Термична обработка след заваряване и намаляване на напрежението

Термичната обработка след заваряване (PWHT) е важен процес, използван за намаляване на вътрешното напрежение и повишаване на якостта на стоманените компоненти, както и за предотвратяване на напукване и крехки счупвания на материалите.

PWHT (Pressure Wash Heating & Torching) включва нагряване на материала под критичната му температура на деформация и след това се оставя да се охлади равномерно за определен период от време. За постигане на желания резултат могат да се използват различни температури на PWHT и време на накисване.

Намаляване на вътрешните напрежения

Заваряването може да предизвика високи вътрешни напрежения в материала, което влошава свойствата му на якост на разрушаване и увеличава податливостта му на корозионно напукване под напрежение (SCC). PWHT е ефективен процес на топлинна обработка за намаляване на тези остатъчни напрежения; той включва нагряване на зоната на заваряване под диапазона на трансформация, след което бавно се охлажда, за да се намалят вътрешните напрежения, като същевременно се подобрят механичните свойства на заваръчните съединения.

Топлинната обработка след заваряване (PWHT) обикновено се изисква от правилата за оборудване под налягане с дебелини, надвишаващи определени прагове, и се използва за защита на структурни компоненти като резервоари, съдове и тръбопроводи. Има различни фактори, които трябва да се вземат под внимание, когато се определя дали даден проект изисква PWHT, като например вид на материала, изисквания за температура и време за накисване при вземането на това решение.

PWHT често се използва за възстановяване на толерантността на размерите и свеждане до минимум на изкривяванията, причинени от неравномерни условия на нагряване и охлаждане. Заваръчният метал може да се охлажда с различна скорост от заобикалящия го основен метал, което води до неравномерно разпределени напрежения, които трябва да бъдат намалени, за да се минимизира изкривяването. Освобождаването от напрежения премахва и преразпределя тези напрежения, за да се сведе до минимум изкривяването.

PWHT може също така да намали водородно-индуцираното напукване (HIC). HIC се появява, когато еластичните метали са изложени на опънни напрежения в киселинна среда и попадат под напрежение, което прави диагностиката и лечението трудни. PWHT може да спомогне за намаляване на честотата на HIC чрез облекчаване на напреженията на опън, които допринасят за SCC.

Намаляване на твърдостта

Заваряването може да предизвика вътрешни напрежения в материалите, които водят до стрес корозия и водородно индуцирано напукване, и за да се справи с този риск, често се използва процес на термична обработка след заваряване (PWHT). PWHT се извършва чрез нагряване на материала за продължителен период от време, след което той постепенно се охлажда обратно; освен това тя намалява твърдостта, като по този начин улеснява работата на заварчиците.

Температурата и продължителността зависят от заварявания материал, използвания заваръчен процес и желания резултат. За да се осъществи ефективна PWHT, е наложително да се използват подходящо оборудване и съоръжения, нагряването да се извършва за достатъчна продължителност при приемлива температура и скоростта на охлаждане да се контролира по подходящ начин.

Неправилните или небрежни процедури за PWHT могат да доведат до комбиниране на остатъчните напрежения с напреженията при натоварване, което да надхвърли проектните граници на материала, което да доведе до повреди на заварките, по-висок потенциал за напукване и податливост на крехко разрушаване. Това в крайна сметка може да доведе до повреди на заваръчните шевове.

PWHT може да помогне за смекчаване на тези проблеми и предлага няколко предимства в този процес. Например, тя може да намали твърдостта на метала, което улеснява работата с него. Освен това PWHT може да спомогне за намаляване на водородно индуцираното напукване, като изтласква абсорбирания водород, който може да допринесе за водородно индуцирано напукване при някои процеси на заваряване.

Повишена сила

Разтоварването на напрежението често се изисква от нормите като ефективен начин за намаляване на вътрешните напрежения в стоманените компоненти след заваряване. Тази практика спомага за подобряване на здравината, като същевременно се избягват пукнатини при динамични условия на натоварване; освен това намаляването на напреженията позволява на заварките да запазят своята пластичност и якост.

Процесът включва нагряване на зоната на заваряване до определена температура, след което се охлажда, което намалява напреженията и ги разпределя равномерно в метала, подобрявайки твърдостта и еластичността, което повишава устойчивостта на умора, както и спомага за намаляване на индуцираното от водорода напукване при някои марки стомана.

В зависимост от вида на обработвания материал и заваръчния шев могат да се прилагат различни методи за термична обработка, като отгряване, закаляване, закаляване и нормализиране. Всеки от тях има своите предимства и недостатъци, така че е важно да се използва подходящият и да се спазват препоръчителните параметри за време/температура.

Изследванията в областта на механиката за облекчаване на остатъчните напрежения са довели до смесени и често неразбираеми резултати, което прави тълкуването по-трудно от очакваното. Остава неясно дали пластичната деформация, за която свидетелстват промените в границата на провлачане и модула на Юнг, играе някаква роля в облекчаването на напрежението; и понастоящем не съществува количествена връзка между температурата на PWHT и времето на задържане, която да доведе до желаните резултати.

Намаляване на пукнатините от умора

Напреженията, получени в резултат на заваряване, могат да компрометират дългосрочната работа на компонента и да причинят пукнатини от умора, но освобождаването от напрежения може да облекчи тази тревога, като елиминира напреженията, предизвикани от заваряването, и направи компонента по-устойчив на разрушаване от умора при циклични натоварвания. Освен това намаляването на напреженията позволява да се осъществят процеси на отпушване или стареене на материалите - потенциално подобряване на пластичността и същевременно намаляване на рисковете от крехко счупване.

PWHT включва нагряване на детайла над температурата на трансформация за определен период от време. По този начин се създава температурен градиент, който води до отпускане на вътрешните напрежения, като помага за предотвратяване на корозията под напрежение и индуцираното от водорода напукване, като същевременно намалява чувствителността на заваръчния детайл към натоварванията в процеса на експлоатация. PWHT може да се наложи, когато се работи със сложни изделия или отливки със строги допуски на размерите и критични натоварвания, които се нуждаят от специално внимание по време на процесите на заваряване или леене.

Проучванията показват, че равномерната PWHT може да доведе до значително намаляване на остатъчните напрежения при някои заваръчни шевове, като вариациите зависят от различни фактори, като свойства на материала, геометрия и размер на шевовете. Развитието на деформация от пълзене играе много по-голяма роля от пластичната деформация в процесите на равномерна PWHT, базирани на пещта - и по-голямата част от развитието на деформация от пълзене се случва преди началото на времето за задържане на PWHT; следователно е малко вероятно по-кратко време за задържане на PWHT да постигне подобни ефекти на облекчаване на напреженията като дългите.