ASME B31.1 Egységes követelmények a hegesztés utáni hőkezeléshez

Az ASME B31.1 egy elengedhetetlen szabályrendszer, amelynek célja az energiagázvezeték-rendszerek biztonságának fokozása. A technológiai fejlődéssel lépést tartva ez a szabályrendszer biztosítja, hogy a csővezeték-rendszerek különböző iparágakban biztonságosan működhessenek.

A B31.1 szabvány hőkezelési (PWHT) követelményei megengedik az 1-1/4 Cr-Mo anyagok alsó kritikus hőmérsékletének elérését, ami különösen kockázatos, tekintettel ezeknek az anyagoknak az újramelegedési repedésre való hajlamára.

1. Anyag

Az ASME B31.1 az erőátviteli csővezeték-rendszerekre vonatkozó ipari szabvány, amely alkalmazkodik a különböző iparágak technológiai fejlődéséhez, és egységes, szabványosított csővezeték-rendszereket biztosít. Működési tartománya azonban jelentősen eltér a folyamatcsővezeték-rendszerekétől.

Amint az 1. táblázatból kitűnik, a B31.1 szabványban a PWHT alóli mentességi határérték jelentősen alacsonyabb, mint az egyesült királyságbeli szabványban, ami az acél összetételében bekövetkező, a törésszilárdságot befolyásoló eltéréseknek köszönhető.

A B31.1 és az NBEP követelményei gyakran ütköznek egymással a vastagság hőkezelés alóli mentesítése tekintetében, annak ellenére, hogy mindkét szabvány az ASME P1 csoportos besorolásokat alkalmazza. Egy következetesebb megközelítés segítene enyhíteni ezeket a problémákat.

A PWHT alternatívájaként alkalmazható a körvarrat előmelegítése, amely a legtöbb szénacél esetében bevált módszernek bizonyult. Ugyanakkor nem szabad elfelejteni, hogy ez a módszer nem mindig biztosít optimális eredményeket, ha kizárólag az ívterületre alkalmazzák.

Számos tanulmányban értékelték az előmelegítés hatékonyságát a hegesztési varratok törékeny törésének kockázatának csökkentésében. Sajnos a legtöbb elvégzett tanulmány szimulációkra korlátozódik, nem pedig tényleges terepi vizsgálatokra, és eredményeik a felhasznált törésszilárdsági adatoktól függenek.

2. Hegesztés

Az ASME B31.1 egy rugalmas szabvány, amelyet úgy alakítottak ki, hogy alkalmazkodjon az iparban bekövetkező technológiai változásokhoz, biztosítva ezzel a csővezeték-rendszerek biztonságát és megbízhatóságát. Ezen felül rugalmassága lehetővé teszi, hogy számos iparág – például az olaj- és gázipar vagy az energiatermelés – igényeinek is megfeleljen.

Az építési szabályzatokban szereplő PWHT-követelmények remekül szemléltetik ezt az alkalmazkodóképességet. Az egyes szabályzatok előírásai eltérőek a PWHT-kezelést igénylő vastagságok, a kezelés szükségességét kiváltó anyagjellemzők, a kezelés ideje alatti hőmérséklet-tartás, valamint a felmelegedési és lehűlési sebességek tekintetében – mindezek jelentős hatással bírnak.

A PWHT (hegesztés utáni hőkezelés) a csővezeték-tervezési folyamat elengedhetetlen lépése, amelyet számos szabvány előír; célja a hegesztési varratokban felhalmozódott fémfeszültségek oldása, miközben javítja az anyag tulajdonságait.

