Термична обработка след заваряване

от Администратор88в свързани с продуктана Присъства на

Топлинната обработка след заваряване (PWHT) е стандартен промишлен метод за топлинна обработка на метални части и заваръчни съединения при температури, по-ниски от долната им критична температура на трансформация, обикновено преди заваряване или металургични приложения като съдове под налягане и тръбопроводи.

Локалната PWHT е подход за минимизиране на деформацията извън равнината. Този метод е изследван с помощта на анализ на крайни елементи и местните разпределения на напреженията са сравнени с тези от PWHT в пещта.

Сила на заваряване

Термичната обработка след заваряване, наричана често съкратено PWHT, е важна стъпка след завършване на заваряването, която включва нагряване на метала до температура под критичната температура на трансформация и задържането му там за определен период от време. Това спомага за намаляване на остатъчните напрежения в зоната на заваряване, като същевременно повишава здравината и помага за предотвратяване на крехки счупвания в заваръчните съединения. Във възможно най-кратък срок след приключване на заваряването то трябва да се извърши - неговото значение не бива да се пренебрегва!

PWHT се налага поради заваръчните процеси, които създават високи температурни градиенти между изходния материал и заваръчния метал, като по този начин се създават напрежения в заваръчния материал, които надвишават проектните граници на напреженията. PWHT може значително да намали тези напрежения, подобрявайки здравината и издръжливостта на заварените конструкции.

Осигуряването на стабилен температурен цикъл изисква натоварваните конструкции или компоненти да получат подходяща опора. Подпорите, проектирани така, че да прилягат към контурите на обекта на равни интервали, ще помогнат да се сведе до минимум изкривяването; това е особено важно при дълги или неудобно оформени компоненти, тъй като разликите в топлинното разширение между секциите могат да доведат до огъване или изкривяване на материала с течение на времето.

Усъвършенстваните пещи за PWHT са проектирани така, че да бъдат гъвкави и универсални и да могат да изпълняват много различни процеси, като отгряване, стареене, нормализиране, намаляване на напрежението и закаляване. Тяхната двустенна конструкция ограничава топлинните загуби, като същевременно пести енергия; прецизните системи за управление следват задължителните профили на нагряване/охлаждане, предписани от правилата за заваряване, като термодвойките измерват както вътрешната температура на пещта, така и температурата на заваръчния материал за постигане на точни резултати.

Остатъчно напрежение при заваряване

Остатъчните напрежения играят съществена роля в работата на точковите заварки. Компресивните остатъчни напрежения притискат материалите един към друг, докато опънните остатъчни напрежения ги разкъсват; компресията обикновено повишава якостта на умора и живота при умора, като забавя разпространението на пукнатините и увеличава устойчивостта на пукнатини, предизвикани от околната среда, като например водородно пукнатинообразуване или корозионно пукнатинообразуване.

Остатъчните напрежения на опън водят до намаляване на живота при умора, увеличаване на потенциала за напукване и податливост на крехки разрушения в заварените конструкции. Точното им естество и степен зависят от няколко фактора, включително геометрията на конструкцията, производствените процедури, използваните методи на заваряване, прилаганите след заваряването обработки, условията на експлоатация и др.

Прогнозирането и смекчаването на стресовите фактори не е проста задача поради сложните нелинейни взаимодействия между различните променливи. Освен това измерванията на остатъчните напрежения и аналитичните прогнози често показват значително разсейване и променливост поради много различни причини, включително несигурност в местата на измерване/използваните материали, както и грешки, внесени в измерените данни или неправилни допускания при аналитичното моделиране.

За точното прогнозиране и намаляване на остатъчните напрежения е необходимо да се придобият задълбочени познания за фундаменталните процеси, определящи тяхното развитие в заварените конструкции. За да подпомогне това начинание, този специален брой включва 13 оригинални научни статии, фокусирани върху математически модели, експериментални техники и методики за измерване, разработени специално за откриване и намаляване на остатъчните напрежения, причинени от заваряване, за различни геометрии на съединенията и условия на заваряване.

Заваряване напукване

PWHT може да се извършва върху много проекти - от тръбни макари и съдове под налягане до сфери за съхранение и сфери за съхранение, в специално изградени пещи на място. Когато обаче става въпрос за по-големи и/или по-тежки конструкции, като например съдове, инженерните фирми могат да създадат специално пригодени пещи, съобразени с нуждите на техните клиенти.

PWHT е необходима поради остатъчните напрежения, възникващи при заваряване на дебели материали. Когато се комбинират с напреженията от натоварването, тези остатъчни напрежения могат да надхвърлят ограниченията на материала и да доведат до разрушаване на заваръчния шев. PWHT спомага за намаляване на тези остатъчни напрежения, но в резултат на това настъпват микроструктурни промени, които намаляват здравината и еластичността на материала.

Нисколегираните и високовъглеродните стомани, по-специално, са по-предразположени към студено напукване поради това, че са по-крехки и губят якост на опън при охлаждане от зоната на заваръчния пръст.

Правилата за заваряване изискват плавен преход на заваръчния метал към основния метал в точката на заваряване, за да се избегне образуването на "напрежения", които водят до напукване. Постигането на тази цел чрез използване на подходящи скорости на движение и настройки на напрежението, както и заваръчни естакади, оформени специално за компонента, може да помогне за избягване на прекомерни деформации; редовното поставяне трябва да помогне за осигуряване на равномерна заварка.

Фрактура при заваряване

Тъй като при заваряването на метали се получават неравномерни цикли на нагряване и охлаждане, което води до натрупване на вътрешни сили, известни като остатъчни напрежения в материала, това може да доведе до деформации и намалени механични свойства, които водят до повреди на заваръчния шев и по-голям потенциал за напукване - което налага топлинна обработка за намаляване на напрежението след заваряване като важен начин за защита на здравината и експлоатационните характеристики на заварените изделия.

Пещта за PWHT се използва за намаляване и преразпределяне на остатъчните напрежения чрез многократни цикли на нагряване и охлаждане, като се предизвиква закаляване, което подобрява еластичността на материала и устойчивостта му на крехко разрушаване. Подобна термична обработка се изисква от много норми и стандарти, за да се гарантира безопасността на заварените конструкции.

Топлинната обработка на компонентите може да се извършва в пещ, която е постоянно инсталирана, преносима или монтирана на място. За да се постигнат оптимални резултати, тези пещи трябва да бъдат разположени така, че да се избягват области, които могат да предизвикат прекомерни температурни градиенти или разлики; в противен случай тези области биха довели до превишаване на температурата на фазово преобразуване на компонента и до неочаквани промени в обема и фазата.

PWHT включва нагряване на части от заварена конструкция до високи температури и задържането им при тези температури за продължителен период от време. Стандартната насока предлага да се отдели един час на 25 мм дебелина; възможно е да се приложи и локално PWHT, въпреки че трябва да се спазват определени ограничения.