해소됩니다. 그러나 온도가 너무 높으면 강철 표면이 심각하게 산화됩니다. 또한 담금질 및 템퍼링 강철의 PWHT 온도의 경우 원칙적으로 강철의 원래 템퍼링 온도를 초과해서는 안 되며 일반적으로 강철의 원래 템퍼링 온도보다 약 30도 낮습니다. 그렇지 않으면 재료가 담금질 및 템퍼링 효과를 잃고 강도 및 파괴 인성이 감소합니다. 열처리 작업자는 이 점에 특별히 주의해야 합니다.
내부 응력을 제거하기 위한 용접 후 열처리 온도가 높을수록 강의 연화 정도가 커집니다. 일반적으로 내부 응력은 강의 재결정 온도까지 가열하여 제거할 수 있습니다. 재결정 온도는 용융 온도와 밀접한 관련이 있습니다.
일반적으로 재결정 온도는 K=0.4×용융 온도(K)입니다. 열처리 온도가 재결정 온도에 가까울수록 잔류응력을 제거하는 데 더 효과적입니다.
5. PWHT의 종합적 효과에 대한 고려
용접 후 열처리는 절대적으로 유리하지 않습니다. 일반적으로 용접 후 열처리는 잔류 응력을 완화하는 데 유익하며 응력 부식에 대한 엄격한 요구 사항이 있는 경우에만 수행됩니다.
그러나 시편의 충격인성 시험을 통해 용접 후 열처리는 용착금속과 용접열영향부의 인성에 좋지 않으며, 때로는 용접열영향부의 결정립 조대화 범위 내에서 입계균열이 발생할 수 있음을 알 수 있었다.
또한, PWHT는 응력 완화를 달성하기 위해 고온에서 재료 강도의 감소에 의존합니다. 따라서 PWHT 중에 구조는 강성을 잃을 수 있습니다. 전체 또는 부분 PWHT의 구조의 경우 열처리 전에 고온에서의 용접을 고려해야 합니다. 지지력.
따라서 용접 후 열처리를 할지 여부를 고려할 때 열처리의 장단점을 종합적으로 비교해야 합니다. 구조적 성능의 관점에서 성능을 향상시키는 측면이 있고 성능을 저하시키는 측면이 있습니다. 두 측면을 종합적으로 고려하여 합리적인 판단을 내려야 합니다.