Az ASME B31.3 „Process Piping” szabvány legutóbbi módosításai eltörölték a P-No 1 anyagcsoportnak megfelelő szénacélra vonatkozó PWHT követelményt minden vastagsági tartományban, feltéve, hogy előmelegítést alkalmaznak, és minden hegesztési vastagság esetében többrétegű hegesztést alkalmaznak. Ez a változás részletes törésmechanikai elemzéseken alapul, amelyek kimutatták, hogy a folyáshatárhoz közeli, ciklikus terhelésnek kitett hegesztett szerkezetek olyan maradékfeszültség-szinteket eredményezhetnek, amelyek a folyáshatár küszöbértékéhez közelítik, és ez törékeny törésekhez vezethet; ez különösen igaz olyan körülmények között, ahol a maradékfeszültségek elérik a folyáshatár-szinthez közeli szinteket, és a folyáshatár-szinthez közeli hegesztési varratoknál a folyáshatár-szinthez közeli maradékfeszültségszintek alakulhatnak ki, amelyek a folyáshatár-szinthez közeli hegesztési varratoknál a folyáshatár-szinthez közeli töréshez vezethetnek, ami potenciálisan a folyáshatárhoz közeli maradékfeszültségszintekhez vezethet, ami miatt a folyáshatárhoz közeli hegesztett alkatrészek a folyáshatárhoz közeli állapotban hasonló terhelési körülmények között a folyáshatárhoz közeli törésnek lesznek kitéve, a folyáshatárhoz közeli szintek a folyáshatárhoz közeli szintű maradékfeszültségszintekhez vezethetnek, ami a folyáshatárhoz közeli szintű hegesztett alkatrészeknél töréshez vezethet a folyáshatárhoz közeli szintű hegesztett alkatrészekhez kapcsolódó feszültségterhelések hatására, ami a folyáshatárhoz közeli szintű maradékfeszültségszintekhez vezethet, amelyek a folyáshatárhoz közeli szintű hegesztett alkatrészekhez kapcsolódnak, és a folyáshatárhoz közeli szintű hegesztett alkatrészeknél a folyáshatárhoz közeli szintű maradékfeszültségszintek miatt bekövetkező töréshez vezethet, amelyet a folyáshatárhoz közeli szintű hegesztett alkatrészek okoznak, amikor azok elérik a folyáshatárhoz közeli szintet hegesztett szerkezetek, amelyek a megadási szinthez közeli feszültségi terhelési körülmények között olyan megadási szinthez közeli hegesztett szerkezetekhez vezetnek, mint amilyenek ciklikus terhelési körülmények között jelentkeznek. Ezt a változtatást azért vezették be, mert bebizonyosodott, hogy a megadási szinthez közeli hegesztett szerkezetekhez kapcsolódó maradékfeszültségek olyan meghibásodásokhoz vezethetnek, amelyek egyébként normális esetben bekövetkeznének. Ezt a változtatást részletes törésmechanikai elemzések alapján vezették be, amelyek kimutatták, hogy az ilyen típusú, a folyáshatárhoz közeli hegesztési varratok, amelyek ciklikus terhelési körülményeknek vannak kitéve, törékeny meghibásodást okozhatnak a folyáshatárhoz közeli hegesztési varratok miatt; a folyáshatárhoz közeli hegesztési varratok meghibásodást okozhatnak ciklikus terhelési körülmények között, ami végül ciklikus terhelési ciklusokhoz vezet A folyáshatárhoz közeli hegesztési varratokhoz hasonló terhelési körülmények veszélyessé válhatnak, mivel a folyáshatárhoz közeli hegesztési varratok ciklikus terhelés hatására törékeny meghibásodást okozhatnak, amely abból ered, hogy a folyáshatárhoz közeli hegesztési varratok olyan terhelési körülményeknek vannak kitéve, amelyek ciklikus terhelési körülmények miatt törékeny meghibásodást eredményeznek, amikor a folyáshatárhoz közeli hegesztési varratok terhelésnek vannak kitéve, és a folyáshatárhoz közeli hegesztési varratok olyan feszültségi körülmények között törékeny meghibásodást szenvednek el, amelyek normál feszültségszintek mellett nem fordulnának előA folyáshatárhoz közeli szintű hegesztési varratok olyan feszültségi körülményeknek vannak kitéve, amelyek fáradási terhelési körülmények miatt töréshez vezethetnek; a maradékfeszültségek miatt a folyáshatárhoz közeli szintű hegesztési varratok olyan körülményeknek vannak kitéve, amelyek a folyáshatárhoz közeli szintű hegesztési varratokhoz vezethetnek, és ezek a körülmények törékeny töréshez vezethetnek, mivel a folyáshatárhoz közeli szintű hegesztési varratok olyan körülmények között vannak kitéve, amelyek törékeny töréshez vezethetnek, mint amilyenek normál feszültségszintek mellett lennének; a folyáshatárhoz közeli szintű hegesztési varratok ciklikus terhelési körülményeknek vannak kitéve, ami törékeny töréshez vezethet, mivel a folyáshatárhoz közeli szintű hegesztési varratok olyan körülmények között vannak kitéve, amelyek törékeny töréshez vezethetnek, mint amilyenek normál feszültségszintek mellett lennének; a folyáshatárhoz közeli szintű hegesztési varratok olyan körülmények között vannak kitéve, amelyek törékeny töréshez vezethetnek, mivel a a ciklikusan terhelt hegesztett szerkezetek olyan terhelési körülményeknek vannak kitéve, amelyek miatt a folyáshatárig terhelt hegesztett szerkezetek meghibásodnak, ami a folyáshatárig terhelt hegesztett szerkezetekhez vezet, amelyek így nagyobb feszültségnek vannak kitéve, ami a folyáshatárig terhelt hegesztett szerkezetek gyorsabb törékeny töréséhez vezet, ami később a közel-a folyáshatárhoz közeli szintű hegesztések a folyáshatárhoz közeli szintnél gyorsabban ki lehetnek téve a ciklikus terhelési körülményeknek, ami a folyáshatárhoz közeli szinthez vezethet, amikor ki vannak téve azoknak.

