T8/5 method for PWHT

T8/5는 weld seam이나 HAZ (Heat Affected Zone)에서 800도로부터 500도로 냉각하기 위해 걸리는 시간으로 정의된다. 이 시간은 steel내의 조직변화가 일어나는 가장 중요한 시기이다.

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만약 냉각시간이 너무 짧으면 steel의 기계적 물성에 부정적 영향을 줄 수 있고, 반면 너무 길게 되면 hardness가 줄어들게 된다.

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welding동안 high peak temperature를 피하기 위해 power source를 control한다. 그래서 완벽한 용접결과를 얻기 위해 적절한 preheating시간과 cooling 시간을 결정해야 한다.

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다양한 목적에 사용되는 steel은 grade에 따라 strength, ductility, hardness, toughness, corrosion resistance 등 여러 특성이 다르게 나타난다. steel은 하나의 solid state가 아니라 몇개의 solid-state phase를 갖고 있으며, 이들은 결정 격자위에 다른 원자 분포를 갖고 있어서 이로 인해 결정격자의 변형 및 다른 기계적 성질을 보여주게 된다.

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특정 온도의 가열이나 냉각과정에서 melting point이하의 온도에서 하나의 phase에서 다른 phase로의 변형이 일어나며 welding이 가열과 냉각 cycle의 주요한 예이다.

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용접 온도는 weld arc passage시에 급격히 올라가지만 arc가 passing되면 냉각이 진행되고 냉각은 가열단계보다 훨씬 길다.

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즉, 용접시 이러한 변형의 결과를 결정하는 가장 중요한 factor가 냉각속도이며, 용접의 단단함 (toughness나 hardness)은 용접후 냉각을 얼마나 빨리 진행하느냐에 달려 있다. 냉각속도를 정량화하기 위해 두 온도사이에서 냉각하는데 걸리는 시간의 개념을 사용하며 실무에서는 800도와 500도 사이의 냉각시간을 가장 많이 사용하며 t8/5로 표현을 한다.

 

The effect of the t8/5 cooling time for the tested thermal cycles

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steel grade에 따라 냉각속도에 특별한 요구조건이 있을 수 있으며 주로 용접성와 긴밀한 관련이 있으며 따라서 냉각속도를 적절히 유지하는 것이 용접시 매우 중요하다. 너무 빨리 진행되면 hard, brittle microstructural phase를 야기하여 ductility가 줄어들게 된다. 아울러 weld metal내에 수소가 갖히게 되어 용접이 끝난 후 대기온도에서 crack이 일어날 수 있다. (hydrogen induced cracking or cold cracking)

 

Geometry used for numerical modelling of hydrogen diffusion in the weld

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그래서 천천히 냉각을 할 경우 weld로부터 H2가 확산되어 cold cracking의 위험성을 줄일 수 있지만 너무 느리게 진행되면 metal의 tensile strength가 줄게 된다.

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용접과정에서의 peak temperature는 melting temperature로 간주될 수 있으며 weld주변 metal의 peak 온도는 melting line으로부터의 거리에 따라 다양하다. weld주변 area는 용접시 초기에 미세조직이 변형된 곳으로 HAZ (Heat Affected Zone)이라고 한다.

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The effect of the peak temperature on the base metal adjacent to the weld. The regions of the heat-affected zone (HAZ) transform differently depending on the maximum temperature reached during welding.

 

 

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