PWHT-menettely Asme B31 3

Hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely (PWHT) auttaa lievittämään hitsausalueen jäännösjännityksiä, jotka voivat uhata haurasmurtumaa.

ASME B31.3:n kohdassa 331.1.1 ja taulukossa 331.1.3 vahvistetaan putkimateriaaliin perustuvat PWHT-vaatimukset. Tietyt esilämmityslämpötilat voivat kuitenkin vapauttaa PWHT-vaatimukset tietyissä tilanteissa.

1. Hitsauslämpötila

Lämpötila on olennainen osa hitsausta. Se säätelee sitä, kuinka nopeasti lämpö karkaa ja kuinka nopeasti hitsatut liitokset jäähtyvät, joten hitsaajien on tärkeää tietää teräksen lämpötila ennen hitsausprosessin aloittamista. Hitsauslämpötiloihin vaikuttavat monet tekijät, kuten käytettävän metallin tyyppi, hitsattavan materiaalin paksuus, käytetty hitsausprosessi ja tarvittava aika.

Tyypillisissä hitsaussäännöissä määritellään esilämmityksen vähimmäislämpötila, joka on ilmoitettava selkeästi hitsausmenetelmää koskevassa asiakirjassa (WPS). Lisäksi sitä olisi verrattava todellisiin hitsauksen tavoitelämpötiloihin sen varmistamiseksi, että oikea esilämmitys on saavutettu.

Toinen keskeinen tekijä on ympäristön lämpötila. Hitsaaminen kylmissä olosuhteissa voi johtaa huonoihin hitsausominaisuuksiin, kuten kylmähalkeiluun. Tämä johtuu siitä, että lämpöhäviö tapahtuu nopeammin, koska lämpölaajenemiserot hitsien ja perusmetallin välillä ovat kylmissä olosuhteissa suuremmat.

Tavanomaisen hitsauksen jälkeisen lämpökäsittelyn (PWHT) tavoitteena on minimoida jäännösjännitykset, pehmentää karkaisemalla ja vastustaa vetyvaurioita; erityiset PWHT-vaatimukset vaihtelevat kuitenkin suuresti eri koodien välillä riippuen tekijöistä, kuten hitsattavuudesta ja materiaalin paksuudesta.

2. Hitsausaika

PWHT-testausta vaaditaan lukuisissa standardeissa sen varmistamiseksi, että hitsatut rakenteet kestävät äärimmäisiä lämpötiloja ja ympäristöjä, erityisesti ydinvoimaloissa esiintyviä lämpötiloja ja ympäristöjä. Tämän vuoksi on tehtävä paljon työtä sopivien PWHT-menettelyjen luomiseksi ja ylläpitämiseksi.

PWHT-menetelmässä hitsausaluetta kuumennetaan sen kriittisen pisteen yläpuolelle, mikä lisää hitsiaineen sitkeyttä ja vähentää jäännösjännityksiä. Tämä tekniikka on erityisen tärkeä halkaisijaltaan suurissa putkissa, joissa valokaaren on kuljettava pidemmälle saavuttaakseen sulatusalueen, jotta hitsin laatu olisi yhtä hyvä.

Hitsauksen kestolla on ratkaiseva merkitys PWHT:n tehokkuuteen. Pitkittynyt hitsausaika voi johtaa hitsausvirheisiin, kuten vetyyn viivästyneeseen halkeiluun ja sitkeyden puutteeseen, kun taas lyhyempi hitsausaika johtaa yleensä suurempaan hitsiaineen sitkeyteen ja pienempiin jäännösjännityksiin.

Hitsauksen jälkeisen lämpökäsittelyn vaatimukset vaihtelevat hitsattavan materiaalin, kuten hiiliteräksen ja tiettyjen ydinvoimaloissa käytettävien niukkaseosteisten terästen, mukaan. PWHT-käsittely voi olla pakollinen, mutta vaatimukset voivat vaihdella koodien välillä - ASME B31.1 vapauttaa P-4- tai P-5A-materiaalit, joiden seinämän paksuus on enintään 19 mm, pakollisesta PWHT-käsittelystä.