3. Tesztelés

Mivel a szabályzat különböző szakaszai eltérő PWHT-követelményeket írnak elő a szénacélokra vonatkozóan, a hegesztés utáni hőkezelés (PWHT) tekintetében eltérő követelmények léteznek. Ez néha az alkalmazási tapasztalatok alapján az idők folyamán kialakult mérnöki gyakorlatot tükrözi; máskor pedig a műszaki adatok eltérő értelmezéséből eredhet.

2014 előtt a B31.1 és a B31.3 szabványok előírták, hogy minden olyan szénacél hegesztésnél, amelynek ellenőrzött vastagsága meghaladja a 0,75 inch-t, plazmahegesztés utáni hőkezelést (PWHT) kell alkalmazni. Azonban a szabályzatok 2014-es frissítése óta a P-No 1 anyagok esetében mentességet biztosít a kötelező PWHT alól, amennyiben 25 mm-t (1 hüvelyk) meghaladó névleges anyagvastagság esetén a hegesztés előtt 95 °C-os hegesztési előmelegítéssel többmenetes hegesztést alkalmaznak. Ezen felül a RRAC azt javasolta, hogy a P No. 4 anyagok esetében csökkentsék a PWHT hőmérsékleti követelményeit, hogy azok összhangba kerüljenek a szabályzat egyéb szakaszaival.

Az EPRI és más szervezetek által végzett törésmechanikai vizsgálatok egyértelműen kimutatták, hogy az 1100 °F-os vagy annál alacsonyabb PWHT-hőmérséklet túl alacsony, mivel ez perceken belül jelentősen csökkenti a hirtelen lehűtött alapfém minták keménységét és ütésállóságát.

Az RRAC-csapat olyan módosításokat vizsgál a B31.1 szabványban, amelyek csökkentenék a szénacélok esetében előírt PWHT-hőmérsékletet, miközben a javításra irányuló szabványok által engedélyezett temperáló varrat- vagy félvarrat-technikák révén alternatív megközelítést kínálnának. Emellett arra is törekednek, hogy fejlett törésmechanikai módszerek alkalmazásával tervezési görbéket dolgozzanak ki.

4. Ellenőrzés

A PWHT (hegesztés utáni hőkezelés) rendkívül jelentős hatással lehet a hegesztett alkatrészekben fellépő rideg törés kockázatára. Éppen ezért elengedhetetlen az ASME B31.1 követelményeinek betartása, amelyeket nemrég módosítottak annak érdekében, hogy nagyobb rugalmasságot biztosítsanak a csőanyagok hegesztés utáni hőkezelései tekintetében. A PWHT alól most már mentesülhetnek a P-No 1 szénacélból készült, 19 mm-es vagy annál vastagabb falvastagságú alkatrészek, ha minimális előmelegítéssel többmenetes hegesztést alkalmaznak, hasonlóan más szabályzatok és szabványok – például a brit gyakorlati szabályzatok – követelményeihez. Sajnos a részletes törésmechanikai elemzések azt mutatják, hogy a vastagabb hegesztési varratok esetében a PWHT mellőzése növeli a folyáshatárhoz közeli maradékfeszültségek kialakulásának kockázatát, ami fokozza a meghibásodásra való hajlamot, és hozzájárulhat a rideg töréshez.

A PWHT során a hegesztett fémet kezelik a feszültségek csökkentése és a fém lágyítása érdekében, így a hegesztési varrat ellenállóbbá válik a korróziós és egyéb károsodásokkal szemben, ami növeli az energiacsővezeték-rendszerek biztonsági szintjét.

Az ASME B31.1 szabvány előírja továbbá a hegesztési varratok és alkatrészek üzembe helyezés előtti ellenőrzését olyan roncsolásmentes vizsgálati módszerek alkalmazásával, mint a röntgenvizsgálat vagy az ultrahangos vizsgálat. Az ilyen vizsgálatok eredményeit a későbbi hivatkozás céljából dokumentálni kell; ezek segíthetnek az ASME B31.1 szabványoknak való megfelelés igazolásában, valamint a rendszerben felmerülő esetleges problémák feltárásában.