PWHT – tepelné zpracování po svařování

Tepelné zpracování po svařování je proces, jehož cílem je minimalizovat a přerozdělit zbytková napětí vzniklá během svařování, která by mohla zvýšit náchylnost k praskání způsobenému vodíkem nebo způsobit jiné formy porušení materiálu.

PWHT se obvykle provádí pomocí indukčního ohřevu. Indukční ohřev využívá vysokofrekvenční střídavý elektrický proud k vytváření magnetických polí a vířivých proudů pro ohřev kovu, podobně jako u PWHT, avšak rychleji.

Žíhání

Žíhání je jedním z nejúčinnějších tepelných úprav používaných v procesech po svařování a spočívá v ohřátí určité oblasti na specifickou teplotu po stanovenou dobu a jejím následném postupném ochlazování. Žíhání pomáhá uvolnit napětí v materiálech a zároveň jim umožňuje rovnoměrnější roztažnost a smršťování v průběhu času.

Žíhání přispívá ke zlepšení fyzikálních vlastností tepelně ovlivněných zón (HAZ) svaru. Při svařování dochází k vysrážení určitých prvků ze slitiny, jako jsou karbidy, což způsobuje, že se HAZ stává křehčí a náchylnější ke korozi; žíhání však může tento účinek zmírnit a zvýšit strukturální integritu HAZ svaru.

Technologie PWHT může výrazně snížit riziko vzniku trhlin ve svarech způsobených vodíkem a zabránit také jiným druhům trhlin, jako jsou trhliny způsobené torzním namáháním nebo cyklickým namáháním. Kromě toho technologie PWHT usnadňuje případné opravy či výměnu a zvyšuje celkovou efektivitu výroby.

Při provádění procesu PWHT je zásadní použít vhodné metody ohřevu a ochlazování, aby bylo dosaženo co nejlepších výsledků. Zejména by ohřev měl být dostatečný k zvýšení teploty v oblasti svaru, zatímco rychlost ochlazování nesmí způsobovat další tepelně indukované napětí. Izolační materiály mohou pomoci udržet teplotu svaru rovnoměrnou i během procesu PWHT.

Normalizace

Normalizace je metoda sloužící k uvolnění vnitřních pnutí a ke zvýšení tažnosti svarů. Dosahuje se toho postupným zvyšováním teploty a následným postupným ochlazováním – tím se zabraňuje deformacím, kroucení a narušení strukturální integrity tlakových zařízení díky zajištění rovnoměrné rychlosti ochlazování v celém objemu. Normalizace navíc umožňuje materiálu ochlazovat se rovnoměrným tempem, čímž se snižuje riziko vzniku trhlin.

Normalizace spočívá v přivedení složek slitiny do homogennějšího a izotropnějšího stavu, což přispívá ke snížení lokálních odchylek ve vlastnostech, které ovlivňují celkovou pevnost a trvanlivost svarů, zatímco přerozdělení atomů během tepelného zpracování omezuje vznik trhlin způsobených vodíkem ve svarech.

Požadavky na tepelné zpracování po svařování (PWHT) závisí na chemickém složení a tloušťce svařovaného materiálu. PWHT může být předepsáno normami pro kritické součásti potrubí nebo tlakových nádob; navíc může jeho použití prodloužit životnost snížením náchylnosti ke korozi.

PWHT lze provádět na různých materiálech a slitinách, včetně ocelí s nízkým i vysokým obsahem uhlíku. V závislosti na materiálu a zamýšleném použití může PWHT přispět k uvolnění zbytkových napětí, k temperování svarů, ke snížení obsahu vodíku a ke zvýšení pevnosti v tahu, odolnosti proti tečení a lomové houževnatosti svarů.

Úleva od stresu

Odstranění zbytkového napětí pomocí PWHT (neboli tepelné zpracování po svařování, zkráceně PWHT) je doplňkový proces tepelného zpracování, který se používá k odstranění zbytkového napětí ve svařovaných kovových součástech. K dosažení tohoto cíle zahrnuje tento proces dlouhodobé zahřívání kovu pod jeho teplotní rozsah fázové transformace a následné pomalé ochlazování – tím se snižuje tvrdost a zároveň zvyšuje pružnost a zlepšuje tažnost; materiál je tak méně náchylný k praskání a zároveň se snižuje riziko vzniku korozního praskání pod napětím v důsledku drsných nebo kyselých podmínek okolního prostředí.

Zkoušky zbytkového napětí po svařování (PWHT) mohou být předepsány svařovacími normami a konstrukčními normami pro tlakové nádoby a potrubí, jelikož kumulativní zatížení může překročit mezní hodnoty materiálu stanovené při návrhu, což může vést k poruše svaru, poškození konstrukce a zranění osob.

Odstranění pnutí má navíc tu výhodu, že pomáhá předcházet praskání způsobenému vodíkem (HIC), které je vyvoláno vysokými koncentracemi vodíku v okolí pronikajícími do svařovaných materiálů během svařovacích procesů. HIC lze zabránit zahřátím materiálů bezprostředně po svařování, čímž se vodík vytlačí z oblasti svaru dříve, než způsobí HIC. Z tohoto důvodu se takovéto tepelné ošetření po svařování (PWHT) obvykle používá u dlouhých součástí, jako jsou trubky nebo uzavírací svary tlakových nádob.

Chlazení

Při mnoha svařovacích procesech vzniká během svařování vodík, který je třeba odvést ze svařovaného kovu a zóny ovlivněné teplem (HAZ), aby se zabránilo vzniku trhlin způsobených vodíkem (HIC). Obvykle to zahrnuje zvýšení teploty až na její maximální hodnotu a následné pomalé snižování, avšak aby tento postup fungoval účinně, je nutné přijmout i další opatření, jako je udržování správných teplot předehřevu a mezišvových teplot.

Touto metodou lze snížit zbytkové napětí ve svarovém kovu na přijatelnou úroveň, i když nedochází k úplnému odstranění stávajících tahových zbytkových napětí.

Běžná praxe vyžaduje, aby byl materiál udržován při své nejvyšší teplotě po odpovídající dobu, která závisí na jeho tloušťce a druhu. Čím déle tato fáze trvá, tím nižší jsou úrovně zbytkového napětí.

Normalizace je další účinná technika ke snížení tvrdosti svaru, která je obzvláště užitečná u materiálů vystavených vysokému obsahu soli a povětrnostním vlivům, neboť pomáhá omezit deformaci jejich struktury. Tento postup spočívá v ohřátí materiálu na jeho maximální teplotu a následném pomalém ochlazení – to zároveň umožňuje odstranit případný přebytek vodíku, který se mohl nahromadit, a tím zabránit vzniku HIC.