Proces tepelného zpracování po svařování

Svařování je účinná metoda výroby pevných kovových konstrukcí. Jeho extrémní teploty však mohou v kovech vyvolat i vnitřní napětí a mikrostrukturální změny, které vedou k potenciálním skrytým vnitřním napětím nebo změnám mikrostruktury.

PWHT (tepelné zpracování po svařování) může tyto účinky zmírnit, čímž se zlepší výkon a prodlouží životnost součásti. Proces PWHT společnosti Team, který zahrnuje postupy od tepelného roztažení až po žíhání v roztoku, snižuje vnitřní pnutí a zároveň zlepšuje strukturální integritu tak, aby byly splněny průmyslové normy.

Žíhání

Jelikož svařování zahrnuje rychlé zahřívání a ochlazování materiálů, mohou vzniknout vysoké teplotní gradienty, které vedou ke deformaci nebo oslabení konstrukcí. Tepelné zpracování po svařování pomáhá tyto účinky zmírnit tím, že snižuje zbytkové napětí a zlepšuje mechanické vlastnosti svařovaných součástí.

PWHT (Precision Welded Heat Treating) je proces, při kterém se části svařovaných konstrukcí po delší dobu zahřívají na zvýšené teploty a následně se v této teplotě udržují, aby došlo k roztažení a přerozdělení materiálu, čímž se odstraní nežádoucí napětí, která by jinak mohla vést ke křehkosti, praskání nebo jiným typům porušení při dynamickém zatížení.

Různé kovy vyžadují pro dosažení optimálních výsledků specifická tepelná zpracování po svařování, a proto je výběr správné metody zásadní. Potrubí obvykle vyžaduje speciální techniky, jako je normalizace a odstraňování napětí, aby se minimalizovalo praskání způsobené vodíkem, k němuž dochází pod zemí nebo na moři, a zajistila se tak bezpečnost a spolehlivost v podzemních i mořských podmínkách. Těžká technika musí často odolávat intenzivnímu namáhání; pro lepší odolnost proti únavě materiálu a opotřebení mohou metody jako popouštění zvýšit houževnatost a tažnost svařovaných součástí, aby lépe odolávaly únavě a opotřebení.

Normalizace

Normalizační tepelné zpracování (NHT) snižuje tvrdost a zároveň zvyšuje tažnost a houževnatost; navíc sjednocuje mikrostrukturu a zjemňuje zrno, což usnadňuje následné obrábění a tváření a zabraňuje vzniku trhlin způsobených vodíkem (HIC).

Po svařování může u kovů, jako je uhlíková a legovaná ocel, dojít k rychlému ochlazení, které mění jejich mikrostrukturu, což vede ke koncentracím napětí, deformacím nebo praskání – proto je tepelné zpracování po svařování (PWHT) tak nezbytné u velkých konstrukcí nebo potrubí vystavených opakovaným zatěžovacím cyklům.

Normalizace spočívá v pečlivém zahřátí svařovaného kovu na teplotu mezi teplotou rekrystalizace a teplotou tání, přičemž se původní austenitová zrna nahrazují jemnější bainitovou strukturou s rozptýlenými feritovými zrny, rozptýlenými cementitovými vměstky na hranicích zrn a atomovou migrací ke snížení anizotropie mikrostruktury, čímž se dosáhne rovnoměrnějšího rozložení složek slitiny a tím i žádoucích výsledků normalizace.

Odstraňování stresu

Odstranění vnitřního pnutí je osvědčenou technikou pro uvolnění vnitřního zbytkového pnutí způsobeného svařováním. Metoda PWHT spočívá v ohřátí materiálu na vysokou teplotu a jeho následném pomalém ochlazování, což umožňuje jeho rovnoměrné roztahování a smršťování a tím uvolnění napětí v jeho struktuře. To je obzvláště důležité při práci s díly, které mají být dále zpracovávány, například frézováním na CNC strojích.

Žíhání pro odstranění zbytkového napětí výrazně snižuje zbytkové tahové napětí, avšak ne na nulu; proto by se tyto procesy měly vždy provádět před jakýmkoli obráběním, aby se zabránilo rozměrovým změnám a poruchám. Zabraňuje také difuzi zachyceného vodíku do svarů, což by jinak mohlo vést ke křehnutí a trhlinám způsobeným vodíkem, což činí tuto metodu obzvláště důležitou v případě vystavení podzemnímu nebo podvodnímu prostředí či u těžké techniky, která musí odolávat únavě materiálu a dalším faktorům; často se při této metodě využívá indukční ohřev, který tento proces značně urychluje.

Temperování

PWHT může zmírnit zbytková napětí způsobená svařováním, která přispívají k praskání vyvolanému vodíkem a k koroznímu namáhání, čímž snižuje riziko poruchy a zvyšuje výkonnost.

Temperování je proces, při kterém se svařovaný materiál zahřeje na přesnou teplotu a poté se pomalu ochladí, čímž se uvolní vnitřní pnutí a zároveň se sníží nebo zcela odstraní zbytkové pnutí v oblasti svaru, aniž by došlo ke snížení pevnosti.

Lokální tepelné zpracování po svařování lze provádět pomocí různých technik, jako jsou kyslíko-plynové plameny, odporové topné prvky nebo ohřev v peci. Pro zajištění rovnoměrného ohřevu v celém dílu je rovnoměrnost zásadní – nerovnoměrný ohřev může vést k tepelným gradientům, které by mohly způsobit vznik dalších zbytkových napětí nebo deformací.

Správné tepelné zpracování po svařování je klíčové pro zajištění dlouhodobé pevnosti a spolehlivosti. Je-li prováděno správně, může tepelné zpracování po svařování zlepšit pevnost v tahu, tečení a houževnatost v zářezu a také zabránit křehkému lomu a vodíkové křehkosti; je-li však prováděno nesprávně, může vést k poruchám svarů, snížení únosnosti a také ke snížení tažnosti a odolnosti proti korozi.