Изискване за термична обработка след заваряване

Топлинната обработка след заваряване (PWHT) се изисква от производствените норми за някои конструкции, за да се намалят остатъчните напрежения при заваряване и да се закалят твърдите, потенциално крехки области на микроструктурата, но това е скъп процес.

В таблица 1 по-долу са показани изискванията за минимална дебелина, над която трябва да се използва PWHT за различни стандарти за съдове под налягане и тръбопроводи, и в настоящата статия се прави преглед на тези изисквания, като се предлагат потенциални рационализации на тези изисквания.

1. Намалява риска от крехко счупване

Крехкото разрушаване е катастрофален начин на разрушаване на съдове, резервоари и други компоненти, който често води до значителни загуби на човешки живот и имущество. Крехкото счупване може да бъде избегнато чрез правилни практики за проектиране, производство и контрол, като например определяне на минималните енергии на Шарпи за материалите; проектиране за избягване на високи напрежения; освобождаване от напрежения след топлинна обработка на заварките на дебели профили; приемане на методи за производство и контрол, които свеждат до минимум дефектите и същевременно увеличават шансовете за тяхното откриване; провеждане на пробни изпитвания като част от редовните операции по поддръжка и т.н.

Експлоатацията на оборудването и тръбопроводите в рамките на техните проектни граници е от решаващо значение, особено когато работните температури паднат под долната им проектна температура (LDT или MDMT съгласно кодовете на ASME). Съществуващото оборудване от въглеродна стомана трябва да бъде подложено на оценка на крехкото разрушаване, както е описано в API RP 579 Fitness for Service Part-3: Assessment of Existing Equipment for Brittle Fracture (Пригодност за експлоатация, част 3: Оценка на съществуващото оборудване за крехко разрушаване).

Тази оценка трябва да се основава на солидна техническа обосновка, а не на предположения, като се използва механиката на пукнатините за определяне на безопасните работни граници за условията на температурата и налягането на оборудването. Подходът, основан на риска, е много по-добър от простото спазване на критериите за минимална дебелина, определени от правилата, които често разчитат на субективен опит вместо на техническа обосновка.

2. Намалява риска от изкривяване

Много кодове и спецификации изискват PWHT за намаляване на напрежението в заварените съединения, като по този начин се намалява рискът от счупване, а същевременно се увеличават изкривяването и деформацията на оборудването под налягане, което от своя страна компрометира точността на размерите, структурната цялост и увеличава риска от течове.

Възможно е да се намали изкривяването по време на топлинната обработка, като се осигури подходяща опора и охлаждане на материала по време на обработката, обикновено чрез естакади, оформени специално за даден компонент и разположени на равни интервали около диаметъра му. Броят на необходимите естакади зависи от неговия размер, форма и дебелина.

Като допълнителна предпазна мярка срещу изкривяване, уверете се, че температурата на PWHT не надхвърля първоначално определената за закаляване на стоманата. По-високите температури могат да причинят крехкост на закалката или прекомерно омекване и това може да понижи нейната якост под определените минимални нива, което да доведе до деформация, намаляваща нейната якост под определената минимална стойност. Поради това е препоръчително да се провеждат механични изпитвания след обработката на оборудването за PWHT, за да се потвърди запазването на неговата якост.

3. Намалява риска от изкривяване

PWHT включва нагряване на заварения материал до високи температури, след което той бавно се охлажда отново, което може да доведе до изкривяване или деформация на оборудването под налягане, което води до намалена структурна цялост, течове или повреди и по-голямо потребление на енергия и допринася за парниковите емисии. Освен това се изисква използването на големи количества енергия, което допринася за парниковите емисии, както и за други екологични проблеми.

Процесите на PWHT традиционно се използват за облекчаване на напреженията, модифициране на микроструктурата на заваръчните шевове и разпръскване на водорода за устойчивост на корозия и окисление. Проучванията обаче разкриха, че подобни ползи могат да се постигнат и при по-ниски температури от обичайно използваните.

Въпреки че PWHT може да осигури много предимства, действащите норми се различават значително по отношение на изискванията за освобождаване от PWHT. Тези различия често се дължат на инженерни практики и опит в различните индустрии, а не на специфични металургични или структурни съображения; следователно може да има объркване и конфликт между изискванията на кодовете по отношение на освобождаването от PWHT за заваръчни шевове на тръби, използващи материали P-4 и P-5A в различните кодове.

4. Намалява риска от течове

PWHT изисква поддържащо оборудване по време на излагането му на високи температури, за да се предотврати прекомерното му изкривяване, често с помощта на естакади, оформени според формата, размера и дебелината му. Като част от този процес материалът се нагрява до високи температури, след което постепенно се охлажда на равни интервали по периметъра му, за да се преразпределят напреженията в него и да се образуват слабости, които могат да намалят здравината на заварките или дори да доведат до течове в структурите им.

Различните норми налагат различни изисквания за PWHT, като в някои спецификации определени материали или заваръчни шевове са напълно освободени от нея поради фактори като дебелината. Такива разлики в изискванията вероятно са резултат от различни инженерни практики и опит в прилагането, а не от различно тълкуване на техническите данни или експерименти; препоръчва се, ако даден материал или заваръчен елемент ще се използва в ядрена експлоатация, критериите за освобождаване да бъдат сведени до нула, независимо от дебелината.

5. Намалява риска от корозия

Корозията може да повреди оборудването, да замърси почвата и водните запаси, да изхвърли вредни токсини във въздуха, да отслаби структури като резервоари и тръби, които са по-склонни към повреда, и да увеличи рисковете за оборудването и персонала. Като вземете проактивни мерки срещу корозията, можете да намалите тези рискове за оборудването и персонала.

атмосферната корозия възниква, когато металните предмети са изложени на въздействието на кислород и влага, известна също като равномерна или обща корозия, тъй като процесът протича в цялата им площ. Други форми на корозия, като питинг, пукнатинна и напреженова корозия, могат да бъдат по-непредсказуеми, тъй като се образуват на определени места по металния обект.

Защитата от корозия зависи както от състава на метала, така и от използваните методи за защита. Катодната защита включва покриване на метала с по-активни елементи, например цинк, който корозира и се окислява при реакция със заобикалящата го среда, за да предпази основния метален състав от ръждясване. Други начини за превенция могат да включват контрол на нивата на химикали във въздуха или водните източници или използване на материали, които предлагат по-голяма устойчивост на износване, като например използване на антикорозионни покрития и бои.