PWHT решения - Осигуряване на здравина и цялостност на заварени конструкции

Топлинната обработка след заваряване (PWHT) намалява остатъчните напрежения, които в противен случай биха могли да доведат до изкривяване и напукване на заварените конструкции, както и да предотврати развитието на крехко разрушаване, корозионно напукване под напрежение и умора в тези материали. pwht включва нагряване на метала за заваряване до определена температура за продължителен период от време, след което се контролира този процес, за да се избегне прекомерно омекотяване, крехкост и напукване.

Заваряване и термична обработка

Заваряването е неразделна част от създаването на стоманени конструкции, но остатъчните напрежения могат да доведат до разрушаването им. За да се справим с този риск, след заваряването трябва да се приложи термична обработка след заваряване (PWHT), за да се намалят нивата на напрежение в конструкцията и да се запази нейната цялост.

Решенията за PWHT включват термичен процес, който включва нагряване на заварения метал до определени температури за продължителен период от време, след което постепенно се охлажда обратно с течение на времето. Това спомага за облекчаване на остатъчните напрежения в заваръчния шев, като същевременно подобрява механичните свойства и усъвършенства микроструктурата.

Изискванията за pwht зависят от вашата сплав, дебелината на напречното сечение и други променливи на проекта; като цяло обаче стоманата с дебело сечение има тенденция да изисква по-често това поради ограниченията, които причиняват по-уязвими повърхности, които могат да се напукат при крехко разрушаване.

PWHT може да подпомогне това усилие чрез отпушване на твърдата зона на заваряване (HAZ), което помага да се предотвратят крехки фрактури по време на работа и увеличава здравината на заваръчния шев.

Остатъчни напрежения

Остатъчните напрежения са самобалансирани вътрешни деформации в компонентите, които са резултат от неравномерни скорости на едновременно нагряване и охлаждане, локални вариации в скоростта на свиване между частите на заваръчния шев, деформации, свързани с фазови трансформации в метала, или външни натоварвания, които остават след приключване на заваряването. Когато тези остатъчни напрежения увеличават външните натоварвания, приложени отвън, те увеличават нивата на напрегнатост в критичните места на конструкцията, което води до високи напрежения в критичните места на намаляване на напреженията, което от своя страна води до по-висока напрегнатост в критичните места, като едновременно с това намалява натисковата деформация на други места. Заваряването може да предизвика остатъчни напрежения, дължащи се на неравномерни цикли на едновременно нагряване/охлаждане, локални вариации между частите, различни скорости на охлаждане между частите, деформации, свързани с фазови трансформации между етапите на заваръчния процес или деформации, свързани с фазови трансформации, дължащи се на неравномерни условия на едновременно нагряване/охлаждане между заваръчните части; локални вариации между свиване, дължащи се на различни скорости на охлаждане в различни участъци или деформации, свързани с фазови трансформации, причинени от фазови промени, настъпващи поради разлики между температурите на заваряване по време на фазовите трансформации при обработката на заваръчните съединения; в крайна сметка водещи до разрушаване на конструкцията поради външни натоварвания, прилагани върху конструкциите.

Остатъчните напрежения, предизвикани от заваряването, могат да доведат до катастрофални резултати, включително изкривяване, напукване и крехко счупване. Концентрациите на остатъчни напрежения, които надвишават границата на провлачане на материала, могат да доведат до образуване на едноосни пукнатини на опън или натиск в самата заваръчна зона или в съседни части на конструкцията.

Остатъчните напрежения в заварените компоненти или конструкции зависят от множество фактори, включително геометрията на заваръчното съединение, материалите, използвани по време на заваръчните процедури, използваните процеси на производство/ремонт, топлинната обработка след заваряване, прилагана след завършване на заваряването, условията на натоварване и историята на експлоатация.

Повечето остатъчни напрежения остават неизвестни или подценени поради недостатъчно точни методи за измерване, както и поради липсата на пълна документация за целия жизнен цикъл на конструкциите. Предвиждането или намаляването на такива напрежения изисква по-добро разбиране и моделиране на взаимодействието между структурните компоненти по време на производството и експлоатацията, в допълнение към по-доброто познаване на момента, в който тези взаимодействия може да са настъпили.

Микроструктурни промени

Като част от процеса на заваряване разтопеният заваръчен метал се излага на високи температурни градиенти, които могат да доведат до микроструктурни промени, намаляващи механичните му свойства, като пластичност и здравина, което води до риск от счупване по време на експлоатация или до разрушаване при корозионно напукване под напрежение. Това излага конструкциите, заварени чрез този процес, на риск от счупване.

Топлинната обработка след заваряване (PWHT) е важен процес, който може да реши много проблеми, свързани със заваряването, като същевременно укрепва и увеличава якостта на конструкциите. За да се получат оптимални резултати от PWHT, от решаващо значение е да се следват най-добрите практики, като например избор на ефективен метод, подходящи температури на нагряване/охлаждане, контрол на качеството по време на процеса на обработка, както и осигуряване на качеството по време на процеса на проверка след заваряване. Като се придържате към тези правила, вашата структура ще стане по-здрава и надеждна с течение на времето.

pwht може да помогне за намаляване и преразпределяне на остатъчните напрежения, но може да има и допълнителни предимства на PWHT при по-високи температури. Процесите на закаляване или утаяване могат да намалят твърдостта и същевременно да подобрят пластичността.

Видът на отгряване, който ще изберете, зависи както от материала, така и от системата за легиране. С увеличаване на съдържанието на въглерод или дебелината е по-вероятно да се наложи PWHT отгряване; много норми изискват PWHT обработка, ако заваръчният материал надхвърля определена дебелина; допълнителните изисквания могат да включват химичен състав или податливост на корозионно напукване под напрежение.

Оптимизация

Заваряемостта на стоманените компоненти зависи от фактори като процеса на заваряване и свойствата на материалите; инженерите по конструктивно проектиране трябва да обърнат внимание на заваряемостта на компонентите, които проектират в експлоатация, за да избегнат създаването на елементи, повишаващи напрежението, които водят до преждевременна повреда.

може да се наложи да се вземат решения за справяне с остатъчните напрежения и микроструктурните промени, причинени от процесите на заваряване, включително остатъчните напрежения. PWHT включва нагряване на материала при определена температура за продължителен период от време, за да се преразпределят тези напрежения по-равномерно в цялата му структура, като същевременно се понижават нивата на твърдост, подобрява се дуктилността и нивата на издръжливост, за да се отговори на проектните спецификации.

Тъй като температурата на PWHT зависи от металургичните свойства на материала, определянето ѝ ще зависи от комбинация от фактори, включително заваряемост и изисквания за експлоатация. Например процедурите за заваряване на нисковъглеродни меки стомани или хромомолибденови стомани с изисквания за удар обикновено определят минимални температури на предварително нагряване и междинно преминаване в зависимост от дебелината.

Температурите на PWHT трябва да се управляват внимателно, за да се предотвратят прекомерни деформации и крехкост на големи компоненти като съдове под налягане и тръби, които изискват поддържане от естакади, оформени специално за всеки компонент. За да се осигури равномерно разпределение на топлината по време на този процес, тези естакади трябва да бъдат разположени на равни интервали, за да осигурят достатъчна опора.