Koder for varmebehandling efter svejsning (PWHT)

Nuværende designkoder for rør og trykbeholdere foreskriver, at PWHT kan være nødvendig, hvis materialetykkelsen overstiger en fastlagt tærskel, som typisk bestemmes ved at måle Charpy-energi. Nogle kulstofstål og lavlegerede stål kan undtages, hvis der anvendes en passende forvarmningscyklus.

Svejsninger i stålrør har gennemgået en vurdering af Mohr, der indikerer, at de muligvis ikke kræver PWHT-behandling.

Hvad er ASME PWHT?

Varmebehandling efter svejsning (PWHT) er en stadig mere populær teknik til at mindske svejserestspændinger i trykbeholdere og rørudstyr, ofte specificeret i koden som påkrævet for svejsninger af kulstofstål med tykkelsestærskler over visse tykkelsestærskler for at mindske deres tilbøjelighed til revnedannelse og sprødbrud. Desværre er det nogle gange upraktisk eller dyrt at udføre PWHT på store dele på grund af fjerntliggende placeringer eller stor komponentvægt, og derfor kan PWHT-konfigurationer med spot eller bulls eye anvendes i stedet.

Disse konfigurationer bruger typisk blødgørings-, opvarmnings- og gradientkontrolbånd, der er dimensioneret og placeret for at forhindre forvrængning, revnedannelse i tilstødende svejsninger og alvorlige restspændinger i at blive genereret. På grund af disse designs kompleksitet er det desværre ekstremt udfordrende at forudsige deres termomekaniske respons. Avancerede beregningssimuleringsteknikker, der blev brugt i denne undersøgelse, giver analytikere en måde at sikre, at lokale PWHT-konfigurationer, der implementeres efter udstyrsreparationer, ikke forårsager dyre ekstra skader som forvrængning og revnedannelse, der forlænger udstyrets nedetid yderligere.

Nuværende designregler for trykbeholdere og rørledninger kræver typisk PWHT, når svejsetykkelsen overstiger en mængde, der bestemmes af materialets Charpy-slagtestegenskaber, men kravene varierer fra regel til regel med betydelig variation mellem tykkelsesgrænser, der er specificeret i forskellige regler. Vores undersøgelse viste, at en tilgang svarende til den, der anvendes af PD5500, kunne hjælpe med at løse nogle af disse forskellige specifikationer.

Hvad er ASME PWHT-tykkelsesgrænsen?

Som det fremgår af tabel 1, kræver rør- og trykbeholderstandarder typisk PWHT op til 19 mm for C-Mn-stål, mens generelle konstruktionsstandarder som BS 5400 for broer eller 2633 [25] for bygninger kan fastsætte lavere undtagelsestærskler fra PWHT-krav for undtagelse. Disse uoverensstemmelser skyldes sandsynligvis forskelle i stålets kemiske sammensætning samt forskellige krav til brudstyrke (som illustreret).

Varmebehandling efter svejsning hjælper med at reducere restspændinger betydeligt ved at hærde både svejsemetal og mikrostrukturer i grundmetal, hvilket reducerer restspændinger i svejsningen betydeligt, øger dens styrke og sejhed og reducerer risikoen for miljøassisteret revnedannelse.

PWHT kan også reducere termisk forvrængning, som er dyrt for trykbærende udstyr og forlænger den nedetid, der er nødvendig for at genoprette driftsevnen. Nøglen til succes er at opnå korrekt PWHT ved at finde den ideelle balance mellem forvarmning og afkøling.

Ved hjælp af avanceret ikke-lineær FEA-simulering kan man bestemme en optimal PWHT-konfiguration til reparationer af trykbærende udstyr. Ved at simulere svejsningers termisk-mekaniske reaktioner som reaktion på forskellige forvarmnings- og afkølingsforhold identificerer denne metode optimale lokale PWHT-arrangementer, der minimerer forvrængning såvel som restspænding.

Hvad er ASME PWHT-forvarmningstærsklen?

Nuværende designregler for trykbærende udstyr og rør specificerer, at PWHT kun skal udføres, hvis svejsetykkelsen overskrider en bestemt grænse, som normalt bestemmes af materialets Charpy-testegenskaber eller krav til minimumstemperatur. Denne tilgang til begrænsende tykkelse har længe været anvendt af industrien, hvilket fremgår af dens succes med at beskytte udstyr mod sprødbrud.

Men brugen af PWHT bruger meget energi og bidrager til udledning af drivhusgasser og andre miljøproblemer, hvilket giver ekstra omkostninger i forbindelse med drift og vedligeholdelse. Desuden kan det være nødvendigt med flere PWHT-cyklusser i løbet af udstyrets levetid, hvilket øger omkostningerne i forbindelse med vedligeholdelse og styring.

Derfor har der været stor entusiasme omkring bestræbelserne på at reducere behovet for PWHT ved at skabe mere tilgivende materialeegenskaber. Det vil gøre det muligt at bruge stærkere kulstofstål og samtidig mindske både energiforbruget og risikoen forbundet med miljøassisterede krakningsprocesser.

Der er udviklet metoder til at nå dette mål, f.eks. ved hjælp af forvarmningstemperaturer og multi-pass-svejsninger. I 2014 blev ASME B31.3 "Power Piping"-koden ændret med en tabel over undtagelser fra obligatorisk PWHT for svejsninger i kulstofstål i overensstemmelse med materialegruppen P-No 1; under disse undtagelser skal CS >25 mm (1 in) tyk forvarmes til 95 °C (200 °F) før svejsning, og der skal anvendes multipass-svejsninger.

Hvad er ASME PWHT Thickness Exemption?

Nuværende fabrikationskoder for trykbeholdere og rør specificerer typisk, at PWHT kan være nødvendigt, hvis svejsetykkelsen overstiger en given værdi, og denne grænse bestemmes typisk ved hjælp af materialets Charpy-test-egenskaber. Kravene varierer dog fra kode til kode; nogle kan være mere konservative end andre.

ASME B31.3 (2014) tillader nu en undtagelse fra obligatorisk PWHT for kulstofstålmaterialer i materialegruppe P1 med en forvarmningstemperatur på 95C før svejsning, hvilket repræsenterer et vigtigt skift i god teknisk praksis. Denne nye bestemmelse repræsenterer en væsentlig ændring i god teknisk praksis.

PWHT er en energikrævende proces med betydelige miljømæssige konsekvenser, herunder udledning af drivhusgasser. Desuden kan flere PWHT-cyklusser i løbet af udstyrets levetid forårsage vridning eller forvrængning, der kræver omfattende reparationer; kompositreparationer tilbyder et alternativ til PWHT til reparation af beskadigede dele af trykbærende udstyr.

Kompositreparationer giver flere miljømæssige fordele i forhold til deres modstykker i metal. Ikke alene kan de forbedre den strukturelle integritet og mindske risikoen for lækage, men takket være kombinationen af højtydende materialer er kompositreparationer meget holdbare reparationer, der modstår aldersrelaterede effekter som f.eks. træthed. Som sådan hjælper de med at sikre sikker drift af udstyr længe efter, at det oprindelige PWHT-arbejde er afsluttet.