Видове PWHT

Термичната обработка след заваряване (PWHT) често се изисква в стандартите и спецификациите за заваряване при определени материали, като например въглеродните стомани. PWHT намалява остатъчните напрежения, като същевременно подобрява издръжливостта и пластичността на заварените метални детайли.

Термичната обработка след заваряване (PWHT) при по-високи температури не само облекчава и преразпределя остатъчните напрежения, но може също така да предизвика процеси на отпусване, преципитация или стареене, които водят до ефекти на отпусване, преципитация или стареене – въпреки че тези металургични промени потенциално биха могли да влошат механичните свойства; за да се избегне влошаването на механичните свойства, е препоръчително да се потърси съвет относно оптималните периоди и температури, които да се използват при провеждането на PWHT обработки.

Закаляване

Отпусването премахва вътрешните напрежения, възникнали по време на закаляването, като подобрява пластичността и намалява риска от катастрофално разрушаване. Отпусването също така повишава еластичността, което позволява на материалите да издържат по-ефективно на удари, напрежения, както и на циклични натоварвания.

Темперирането е процес, при който материалите се нагряват постепенно, за да се избегне появата на пукнатини, след което се поддържат при определена температура за продължителен период от време — обикновено един час на инч дебелина. Различните температури и времена водят до различни механични свойства; най-добре е да се консултирате с квалифициран металург относно идеалните периоди и температури, които да се използват по време на този процес.

Постигането на оптимални резултати изисква прецизно регулиране на температурата; прекалено дългото време на нагряване или прегряването могат да доведат до деформация или загуба на якост, като оставят остатъчни напрежения, които надвишават проектните граници, което води до повреди по заварките. Закалената стомана е от съществено значение за дълготрайността, надеждността и качеството, независимо дали се използва за производството на безопасни игли или за изграждането на стадион с 80 000 места; нейните забележителни визуални признаци дават незабавен поглед върху преобразуването ѝ: светложълтите нюанси означават мекота, докато наситените сини нюанси сочат изключителна якост и твърдост.

Нормализиране на

Термичната обработка след заваряване на заварените детайли усъвършенства структурата на зърната, намалява нивата на напрежение в тях и повишава издръжливостта, което води до по-малко деформации при окончателната механична обработка и спестява както време, така и средства в производството.

Нормализирането е процес, при който материалът се нагрява до температури над горната му критична точка (температура Ac3 за феритно-перлитни стомани), задържа се при тази температура за период, пропорционален на дебелината на сечението, и след това бавно се охлажда на въздух. По този начин се получава микроструктура от мартензит, бейнит и перлит, което води до по-здрави, но и по-пластични резултати в сравнение с пълното отгряване.

Нормализирането е ключов процес, използван за подготовка на материалите за последващи операции като формоване, леене или заваряване. Нормализирането е от решаващо значение и за процесите на цементация, тъй като спомага за минимизиране на промените в размерите по време на циклите на цементация и осигурява по-хомогенна микроструктура. Освен това закалените и отпуснати цементирани стомани обикновено проявяват повишена издръжливост след извършване на нормализирането.

Стареене/Утаяване

Утвърдяването чрез преципитация е ефективен метод за повишаване на якостта на определени групи сплави. То действа чрез изолиране на конкретни съединения, които свързват материалите помежду им и предотвратяват движението в рамките на тяхната решетъчна структура, като по този начин повишават якостта и едновременно с това спомагат за предотвратяването на образуването на пукнатини.

Подобно на темперирането, укрепването чрез преципитация изисква постигането на деликатен баланс между термодинамичните сили, предизвикващи нуклеация, и ограниченията, свързани с дифузията. С по-нататъшното повишаване на температурата частиците на разтвореното вещество започват да образуват зони без преципитати (PFZ). Тези зони служат като хетерогенни места за нуклеация при образуването на преципитати, което може драстично да промени механичните свойства като якост на опън и пластичност.

Размерът и формата на преципитатите определят твърдостта на материала. PFZ със едри b’-преципитати, разпределени по границите на зърната, е идеален за повишаване на якостта и подобряване на пластичността; обаче, стареенето под напрежение често води до по-равномерно разпределение на по-фини иголовидни преципитати с наближаването на пиковата фаза на стареене.

Изпускане на водород

В настоящото изследване бяха изработени цилиндрични проби за изпитване на опън от секции на заваръчни съединения както в състоянието „както са заварени“ (AW), така и в състоянието на ренормализиран и отпуснат материал PWHT-2, с цел провеждане на циклични изпитвания при стайна температура в условия без водород и с електролитно набавен водород. Получените механични данни бяха след това съпоставени с микроструктурните наблюдения, както и с резултатите от фрактографските изследвания.

Обработката чрез PWHT значително намали податливостта на заваръчните съединения към водородно крехкост в сравнение със състоянието след автоматично заваряване (AW), благодарение на омекотяващия ефект, предизвикан от PWHT върху заваръчния метал, което води до по-интензивно натрупване на деформация в границата на зърната (GBF) по протежение на границата между зърната и матрицата (HAGB) при циклично натоварване.

Това стана очевидно с повишаването на концентрацията на водород, измерено чрез намаляване на кривите на деформация при натоварване “Rm” и “Rp0.2”, както и на максималното удължение при скъсване (“ELmax”). Освен това при високи нива на водород пластичността беше значително намалена – особено при ренормализираните и отпуснати проби PWHT-WM, при които се наблюдаваше неочаквано намаление при 4 ml/100g Fe.