Какво представлява топлинната обработка след заваряване (PWHT) и защо е необходима при заваряване?

Термичната обработка след заваряване (PWHT) е контролиран процес, при който заварените материали се нагряват обратно под критичната температура на трансформация и се задържат там за предварително определен период от време. PWHT е съществена стъпка в процесите на заваряване и много норми налагат топлинната обработка след заваряване като задължителна стъпка.

Определение

Заваряването генерира големи остатъчни напрежения в материалите, които в комбинация с напреженията от натоварването надвишават проектните граници на материалите. В резултат на това заварените конструкции са по-предразположени към водородно индуцирано напукване и корозионно напукване под напрежение; за да се намали този риск, често се използва топлинна обработка след заваряване (PWHT).

PWHT (Процес за термична обработка на заваръчни шевове) включва нагряване на заваръчния шев до оптимална температура и след това охлаждане, като времето, прекарано при всяка температура, варира в зависимост от местните закони и спецификациите на материала. PWHT не само намалява остатъчните напрежения, но може също така да помогне за увеличаване на здравината и еластичността на заваръчните шевове.

Заваръчните съединения, които изискват високи температури на PWHT, изискват подходяща опора по време на термичната обработка. Специално оформените за компонента подпори могат да осигурят тази опора и да се поставят редовно по протежение на конструкцията, за да се управлява топлинният градиент между участъците, които се подлагат на PWHT, и тези, които все още са студени.

Изискванията за PWHT обикновено зависят от химическия състав и дебелината на материала; раздел VIII на ASME го изисква за материали с по-голяма от определена дебелина, докато други зависят от вида на услугата, на която ще бъде подложена конструкцията, например ядрените електроцентрали трябва да спазват строги стандарти за безопасност и надеждност при заваряване на компоненти.

Значение

Термичната обработка след заваряване или PWHT е процес, който променя микроструктурата на заваръчните зони, за да намали остатъчните напрежения и да повиши якостта, както и да намали рисковете от водородно индуцирано напукване и корозионно напукване под напрежение в заваръчните конструкции. PWHT трябва да се разглежда като съществена стъпка в процесите на заваряване, за да се гарантира безопасната експлоатация на вашето оборудване.

Нуждите от PWHT зависят от няколко фактора, включително вида и дебелината на материала, както и от потенциала за водородно индуцирано напукване и корозионно напукване под напрежение. PWHT може да се изисква от кодовете или стандартите въз основа на химическия състав, а не само на дебелината.

В определен момент от процеса на заваряване се появява температурен градиент между заваръчния метал и изходния материал, което води до напрежение в заваръчния метал, което в крайна сметка може да надхвърли проектните граници. PWHT ви предлага възможност да намалите това вътрешно напрежение чрез нагряване на заваръчния метал за продължителен период от време при определена температура.

Въпреки че PWHT може ефективно да намали остатъчните напрежения, използването ѝ може да се окаже опасно, ако не се поддържа правилно по време на процеса на нагряване. Ако някой компонент не може да издържи собственото си тегло при температурите на PWHT, трябва да се осигури подходяща опора с естакади, които да пасват на формата и пространството му по подходящ начин; може да възникне прекомерно изкривяване в резултат на разликата в топлинното разширение между различните части на конструкцията.

Обхват

Топлинната обработка след заваряване (PWHT) е контролиран процес, при който завареният материал се нагрява над долната критична температура на трансформация и се задържа там за продължителен период от време. Основната цел на PWHT е да се отпуснат остатъчните напрежения и да се пренастрои микроструктурата в зоната на заваряване, за да се намали податливостта на напукване, умора и корозия.

Изпитването PWHT често е необходимо при проектирането на съдове под налягане и тръбопроводни системи, като индустриалните кодекси, като ASME Pressure Vessel and Piping Codes, изискват неговото извършване върху определени материали, за да се гарантира безопасна конструкция с оптимални механични и металургични свойства.

В зависимост от химическия състав и дебелината на материала, както и от условията на експлоатация, при които ще работи компонентът, може да се наложи да се извърши PWHT. PWHT е ефективна за намаляване на остатъчните напрежения, създадени по време на заваряването, както и за преориентиране на заваръчния метал за подобряване на пластичността, издръжливостта и здравината в зоната на заваряване.

С увеличаването на нивата на натоварване се увеличават и изискванията за PWHT. Релаксацията на напреженията при заваряване зависи както от времето, така и от температурата по време на циклите на третиране с PWHT; за да се сведат до минимум проблемите с деформациите, крехкостта и прекомерното омекване, като същевременно се реализират ползите от нея, без да се накърняват изпитваните механични свойства, скоростите на нагряване/охлаждане/толерансът/времето на накисване трябва да се управляват правилно, за да се използват всички нейни предимства.

Терминология

Топлинната обработка след заваряване (PWHT), известна също като топлинна обработка след заваряване, е техника, предназначена за облекчаване и възстановяване на баланса на остатъчните напрежения, причинени от процесите на заваряване, както и на микроструктурните промени, въведени в материала при самото заваряване. PWHT може да се използва и за контролиране на твърдостта или подобряване на механичната якост - неразделен компонент на повечето заваръчни процедури и често се изисква от индустриалните кодекси, като например кодексите на ASME за съдове под налягане и тръбопроводи.

PWHT спомага за предотвратяване на водородно индуцирано напукване (HIC), като разпръсква околния водород в заваръчния шев и увеличава общата якост на съединението.

PWHT (Pressure Wash Heat Treating) е друг процес, който се използва за намаляване на потенциала за корозионно напукване под напрежение на заваръчните шевове чрез постепенно нагряване и бавно охлаждане до температури, по-ниски от критичната температура на трансформация, като постепенно се намаляват нивата на напрежение в шева. PWHT е неразделна част от всички спецификации за квалификация на заваръчните процедури - всяка промяна в изискванията за температура или време на накисване изисква повторно сертифициране; по същия начин тя играе съществена роля при заваряване на шевове на съдове, които имат комбинирани заваръчни шевове с жлебове и филетки, които често произвеждат по-високи остатъчни напрежения от единичните жлебове или филетки поради обемното използване на заваръчния метал в сравнение с единичните жлебове/филетки.