Post Weld lämpökäsittely hiiliteräkselle

Hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely (Post Weld Heat Treatment, PWHT) auttaa rentouttamaan ja jakamaan uudelleen hitsausprosessin aikana syntyneitä jäännösjännityksiä, joita vaaditaan usein säännöissä, kun materiaalit ylittävät tietyt paksuusvaatimukset.

Lämmitys- ja jäähdytysnopeuksia on hallittava huolellisesti, jotta vältetään lämpöshokit, vääristymät tai epätasainen jännityksen poistuminen. PWHT voidaan suorittaa joko uunissa tai paikallisesti sähkövastuksella varustettujen peitteiden tai tyynyjen avulla.

Hehkutus

PWHT vähentää merkittävästi vetojäännösjännityksiä hitsausalueilla, mutta ei poista niitä kokonaan. Useimmat väsymissyklit aiheuttavat edelleen täysin vetojännityksiä, jotka voivat olla erittäin haitallisia.

Täydellisessä hehkutuksessa hypoeutektoidisia ja eutektoidisia faaseja kuumennetaan noin 50 °C:n lämpötiloihin, jotka ovat korkeammat kuin niiden Ac3- ja Ac1-lämpötilat, ja jäähdytetään ne sitten vähitellen, jotta ne saavuttavat lähes tasapainorakenteet. Tämä prosessi auttaa välttämään vetyhaurastumista ja vähentää samalla ympäristöstä johtuvaa halkeiluriskiä.

Pienten komponenttien pistemäinen PWHT voidaan tehdä, mutta se on suoritettava huolellisesti. Jos liotus-, lämmitys- ja gradienttisäätökaistoja ei mitoiteta ja sijoiteta oikein, seurauksena voi olla rakenneosien vääristyminen tai romahtaminen tai katastrofaalinen vikaantuminen jäännösjännitystilan epävakauden vuoksi. Eristeitä on käytettävä, jotta lämpötilat lämmitetyissä kaistoissa pysyvät vakaina; lisäksi on käytettävä automaattisia rekisteröiviä lämpömittareita.

Normalisointi

Tämä käsittely, jota käytetään tyypillisesti niukkaseosteisille teräksille, poistaa hitsauksessa syntyneen karkearakeisen rakenteen ja parantaa materiaalin ominaisuuksia. Lisäksi se vähentää haurasmurtumariskiä ja estää samalla rajoittamattoman lämpöjännityksen hitsausalueella.

Kuumennetaan metallia ylemmän kriittisen pisteen yläpuolella olevaan lämpötilaan ja liotetaan sitä sen jälkeen poikkileikkauksen paksuuteen suhteutetun ajan ennen jäähdyttämistä ympäristön lämpötilan ympäristössä valvotussa jäähdytyksessä. Prosessi luo hienorakeisia rakenteita ja yhtenäisiä mikrorakenteita, jotka auttavat lievittämään sisäisiä jännityksiä, mikä tekee materiaalista joustavamman muokkaustoimenpiteiden ja käytön kannalta.

Täydellinen normalisointi, jota käytetään useimmiten hiili- ja hiilimangaaniteräksille, voi korvata karkaisun tehokkaasti tietyissä sovelluksissa. Valitettavasti täysi normalisointi ei kuitenkaan poista kaikkia jäännösjännityksiä; väsymissuunnittelukoodit saattavat vaatia lisänormalisointia tämän eron huomioon ottamiseksi.

Stressin lievittäminen

Jännityksenpoistoa käytetään vähentämään materiaalin sisäisiä jännityksiä, jotka johtuvat valmistusprosesseista, kuten muotoilusta ja työstöstä, kuten puristuksesta pinnalla tai jännityksestä sen ytimessä. Jännityksenpoisto muistuttaa hehkutusta siinä mielessä, että siinä materiaalia kuumennetaan korkeampaan lämpötilaan tietyn ajan, minkä jälkeen se jäähdytetään hitaasti takaisin tietyn ajan kuluessa.

Jännityksenpoistolla on useita etuja, kuten hitsin vetolujuuden pieneneminen ja väsymiskestävyyden vahvistuminen paikallisissa lovissa ja jännityskeskittymissä, mutta samalla myös rakeiden välisen karbidin saostumisen lisääntyminen. PWHT-prosessien aikana käytetyt vääränlaiset jäähdytystekniikat, lämpötilansäädöt tai hitsaustekniikat voivat kuitenkin vaikuttaa negatiivisesti jännityksenpoistoon; tulosten maksimoimiseksi on ehdottoman tärkeää, että näitä tekijöitä käytetään oikeaan aikaan ja oikeissa lämpötiloissa tämän prosessin aikana.

Karkaisu

Matalaseosteiset hiiliteräkset vaativat hitsauksen jälkeistä lämpökäsittelyä (PWHT), jotta niistä saadaan riittävän luja ja sitkeä mikrorakenne. Tässä prosessissa komponentti kuumennetaan tiettyyn lämpötilaan pitkäksi aikaa ja jäähdytetään sitten vähitellen takaisin.

Metallurgisen rakenteen muutoksilla voidaan vähentää viivästyneen halkeilun todennäköisyyttä ja lisätä sitkeyttä sekä parantaa hitsien korroosionkestävyyttä, sitkeyttä, iskunkestävyyttä ja haurasmurtumien kestävyyttä.

PWHT suoritetaan yleensä käyttämällä säädettäviä esilämmitys- ja lämmitysjärjestelmiä, joissa termoparit on sijoitettu strategisesti siten, että varmistetaan tasainen lämmitys ilman komponenttien vääristymistä. Pistemäistä PWHT-kuumennusta voidaan käyttää myös suuremmissa komponenteissa, kuten putkien kehähitseissä tai pitkien painesäiliöiden sulkuhitseissä, vaikka tämän tekniikan suunnittelu voi olla haastavampaa lämpölaajenemisen vaihtelujen vuoksi, jotka voivat aiheuttaa merkittävää vääristymää.