3. Hitsausprosessi

Hitsaus on monimutkainen prosessi, jota käytetään kahden metallikappaleen liittämiseen yhteen lämmön ja sähkövirran avulla. Sillä on useita sovelluksia eri teollisuudenaloilla, ja sillä luodaan erittäin vahvoja sidoksia metallien välille; tämä tekniikka vaatii kuitenkin valtavasti taitoa ja aikaa vievää omistautumista.

Vastus- ja laserhitsaus ovat molemmat käytettävissä hitsausprosesseina, ja niiden hitsauslujuus vaihtelee käyttötarkoituksesta riippuen. Vastushitsauksessa käytetään jatkuvia sähkövirtoja sulattamaan perusmateriaali ja lisäaine yhteen kestäväksi liitokseksi, mikä on ihanteellista paksujen putkiosien hitsauksessa. Laserhitsauksessa käytetään fokusoituja energiapalkkeja, jotka sulattavat pintamateriaalin nopeisiin hitsausnopeuksiin, jotka toimivat kapeissa tai syvissä liitoksissa.

Hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely (Post-Weld Heat Treatment, PWHT) vähentää hitsattujen teräsosien jäännösjännityksiä ja estää jännityskorroosiohalkeilua, minkä vuoksi se on tarpeen happamissa putkistoissa sekä monissa säännöissä ja eritelmissä.

PWHT suoritetaan tyypillisesti asiaankuuluvissa säännöissä ja standardeissa, yleensä taulukkomuodossa, esitetyllä lämpötila-alueella. Esimerkiksi ASME B31.1 -standardin sähköputkistoja koskevassa taulukossa 132 määritellään 1300-1375 celsiusastetta ihanteelliseksi alueeksi PWHT:lle hitsauksen paksuudesta riippuvan ajanjakson ajaksi; poikkeuksia on olemassa. Tässä asiakirjassa pyritään muuttamaan tätä vaatimusta B31.1:ssä sekä muissa kattiloita ja paineastioita koskevissa säännöstön osissa, jotta vaadittua PWHT-lämpötila-aluetta voitaisiin alentaa.

4. Hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely

Hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely (PWHT) vähentää ja jakaa jäännösjännityksiä uudelleen parantaakseen sitkeyttä, haurasmurtumiskestävyyttä, karkaisu-, saostus- tai vanhenemisvaikutuksia tietyissä teräksissä, kun taas toisissa teräksissä se aiheuttaa joitakin karkaisu-, saostus- tai vanhenemisvaikutuksia. Valitettavasti PWHT voi johtaa mekaanisten ominaisuuksien heikkenemiseen, jota olisi arvioitava ja valvottava huolellisesti, jotta vältettäisiin vääristymät, karkaisun haurastuminen tai uudelleenkuumennushalkeilut, joita voi esiintyä muutosten seurauksena.

PWHT-lämpötiloja on hallinnoitava huolellisesti, jotta materiaalia ei lämmitetä yli sen kriittisen muuntumislämpötilan tai jotta se ei pysy kohotetussa lämpötilassa pitkiä aikoja. Parempien tulosten saavuttamiseksi lämmitys on jaettava tasaisesti koko hitsausalueelle, ja jäähdytysnopeutta/toleransseja on myös hallittava lujuuden heikkenemisen estämiseksi.

PWHT on suoritettava oikein ja aikataulussa, jotta vältetään liialliset jäännösjännitykset, jotka ylittävät materiaalin suunnittelurajoitukset ja johtavat hitsin pettämiseen ja halkeiluun. Lisäksi perusteellisen dokumentaation ylläpitäminen ja PWHT:tä koskevien teollisuusstandardien noudattaminen voi olla pelottavaa, erityisesti tiukasti säännellyillä teollisuudenaloilla; onneksi on olemassa työkaluja, jotka voivat auttaa yrityksiä täyttämään teollisuusvaatimukset ja pysymään samalla vaatimustenmukaisina.