용접 열영향부 계산기

용접 입열량은 왜 중요한가요?

입열량은 용접 단위 길이당 전달되는 에너지로, 냉각 속도와 용접부 및 열영향부(HAZ)의 미세조직·기계적 물성을 직접 좌우한다. 입열량이 과다하면 결정립 조대화, 인성 저하, 과도한 변형이 발생한다. 너무 적으면 용융 불량과 HAZ의 높은 경도를 초래한다.

탄소당량(CE)은 모재의 경화능과 균열 감수성을 예측한다. IIW 식(CE = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15)은 C > 0.18%인 강에 사용된다. Pcm 식은 저탄소강(C < 0.18%)에 사용된다. CE > 0.45이면 일반적으로 수소 유기 균열 방지를 위한 예열이 필요하다.

예열 온도는 CE, 재료 두께, 수소량, 입열량의 복합 효과로 결정된다. EN 1011-2가 계산 방법을 제공한다. 예열은 냉각 속도를 늦춰 용접부가 150°C(수소가 갇혀 저온 균열을 일으키는 온도) 아래로 식기 전에 수소가 확산되어 빠져나가도록 한다.

Formula: 입열량 (kJ/mm) = (η × V × I × 60) / (용접 속도 × 1000) CE(IIW) = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15 Pcm = C + Si/30 + (Mn+Cu+Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 + 5B

계산 예시

28V, 250A, 용접 속도 300 mm/min, 아크 효율 0.85의 GMAW 용접: 입열량 = (0.85 × 28 × 250 × 60)/(300 × 1000) = 1.19 kJ/mm. C=0.18%, Mn=1.2%인 강의 경우: CE(IIW) = 0.18 + 1.2/6 = 0.38. 예열 불필요(CE < 0.45).

이 계산기를 사용할 때

• 용접 시방서(WPS)를 개발하고 탄소당량 및 재료 두께를 기반으로 예열 온도를 결정해야 할 때
• 용접 품질 문제를 검토할 때 — 입열량이 HAZ 특성 저하를 방지하기 위한 허용 범위 내에 있었는지 확인
• 용접을 위한 새로운 모재를 인증할 때 — 공정 시험 전에 CE를 계산하여 균열 감수성을 평가
• 용접사의 코드 준수를 감사할 때 — 기록된 파라미터가 WPS 인증 범위 내의 입열량을 생산하는지 확인

피해야 할 일반적인 실수

• 잘못된 CE 공식 사용 — IIW 공식은 C>0.18% 강재용, Pcm은 저탄소강용이며; 잘못된 공식을 사용하면 부정확한 예열 권장사항을 제공합니다
• 아크 효율 무시 — GMAW는 ~0.85, SMAW ~0.80, GTAW ~0.65이며; 효율을 생략하면 실제 전달된 열을 과대 평가합니다
• 패스 간 온도를 고려하지 않고 단일 패스 입열 계산을 다중 패스 용접에 적용 — 축적된 열이 냉각 속도와 HAZ 특성을 변경합니다
• 수소 관리 무시 — 올바른 예열이 있어도 비저수소 소모품이나 습한 전극을 사용하면 여전히 저온 균열이 발생할 수 있습니다

결과 해석 방법

• CE (IIW) < 0.40: 낮은 경화능 — 두께가 25 mm를 초과하거나 주위 온도가 5°C 미만이 아닌 한 일반적으로 예열 불필요
• CE (IIW) 0.40-0.60: 보통 경화능 — 예열이 일반적으로 필요하며, 온도는 두께와 수소 수준에 따라 결정
• CE (IIW) > 0.60: 높은 경화능 — 의무적 예열(종종 150-250°C), 엄격한 수소 관리, 용접 후 열처리가 필요할 수 있음
• 균열 위험 '높음' 또는 '매우 높음' — 멈추고 절차를 검토; 용접 전에 추가 주의사항(높은 예열, 저수소 소모품, PWHT)이 필수적입니다

관련 표준 및 참고문헌

• EN 1011-2 — 용접 — 금속 재료 용접을 위한 권장사항 — 페라이트계 강재의 아크 용접
• AWS D1.1 — 구조 용접 코드 — 강재 (섹션 5: 사전 인증 및 예열 요구사항)
• ISO/TR 17671-2 — EN 1011-2 적용에 관한 지침
• ASME BPVC Section IX — 용접, 브레이징 및 퓨징 인증

자주 묻는 질문

최대 입열량을 초과하면 어떤 문제가 생기나요?

과도한 입열은 다음을 유발합니다: (1) HAZ의 결정립 조대화로 인성 저하(Charpy 충격값 크게 하락), (2) 변형과 잔류응력 증가, (3) 물성이 저하된 HAZ 확대, (4) 민감한 합금에서 고온균열 위험, (5) 규격 요건 위반 가능성(AWS D1.1은 사전인정 WPS의 입열을 제한). 퀜칭·템퍼링 강의 경우 과도한 입열은 HAZ를 최소 규정 경도 이하로 연화시킬 수 있습니다.

예열은 언제 필요하며 온도는 어떻게 정하나요?

예열은 CE > 0.45(IIW 식), 소재 두께 > 25 mm, 또는 주위 온도가 5°C 미만일 때 필요합니다. 최소 예열 온도는 CE, 두께, 수소량, 입열량을 바탕으로 EN 1011-2 또는 AWS D1.1 지침에 따라 산출합니다. 일반적인 값: 25 mm 판에서 CE=0.45이면 75°C, 고CE 강은 최대 200°C까지. 예열은 이음부 양쪽으로 최소 75 mm 범위에 균일하게 적용해야 합니다.

t8/5 냉각 시간의 차이와 실용적 의미는 무엇인가요?

t8/5(800°C에서 500°C로 냉각되는 시간)는 HAZ의 미세조직을 결정합니다. 빠른 냉각(짧은 t8/5 < 5초)은 마르텐사이트를 생성 — 경하고 취성이 있으며 균열에 취약합니다. 느린 냉각(긴 t8/5 > 25초)은 페라이트/펄라이트를 생성 — 연하지만 결정립 조대화로 인해 인성이 감소합니다. 최적 범위는 강종에 따라 다르며, 구조용 강재의 경우 일반적으로 8-15초입니다.