Tepelné zpracování po svařování

Mnoho předpisů pro potrubí používá lomovou houževnatost svarových spojů jako základ pro místní upuštění od požadavků na tepelné zpracování po svařování (PWHT); tato metoda však nemusí vždy platit pro všechny materiály nebo aplikace.

Požadavky na PWHT pro materiál energetických potrubí obecně závisí na nižší kritické teplotě přeměny jeho základního kovu.

Svařovací postupy

Svařitelnost svarových spojů závisí na různých faktorech, včetně geometrie, dodatečného namáhání, teplot předehřevu a teplot mezi svařováním a hustoty proudu. Kromě toho mají na svařitelnost vliv i materiály s nízkým obsahem uhlíku, jako je AISI P-4 nebo P-5A; vliv může mít i kalitelnost a potenciál k tvorbě trhlin se zpožděním vodíku.

Tepelné zpracování po svařování (PWHT) slouží ke zlepšení vrubové houževnatosti uvolněním zbytkových napětí a uvolněním již existujících napětí v obrobku způsobených výrobními, svařovacími a řeznými procesy. Procesy PWHT obvykle trvají jednu hodinu na 25 mm tloušťky při teplotě 600 °C.

Požadavky na PWHT se obvykle řídí kritérii svařitelnosti a výrobní předpisy stanoví podrobné požadavky na místní PWHT. Značná část těchto předpisů se zaměřuje na požadavky na mezní tloušťku - předpoklad založený na tom, že křehký lom je pravděpodobnější bez PWHT než s ní - nicméně tento předpoklad byl zpochybněn analýzou lomové mechaniky; konkrétně porovnání hlavních křivek pro tupé svary v ocelových trubkách prokázalo tento závěr a zjistilo, že současné mezní tloušťky PWHT jsou v některých výrobních předpisech příliš omezující.

Předehřátí

Předehřev ocelí před svařováním je nezbytný pro minimalizaci svařovacích napětí a zbytkových napětí v závislosti na tloušťce svařence a obsahu slitiny. K přesnému sledování těchto teplot by se měly používat teplotní indikátory nebo termočlánkové pyrometry.

Předehřev snižuje kritický gradient rychlosti pro daný ekvivalentní poměr a zvyšuje rychlost laminárního plamene, čímž vytváří stabilnější oblouky s menším rozstřikem. (Obr. 20).

Předehřev se používá ke zvýšení tvrdosti svarového kovu a tepelně ovlivněné zóny (HAZ) u uhlíkových a nízkolegovaných ocelí tím, že zpomaluje jejich ochlazování, čímž snižuje výskyt vad, jako jsou pórovitost a dutiny v HAZ, zlepšuje mechanické vlastnosti a snižuje riziko vzniku trhlin způsobených vodíkovou křehkostí (označovaných také jako zpožděné trhliny nebo trhliny pod perlíkem) u uhlíkových/nízkolegovaných ocelí a austenitických nerezových ocelí s vysokým obsahem niklu, jako je typ 347/Incoloy 825.

Snížení teploty předehřevu a teploty mezi průchody může pomoci zvýšit tloušťku svaru bez následného tepelného zpracování (PWHT), zejména u svarů udržujících vysoký tlak, jako jsou tupé, nástrčné a koutové svary na závitových spojích a spojích trysek. Na základě studií křehkého lomu provedených společností E2G by zrušení povinné PWHT u nízkolegovaných dílů svařovaných na tlak podle normy ASME B31.3 snížilo houževnatost svarů a zároveň zvýšilo riziko křehkých poruch.

Tepelné zpracování po svařování

Tepelné zpracování po svařování (PWHT) je účinným prostředkem k odstranění škodlivých zbytkových napětí ve svařovaných součástech, jako jsou tlakové nádoby a potrubí, a zároveň snižuje jejich náchylnost k podmínkám prostředí, které způsobují iniciaci trhlin nebo křehký lom. Vždy je třeba dodržovat požadavky předpisů, aby byla zachována integrita vyrobených svařenců.

Procesy PWHT jsou obecně vyžadovány u svařenců z uhlíkové oceli s tloušťkou přesahující předem stanovenou mez, aby byly chráněny před vodíkovým zpožděným lomem a dalšími jevy koroze pod napětím, včetně vodíkového zpožděného lomu. PWHT zahrnuje podmínky ohřevu, chlazení a namáčení, které ovlivňují vlastnosti svarového materiálu vyplývající z tohoto procesu - nadměrná nebo prodloužená doba namáčení může mít za následek oduhličení, debrittlement nebo embrittlement, což negativně ovlivní jeho vlastnosti pevnosti v tahu, pevnosti při tečení nebo vrubové houževnatosti.

Požadavky na PWHT pro uhlíkové oceli se liší v různých výrobních a opravárenských předpisech v závislosti na mezních hodnotách tloušťky a průměru, přičemž rozdíly lze pravděpodobně přičíst různým výkladům technické databáze nebo vývoji výrobních/svařovacích postupů v průběhu času. Současné předpisy ASME BP&V povolují výjimky ze zkoušek PWHT až do tloušťky 5/8 palce materiálu používaného v jaderném provozu na základě předpokladů, jako je zvýšená svařitelnost tenkostěnných materiálů s velkým průměrem; jejich přirozené charakteristiky lomové houževnatosti; dostatečná odolnost vůči lomu s nízkou energií.

Chlazení

Postupy PWHT musí být přizpůsobeny konkrétně pro každou součást, přičemž teploty závisí na její tloušťce; ASME VII platí pro tloušťky nad 19 mm, zatímco normy BS EN 13445 a BSPD 5500 se vztahují na tloušťky 35 mm a větší. Rychlost chlazení také závisí na tloušťce; jedna hodina na každých 25 mm tloušťky a chlazení bez přístupu vzduchu je přípustné pod 800 stupňů Celsia. Při PWHT se obvykle používají buď stálé pevné pece, nebo přenosné pece typu top hat s vozíkem pro velké neskladné díly.