PWHT(Post Weld Heat Treatment, 용접 후 열처리)의 목적과 중요성

 

 **PWHT(Post Weld Heat Treatment, 용접 후 열처리)**는 용접 후 금속 부품을 일정 온도로 가열하고 서서히 냉각하는 과정으로, 용접 부위에서 발생할 수 있는 응력과 변형을 최소화하고 금속의 기계적 특성을 개선하는 데 중요한 역할을 합니다. 용접이란 두 개 이상의 금속 부품을 열을 이용해 연결하는 과정입니다. 이 과정에서 금속의 일부분이 녹아 연결되는데, 용접이 이루어지면 금속은 급격한 온도 변화에 의해 응력이 발생하게 됩니다. 이 응력은 금속을 변형시키고 심한 경우 파손을 초래할 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 PWHT가 필요합니다.

 

* PWHT의 목적과 필요성

PWHT는 용접이 완료된 후 금속의 기계적 특성을 조절하고, 용접으로 인해 발생한 불균형한 응력과 변형을 해소하는 중요한 과정입니다. 구체적인 목적은 다음과 같습니다:

1. 응력 해소 용접 후 금속은 온도 차이에 의해 응력이 발생합니다. 용접 부위는 고온에서 빠르게 식게 되므로, 이로 인해 내부 응력이 축적되어 금속이 휘어지거나 파손될 수 있습니다. PWHT는 이러한 응력을 해소하여 금속의 변형을 줄이고, 후속 가공 시 발생할 수 있는 문제를 예방하는 데 중요한 역할을 합니다.
2. 기계적 특성 개선 용접 후 금속 부위는 종종 과도한 경도를 가지며, 이는 금속을 취약하게 만들어 부서지기 쉽게 만듭니다. PWHT는 이 경도를 감소시켜 금속의 인성을 향상시킵니다. 인성은 금속이 충격이나 변형에 얼마나 저항할 수 있는지를 나타내며, 충격이나 하중을 견딜 수 있는 내구성을 높입니다.
3. 미세 구조의 안정화 용접 시 금속은 급격히 가열되고 냉각되기 때문에 금속 내 미세 구조가 불균형하게 형성될 수 있습니다. 이로 인해 금속의 기계적 특성이 저하되거나 부식에 취약해질 수 있습니다. PWHT는 미세 구조를 안정화시키고 금속의 강도와 내구성을 개선하여 부식에 대한 저항성을 높이는 데 도움을 줍니다.
4. 부식 저항성 향상 고온에서 냉각되는 과정에서 금속의 미세 구조가 안정화되어 부식성 미세 구조가 개선됩니다. 이로 인해 금속은 부식에 강해지고, 내식성이 향상됩니다. PWHT는 이 과정을 통해 금속의 내식성을 높여, 보다 오랜 기간 동안 안정적인 성능을 유지하도록 돕습니다.

* PWHT의 과정

PWHT는 여러 단계를 통해 진행됩니다. 각 단계는 금속의 특성에 맞춰 조절되어야 하며, 이를 통해 최대한 효과적으로 금속의 기계적 특성을 개선할 수 있습니다. 일반적인 PWHT의 과정은 다음과 같습니다:

1. 예열(Preheating) 예열은 용접 전 금속을 일정 온도로 가열하는 과정입니다. 예열은 금속이 급격히 식지 않도록 도와주며, 열 충격을 줄이고 금속 내 균일한 열 분포를 유지하도록 돕습니다. 또한, 용접 시 금속이 열응력을 받지 않도록 예방하는 역할을 합니다. 예열은 특히 고합금 금속에 중요하며, 금속의 특성에 따라 적정 온도를 설정해야 합니다.
2. 용접 후 가열(Heating After Welding) 용접이 끝난 후에는 금속을 일정 온도로 가열합니다. 이때의 온도는 금속의 종류와 두께에 따라 달라지지만, 일반적으로 600도에서 700도 섭씨 범위 내에서 진행됩니다. 이 온도에서 금속을 일정 시간 동안 가열하여, 용접 부위의 불균형한 응력을 해소하고 금속을 안정화시킵니다.
3. 온도 유지(Holding Time) 금속이 목표 온도에 도달한 후에는 일정 시간 동안 그 온도를 유지합니다. 이 시간을 통해 금속 내 미세 구조가 안정화되고, 응력이 해소됩니다. 온도 유지 시간은 금속의 종류, 두께, 그리고 용접 조건에 따라 달라지며, 일반적으로 1시간에서 2시간 정도 유지됩니다. 이 과정을 통해 금속의 특성을 개선하고, 후속 가공에 적합한 상태로 만들 수 있습니다.
4. 냉각(Cooling) PWHT의 마지막 단계는 냉각입니다. 금속은 서서히 냉각되어야 하며, 급격한 온도 변화는 다시 응력을 발생시킬 수 있기 때문에 주의해야 합니다. 냉각 속도는 금속의 종류와 두께에 따라 조절되며, 일반적으로 공기 중에서 자연적으로 냉각됩니다.

* PWHT가 필요한 이유

1. 내부 응력 해소 용접 후 금속 내부에는 불균형한 응력이 축적되며, 이는 금속의 변형이나 균열을 유발할 수 있습니다. PWHT는 이러한 응력을 해소하여 금속의 내구성과 강도를 높이고, 부품의 수명을 연장시킬 수 있습니다.
2. 기계적 특성 향상 금속의 경도나 강도는 용접 후 불균형하게 형성되기 때문에, PWHT를 통해 이를 조절하여 원하는 기계적 특성을 얻을 수 있습니다. 이를 통해 부품의 인성을 높이고 충격에 대한 저항을 개선할 수 있습니다.
3. 부식 저항성 강화 PWHT는 금속의 미세 구조를 안정화시키고, 부식에 대한 저항성을 높이는 데 중요한 역할을 합니다. 이는 금속이 다양한 환경에서도 오랜 기간 동안 안정적으로 기능할 수 있게 합니다.
4. 후속 가공을 위한 준비 용접 후 금속은 기계적 특성상 가공이 어려운 상태일 수 있습니다. PWHT를 통해 금속의 물리적 특성을 개선하면, 후속 가공이 더 용이해집니다. 기계 가공이나 표면 처리와 같은 후속 작업을 효율적으로 진행할 수 있게 됩니다.

* 열처리의 종류와 적용 예시

1. 풀림(Annealing): 금속을 고온에서 일정 시간 유지한 후 서서히 냉각하는 방법으로, 내부 응력을 제거하고 연성을 증가시킵니다. 일반적으로 기계적 특성 개선을 위해 사용됩니다.
2. 템퍼링(Tempering): 경화된 금속을 다시 가열하여 경도를 조절하고, 인성과 연성을 부여하는 방법입니다. 경화된 강철이나 합금에 적용됩니다.
3. 노멀라이징(Normalizing): 금속을 고온으로 가열한 후 공기 중에서 냉각하여 균일한 미세 구조를 형성하는 방법입니다. 이는 금속의 조직을 균일하게 만들어 강도를 높이는 데 효과적입니다.

적용 예시:
일반적인 구조용 강철의 경우, 용접 후 약 600도에서 700도 섭씨로 풀림을 진행하며, 이 과정에서 금속의 경도를 조절하고, 충격 저항성을 향상시킬 수 있습니다. 템퍼링을 통해 강철의 경도를 낮추고 연성을 증가시키는 방법도 있습니다.