Изисквания за термична обработка след заваряване (PWHT) съгласно раздел VIII, подразделение 1 на ASME

Раздел VIII, подразделение 1 на ASME е важен инженерен стандарт, който предоставя ясни насоки за създаване, инспектиране и сертифициране на съдове под налягане. Това допринася за стандартните инженерни практики, като същевременно подобрява безопасността и ефективността в различни отрасли.

Топлинната обработка след заваряване (PWHT) е контролиран процес, предназначен за отстраняване на остатъчните напрежения в заварените материали и е дефиниран в точка 331.11 заедно с таблици 331.1.1.1 и 331.1.3. То трябва да отговаря на изискванията, определени в точка 331.11.1.2, както е посочено по-долу за приложенията за тръбопроводи.

Минимална температура

Топлинната обработка след заваряване (PWHT) включва нагряване на заваръчния метал до температури под долната критична температура на трансформация и задържане за продължителен период от време. Това спомага за намаляване на остатъчните напрежения и микроструктурните промени, причинени от заваряването; въпреки това PWHT често се извършва неконтролирано с температурни градиенти, които могат да навредят на заваръчния метал, да доведат до пукнатини от напрежение или да увеличат податливостта му на крехко разрушаване.

Действащите норми, изискващи PWHT за тръбопроводите за електроенергия, предвиждат минимална температура на PWHT от 1100 градуса по Целзий, която е твърде ниска и може да доведе до преждевременни корозионни повреди. Проучване, спонсорирано от EPRI, проведено от Souder и Lundin и Khan, препоръчва тя да се повиши до 1200 градуса по Целзий; това би довело до значителни промени в свойствата на метала за заваряване, като повишена твърдост и намалена твърдост.

Намаляването на минималната температура на PWHT би могло значително да намали температурата на прехода от дуктилност към крехкост на заваръчния метал, което потенциално може да доведе до неприемливо намаляване на якостта на опън и дуктилността му, да наложи увеличаване на проектното налягане на кодовия щампован съд, както и да бъде много скъпо както за производителите на тръби, така и за производителите на съдове под налягане. Поради това е наложително производителите да намерят баланс между тези изисквания, когато определят минималните температури на PWHT.

Минимално време за задържане

PWHT (топлинна обработка след заваряване) е процес на топлинна обработка след заваряване, при който стоманата се нагрява до по-ниската си критична температура на трансформация и се задържа там за определена продължителност, за да се намалят остатъчните напрежения и микроструктурните промени в метала на заварката. PWHT често се налага при производството на съдове под налягане и тръби; тъй като обаче може да бъде скъпо и продължително. За да се спестят разходи, може да е полезно да се опитате да се освободите от PWHT, когато това е възможно.

Съдовете под налягане, тръбопроводите и резервоарите за съхранение трябва да отговарят на изискванията на PWHT, определени от проектните норми, използвани при тяхното конструиране. Изискванията на тези кодекси се различават значително - например изискванията на BS 2633 се различават значително от изискванията на ASME VIII Div 1 или B31.1/B31.3, които определят максимални граници на дебелината от 32 mm; може да има и значителни разлики между общите конструктивни кодекси, като BS 5400/5750, както и тези на индустриите, които искат да бъдат освободени от изискванията за PWHT, като нефтохимическата промишленост и производството на електроенергия, които са поискали по-широко освобождаване.

Настоящите норми за проектиране разчитат на резултатите от изпитването за удар по Шарпи като ограничителен критерий за дебелина; тези изисквания обаче не винаги отразяват реалните данни за издръжливостта и остатъчните напрежения, налични за стоманите, използвани за производство.

Минимална температура на загряване

Температурата на подгряване е от съществено значение за успеха на топлинната обработка след заваряване (PWHT). PWHT служи за преразпределяне на остатъчните напрежения, създадени от заваряването, като прави материала по-еластичен и същевременно отслабва остатъчните напрежения, създадени по време на процеса на заваряване. Освен това топлинната обработка след заваряване служи и за отстраняване на микроструктурните промени, причинени от високотемпературните градиенти между заваръчния метал и изходния материал по време на процесите на заваряване.

Понастоящем изпитването PWHT е задължително за повечето материали за тръби и съдове под налягане; неговите изисквания обикновено следват границите на поглъщане на енергията на Шарпи; по този начин може да има значителни разлики в минималната дебелина, при която може да се предостави освобождаване от PWHT, поради различните кодове за проектиране, използвани от нефтохимическата промишленост, които са разработили своите спецификации с течение на времето чрез опит и инженерна практика.

Някои изисквания станаха незначителни от техническа гледна точка и по-специално минималната температура на PWHT беше подложена на внимателен анализ. В доклад, спонсориран от EPRI (Ref 1), се предлага това изискване да бъде намалено на 1100 градуса по Целзий, което би го доближило до минималните граници на поглъщане на енергията на Шарпи, използвани в кодексите NBEP и B31.1 за материал P № 4, използван като заваръчен метал; тази по-ниска температура на подгряване обаче е отхвърлена от Подкомитета по съдове под налягане на САЩ поради опасения от поява на пукнатини при прегряване поради опасения от пукнатини в заваръчния метал по време на заваръчните операции (Ref 1).

Минимално време за загряване

Като част от раздел VIII, подразделение 1 на Кодекса ASME, за да се квалифицират като освободени от последваща термична обработка на заварките (PWHT), заваръчните шевове трябва да отговарят на два критерия. Те трябва да се характеризират с минимална температура на предварително нагряване и време на задържане, преди да се квалифицират като освободени. Обработката чрез PWHT намалява крехкото разрушаване чрез намаляване на остатъчните напрежения при заваряване, като същевременно се отпушват твърди, потенциално крехки микроструктури, което помага да се избегнат потенциални сценарии за повреда.

Различните правила за изработка налагат различни изисквания за освобождаване на стоманите. Някои от тях изискват PWHT дори при по-тънки заваръчни шевове от други, в зависимост от съдържанието на въглерод; например BS 1113 [23] и 2633 [24] не го изискват при заваряване на шевове със съдържание на въглерод над 0,25 %.

Въпреки че PWHT е общоприета, точните изисквания към нея остават спорни. Особено в приложенията за производство на електроенергия необходимостта от нея се обсъжда. Различията между изискванията за освобождаване на кодовете за производство биха могли да се дължат на различни професионални организации, които ги изготвят в съответствие с индивидуалния си опит; въпреки това такива различия съществуват и изглежда малко вероятно някога да бъде постигнато единно изискване за освобождаване от PWHT; в настоящата статия се разглеждат тези прилики и разлики, като се предлагат възможни стратегии за рационализиране.