ASME VIII. szakasz: PWHT-követelmények

Az ASME VIII. szakasz számos előírást és iránymutatást tartalmaz, amelyek célja a nyomástartó edények védelme a tervezéstől kezdve a gyártáson, az ellenőrzésen és a vizsgálatokon át. Kiterjed továbbá a fejlesztési, gyártási, ellenőrzési és vizsgálati folyamatokra is.

McEnerney azt javasolta, hogy az SS4 anyagok PWHT-vizsgálatához szükséges minimumhőmérsékletet 800 °F-ról 1200 °F-ra emeljék, összhangban Lundin és Khan (6. hivatkozás) javaslatával.

PWHT követelmények

Az ASME VIII. szakasz 1. részének UCS-56 táblázata [1] azt mutatja, hogy a nyomástartó edényekre és csővezetékekre vonatkozó különböző szabványok hőkezelési követelményei között jelentős eltérések vannak, amelyek a műszaki alkalmazásokból (pl. tervezési feszültségi kritériumok), a Charpy-próbára vonatkozó eltérő követelményekből, valamint a vizsgálati szabványok által megengedett hibaméretek közötti különbségekből adódnak.

A hegesztés utáni hőkezelés egy szabályozott folyamat, amelynek során az újra felmelegített hegesztett fémet hosszabb ideig az alsó kritikus átalakulási hőmérsékletére melegítik, és ott tartják. Ez elősegíti a hegesztés során kialakuló magas hőmérsékleti gradiens által okozott maradékfeszültségek és mikroszerkezeti változások eltávolítását.

A PWHT-követelmények a különböző szabványok között eltérnek a vastagságra vonatkozó korlátozások, valamint a minimális előmelegítési hőmérséklet és időtartam tekintetében, az acél összetételétől, szívósságától és a felhasználás típusától függően.

A PWHT-követelmények általában az ötvözött anyagok arányának növekedésével csökkennek, és ennek következtében magasabb előmelegítési hőmérsékleteket igényelnek, illetve csökkentik a megengedett maximális széntartalmat. Ennek következtében a PWHT-követelmények ésszerűsítése nehézkessé válik; különösen azért, mert a különböző felhasználói csoportok – például a petrolkémiai és az energiaipari felhasználók – gyakran eltérő érdekeltséggel rendelkeznek a PWHT alóli mentesség megszerzésében, és nehezen tudnak megegyezni a követelmények alóli mentességre vonatkozó egységes határértékben.

Az előmelegítésre vonatkozó követelmények

Az előmelegítés az a folyamat, amelynek során a hegesztés előtt hőt vezetnek a munkadarab alapfémébe; célja a hegesztési zónában kialakuló repedések megelőzése és az adott alkatrész szilárdságának növelése. Az előmelegítés emellett segíthet elkerülni a hidrogén okozta hidegrepedést (HICC), miközben javítja a hegesztési varratok és a hőhatászóna (HAZ) végső mechanikai tulajdonságait. Az előmelegítésre vonatkozó követelményeket a hegesztési szabványok vagy az adott projektre vonatkozó hegesztési eljárásleírások (WPS) határozzák meg.

A WPS-ben részletesen meghatározzák az egyes projektekhez szükséges minimális előmelegítési hőmérsékletet és időtartamot. Általánosságban elmondható, hogy az optimális eredmények elérése érdekében a minimális előmelegítési hőmérsékletet legalább 30 percig fenn kell tartani. Az alkatrészek hőmérsékletének megfelelőségét hőelemes mérésekkel vagy olyan zsírkrétás tesztekkel lehet ellenőrizni, amelyek a felületen jelölést hagynak, amikor az elér egy bizonyos hőmérsékletet.

Az előmelegítési hőmérséklet meghatározásakor figyelembe kell venni az anyagvastagságot és a rögzítés mértékét is. Az előmelegítés során a hőmérsékletnek meg kell haladnia mind a hegesztési zóna, mind az alapfém hőmérsékletét – figyelembe véve, hogy ezt a szintet a hegesztés befejezéséig fenn kell tartani.

Ha a hegesztési szabványok nem határozzák meg, mikor és hogyan kell előmelegítést alkalmazni, a hegesztőmérnök feladata annak megállapítása, hogy az adott alapfém és a profilvastagság esetében szükséges-e előmelegítés, és ha igen, milyen hőmérsékletűre. Az AWS D1.1-96 szabvány két módszert kínál ennek meghatározására: a hőhatászónában (HAZ) végzett keménység-ellenőrzési módszert és a hidrogén-ellenőrzési módszert.

