P3-0722분
예열 & PWHT 계산
열처리 온도 결정과 적용
🔵Reviewed — 교차 검증 완료
🔵 Reviewed
예열(Preheat)과 PWHT(Post Weld Heat Treatment, 용접 후 열처리)는 용접부의 건전성을 확보하기 위한 필수 열관리 절차입니다.
예열은 수소 균열 방지와 냉각 속도 조절이 주목적이고, PWHT는 잔류 응력 완화와 경도 저감이 주목적입니다.
🔵 Reviewed
예열 온도 결정 방법
1. 규격 기반 결정
- ASME VIII: Table UCS-56 (탄소강/저합금강 예열 요건)
- ASME B31.3: Table 330.1.1 (배관 예열 요건)
- AWS D1.1: Table 5.8 (구조 강 예열 요건)
2. 탄소 당량(CE) 기반 결정
- CE(IIW) = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15
- CE < 0.41: 예열 불요 (일반적)
- CE 0.41~0.45: 예열 50~100°C
- CE > 0.45: 예열 100~200°C 이상
3. 추가 고려 사항
- 두께: 두꺼울수록 높은 예열 필요
- 환경 온도: 0°C 이하 시 최소 20°C 예열
- 구속도(Restraint): 높은 구속 → 높은 예열
- 수소 레벨: 저수소 용접봉 사용 시 예열 온도 저감 가능
예열 측정은 용접선에서 75mm(3인치) 이상 떨어진 위치에서, 가열면 반대쪽에서 측정하는 것이 원칙입니다. 접촉식 온도계 또는 템플스틱(Tempilstik)을 사용합니다.
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PWHT 조건 결정
ASME VIII Div.1 (UCS-56, Table UCS-56.1)
| P-Number | PWHT 온도 | 최소 유지 시간 |
|---|---|---|
| P-1 (탄소강) | 595~650°C | 두께 25mm당 1시간, 최소 15분 |
| P-4 (1¼Cr-½Mo) | 620~670°C | 두께 25mm당 1시간 |
| P-5A (2¼Cr-1Mo) | 675~730°C | 두께 25mm당 1시간 |
승온/냉각 속도 제한
- 승온: 일반적으로 55~220°C/hr (두께에 따라)
- 냉각: 일반적으로 55~280°C/hr
- 300°C 이하에서는 자연 냉각 가능
PWHT 면제 조건
- P-1: 두께 32mm 이하 + 예열 95°C 이상 시 면제 가능 (ASME VIII)
- 건설 규격과 프로젝트 사양서에서 면제 조건 확인 필수
PWHT는 용접 후 가능한 빨리 실시해야 합니다. 특히 크롬-몰리강(P-4, P-5)에서 PWHT 전에 용접부가 상온으로 냉각되면 지연 균열(Delayed Cracking) 위험이 있습니다. 용접 완료 후 최소 100°C 이상을 유지하면서 PWHT를 진행하세요.
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재질 및 두께 확인
P-Number, 재질 사양(SA-516-70 등), 두께를 확인하고 탄소당량(CE)을 계산합니다. CE 값이 예열 온도 결정의 핵심 입력값입니다.
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예열 온도 결정
CE, 두께, 수소량을 고려하여 최소 예열 온도를 결정합니다. ASME B31.3 Table 330.1.1 또는 AWS D1.1 Table 3.2를 참조합니다.
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PWHT 요건 결정
ASME VIII UCS-56에 따라 PWHT 온도, 유지 시간(두께 25mm당 1시간), 승온/냉각 속도를 설정합니다.
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온도 기록 및 검증
열전대(Thermocouple)로 실시간 온도를 기록하고, PWHT 차트가 규정 조건을 만족하는지 검증합니다.
🟡 Referenced
v1.6 보강 — 재질별 PWHT 권장 범위 (참고용)
아래 표는 국내 실무 권장 범위(용접기술 교재 출처)이며, ASME B31.3 Table 331.1.1 또는 Section VIII의 최소 온도와는 약간 다를 수 있으므로 적용 시 반드시 코드 원문을 확인해야 합니다.
| 재질 (P-No) | 권장 범위 (℃) | ASME B31.3 최소온도 |
|---|---|---|
| Carbon Steel (P-1) | 595~680 | 593℃ (1100°F) |
| C-½Mo (P-3) | 595~720 | 593℃ |
| 1¼Cr-½Mo (P-4) | 620~730 | 650℃ (1200°F) |
| 2¼Cr-1Mo (P-5A) | 705~770 | 677℃ (1250°F) |
| 5Cr-½Mo (P-5B) | 705~770 | 677℃ |
| 9Cr-1Mo / P91 (P-5C) | 730~780 | 732℃ (1350°F) |
| 12Cr / 410 (P-6) | 760~815 | 650℃ 이상 |
| 9% Ni (P-10I, LNG) | 550~585 | 552℃ (1025°F) |
| Q-T 강 | 540~550 | 코드 확인 |
유지 시간은 일반적으로 두께 25mm당 1시간 적용 (ASME UCS-56). 두께 50mm 미만은 최소 15분~1시간.
위 표의 한계와 코드 우선 원칙 위 권장 범위는 한국 용접기술 교재의 일반 데이터이며, 실제 적용 시 반드시 다음을 따르세요: - 압력용기: ASME Section VIII Div.1 Table UCS-56 / UHA-32 / UNF-79의 최소 온도·유지 시간 - 배관: ASME B31.3 Table 331.1.1 (Process Piping) 또는 B31.1(Power Piping) - 2¼Cr-1Mo·9Cr-1Mo: API RP 577, EPRI Cr-Mo Guideline 권장 검토 - 공인된 PQR이 가장 우선 — 시방서·계약 사항 우선 낮은 온도·긴 시간 환산식 R = 200×25/T (가열) / R = 275×25/T (냉각)도 PDF 교재 권장값이며 ASME UW-49는 두께별 가열속도 222℃/hr 이하(2 inch 두께 기준)를 규정합니다.
🟢 Verified
예열·PWHT 계산 — 실전 예시
예제 1: 탄소당량(CE) 계산 (SA-516 Gr.70)
- 화학 조성: C 0.21·Mn 1.20·Si 0.30·Ni 0.10·Cr 0.05·Mo 0.02·Cu 0.10·V 0.005
- CE(IIW) = 0.21 + 1.20/6 + (0.05+0.02+0.005)/5 + (0.10+0.10)/15
- CE = 0.21 + 0.20 + 0.015 + 0.013 = 0.438
- 판정: 0.41 ≤ CE ≤ 0.45 → 예열 50~100°C 권장
예제 2: PWHT 유지 시간 (P-1 두께 50mm)
- ASME UCS-56: 25mm당 1시간
- 두께 50mm → 2시간 유지
- 가열 속도(UW-49): 50mm 두께에서 ≤ 222 × 25 / 50 = 111°C/hr
- 냉각 속도: ≤ 275 × 25 / 50 = 137°C/hr
- 300°C 이하는 자연 냉각 가능
예제 3: PWHT 면제 조건 (P-1)
- 두께 32mm 이하 + 예열 95°C 이상 + 탄소량 0.30% 이하 → PWHT 면제 가능 (UCS-56 Exception)
- 예외 조건은 운전 환경(저온·SCC·H₂)에 따라 적용 제한
예제 4: 두 모재 다른 PWHT (이종 이음)
- P-1 (PWHT 595~650°C) + P-5A (PWHT 705~770°C)
- 두 범위가 겹치지 않음 → 버터링 후 두 단계 PWHT 또는 Ni계 용가재로 PWHT 회피
시험 단골 함정 4종 1. "탄소당량 CE 0.45는 예열 불요?" → 불요 아님. CE > 0.41은 예열 권장. CE > 0.45는 예열 100°C 이상 + 저수소봉 + 재건조 필수. 2. "PWHT 가열·냉각 속도 ‘222·275 / 25 × T’ 식 — T는 무엇?" → 두께(mm). 두꺼울수록 가열·냉각 속도를 늦춰야 응력 발생 방지. 3. "예열 온도 측정 위치?" → 용접선 75mm(3") 이상 떨어진 가열면 반대쪽. 가열면에서 직접 측정하면 표면만 뜨거워 오류. 4. "PWHT 면제 조건 - 두께 30mm + 예열 80°C 인 경우?" → 면제 불가. UCS-56 면제 조건 95°C 미달. 또한 두께 32mm 초과 시 면제 불가.
맞음0
틀림0
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🎯 학습 확인 퀴즈⚠️ 자체 제작 문항1 / 7
예열(Preheat)의 주요 목적이 아닌 것은?