A hegesztés utáni hőkezelésre vonatkozó követelmények

A hegesztés utáni hőkezelés (PWHT) csökkentheti a hegesztésből származó maradékfeszültségeket, lágyíthatja a kemény, esetlegen törékeny mikroszerkezetű területeket, valamint javíthatja a hegesztett anyagok szakítószilárdságát és ütésállóságát. A PWHT során a hegesztési varratokat meghatározott hőmérsékletre melegítik hosszabb ideig; a legjobb eredmények elérése érdekében néha egyidejűleg előmelegítést is alkalmazni kell.

A legtöbb jelenlegi gyártási szabvány előírja, hogy azok a hegesztési varratok, amelyek meghaladnak bizonyos küszöbértékeket, PWHT-kezelésnek legyenek alávetve; ezek a küszöbértékek szabványonként eltérőek, a minimális üzemi hőmérsékleten érvényes törésszilárdsági követelményektől és a különböző anyagminőségek Charpy-energiaelnyelés-értékeitől függően.

A PWHT során a hegesztett anyagokat hosszabb ideig nagyon magas hőmérsékletre hevítik, majd ezen a hőmérsékleten tartják őket anélkül, hogy torzulás vagy egyéb károsodás lépne fel bennük. A PWHT költséges lehet; ezért célszerű, ha lehetséges, minimalizálni az alkalmazását.

A gyártási szabványok gyakran engedélyeznek kivételeket a PWHT-követelmény alól; ezek esetében részletes törésmechanikai elemzés alapján tárgyalásokra lehet szükség. Akár teljesen el is lehet hagyni a hőkezelést, ha a többmenetes hegesztést és az előmelegítést a PWHT-vel kombinálják; hasonlóképpen bizonyos alacsony széntartalmú acélminőségek, például az 1-1/4 Cr Mo, magasabb hőmérsékleti tartományban végzett PWHT-folyamatot tehetnek lehetővé.

Mentességek

Az ASME VIII. szakasz átfogó követelményeket tartalmaz a nyomástartó edények tervezésére, gyártására, összeszerelésére, felállítására, vizsgálatára, ellenőrzésére, tesztelésére és tanúsítására vonatkozóan. E szabályzat-szakasz gondos alkalmazása lehetővé teszi a gyártók, felhasználók, kivitelezők és tervezők számára, hogy betartsák a saját joghatóságuk alá tartozó előírásokat, miközben kihasználják a benne ismertetett számos iparági bevált gyakorlatból származó költség-, biztonsági és üzemeltetési előnyöket.

Bár a VIII. szakasz PWHT-követelményei az iparág legszigorúbbjai közé tartoznak, egyes hegesztési szabványok bizonyos rugalmasságot biztosítanak olyan anyagok hegesztése esetén, mint például a csövek. Például az ASME B31.3 szabvány mentességet engedélyez e követelmény alól a 4 hüvelykes NPS-méretű vagy annál kisebb, 0,625 hüvelyk alatti névleges falvastagságú csövek esetében; meg kell azonban jegyezni, hogy a PWHT-követelmények tekintetében jelentős eltérések lehetnek a különböző szabványok és iparágak között, ami gondos mérlegelést igényel a következetesség és a hatékonyság biztosítása érdekében.

Jelenleg a fejlett törésszilárdsági technológián alapuló, újabb hegesztés utáni hőkezelési (PWHT) görbék bizonyítottan hozzájárulnak ahhoz, hogy a PWHT-követelmények jobban igazodjanak a hegesztési maradékfeszültségek tényleges szintjéhez. Ezen felül a pilótavezérelt nyomáscsökkentő szelepek (POPRV) bizonyos alkalmazásokban néha teljesen feleslegessé tehetik a PWHT-t, köszönhetően annak az áramlásmentes kialakításuknak, amely biztosítja az állandó túlnyomás-csökkentést jóval a PRV beállítási pontja alatt; ez jelentősen csökkenti a berendezések túlnyomásos károsodásának kockázatát, valamint a tulajdonlási költségeket, miközben nagyobb nyugalmat biztosít az üzemeltetőknek.