Srovnání požadavků ASME B31 3 PWHT

Před rokem 2014 norma ASME B31.3 vyžadovala, aby byly svary z uhlíkové oceli po svařování tepelně zpracovány (PWHT). Avšak s nedávnými změnami tohoto předpisu, které umožňují výjimky, pokud tloušťka svaru překročí určité limity, se dodatečné tepelné zpracování svaru stává v některých případech nepovinným.

Tento článek analyzuje argumenty používané k odůvodnění výjimek a ukazuje, že mnohé z nich jsou neplatné nebo neúplné. Dále bude uveden pohled dodavatele EPC a praktické přístupy, které mohou pomoci zmírnit rizika.

Požadavky na PWHT

PWHT uhlíkové oceli může být nákladný a složitý proces, přesto roste zájem o odstranění jeho požadavku z výrobních norem pro určité aplikace. Tento trend lze nalézt zejména v petrochemickém průmyslu a ve výrobě elektrické energie prostřednictvím EGWP (The Electricity Generators Welding Panel). První část tohoto seriálu srovnává a porovnává různé výrobní normy, pokud jde o to, kdy se PWHT stává povinnou pro svary, přičemž zvláštní pozornost je věnována případným rozdílům v požadavcích mezi jednotlivými průmyslovými odvětvími.

PWHT slouží nejen ke zmírnění napětí, ale může také vyvolat fázové přeměny a zmenšit velikost zrn, čímž se zvýší pevnost a houževnatost při současném zmírnění napětí. Teplota by proto měla být pro tento proces dostatečně vysoká, ale ne tak vysoká, aby v důsledku toho došlo k praskání svarů.

Stejně jako u každé výrobní normy závisí požadovaná teplota PWHT ve svaru na materiálech použitých při svařování. Například norma ASME B31.3 vyžaduje teploty PWHT pro svary trubek různých tlouštěk v závislosti na čísle P a čísle skupiny materiálu trubky; silnější trubky mohou mít nárok na výjimku, pokud se použije předehřev a víceprůchodové svařování s předehřátým drátem, přičemž víceprůchodové svařování je přijatelnou variantou procesu; teploty povolené v těchto předpisech se pohybují od pouhých 1100 stupňů F pro ocel P č. 4 (skupina 1) až po přibližně nižší kritickou teplotu pro oceli 1-1/2 Cr.

Teplota předehřátí

Teploty předehřevu jsou nedílnou součástí svařovacích procesů. Pomáhají snižovat rychlost ochlazování v oblastech svaru a současně zlepšují jejich tažnost, čímž zlepšují kvalitu svaru a výsledky v tepelně ovlivněné zóně (HAZ). Je však nezbytné, abyste věděli, jak určit vhodnou teplotu předehřevu pro váš projekt.

Například při svařování nízkouhlíkové oceli o tloušťce menší než 1 palec (25,4 mm) může jako teplota předehřevu postačovat 100 stupňů Celsia; pokud však místo toho svařujete legovanou ocel nebo jiný vysokopevnostní materiál, doporučuje se vyšší teplota předehřevu.

Teploty předehřevu se liší v závislosti na chemickém složení základního kovu i na svařovacím procesu; služby ochrany svářeče (WPS) je obvykle nastavují podle typu materiálu a požadavků na svařovací postup uvedených v projektových specifikacích.

Ke sledování a kontrole teploty předehřevu by se měly používat teplotní pastelky nebo infračervené digitální teploměry, přičemž zařízení by měla být umístěna ve vzdálenosti 4t (kde t je tloušťka svařovací linky) od obou zdrojů tepla na obou stranách svařovací linky a ve stejné vzdálenosti od obou zdrojů. Je také důležité mít na paměti, že použití a udržování rovnoměrné teploty po celé délce svaru minimalizuje přehřátí, deformace při propalování i případné účinky tepelného gradientu na spoj.

Doba udržování předehřátého vzduchu

Předběžná doba uchovávání je nedílnou součástí provádění testů SW-846 na šestimocný chrom ve vzorcích půdy, protože stanovení vhodné doby uchovávání zabrání změnám vlastností reprezentativních pro materiál odebraný v době odběru. Kapitoly 3 a 4 poskytují pokyny pro tento postup; další přípravné a určovací metody mohou být specifikovány pro každý projekt zvlášť.

Příliš nízké teploty předehřevu mohou způsobit znečištění zkušebních vzorků, což vede k výraznému prodloužení doby trvání zkoušky a snížení celkové účinnosti postupu. Kromě toho se v důsledku toho může výrazně snížit schopnost přenosu tepla. Aby se tento scénář v budoucích postupech neopakoval, musí zkušební metody zahrnovat vyšší teploty předehřevu s kratší dobou udržování - aby se předem vyrovnala jakákoli neefektivita způsobená nízkými teplotami předehřevu.

U nízkolegovaných ocelí se snadno rozpustnými karbidy lze výrazně zkrátit dobu udržování předehřevu, přičemž pro jejich předehřátí stačí pouze několik minut. Při výpočtu doby namáčení u legovaných materiálů (např. měkkých ocelí obsahujících vysoké množství manganu, které ovlivňuje rychlost, s jakou lze dosáhnout předehřevu) je však důležité brát v úvahu legující faktory, jako je mangan; ASM Handbook Volume 4 nabízí obecné pravidlo 1 hodina/palec tloušťky jako přibližné vodítko při výpočtu doby udržování předehřevu.

Teplotní rozsah PWHT

Podstatou tepelného zpracování po svařování je jeho teplotní rozsah. Aby se maximalizovaly požadované vlastnosti materiálu a zabránilo se vzniku trhlin při opětovném ohřevu, musí být cílová teplota PWHT nastavena dostatečně vysoko, aby je podpořila, aniž by došlo k přehřátí a praskání vlastností materiálu. Je také třeba pečlivě řídit dobu ohřevu a udržování teploty, aby se dosáhlo rovnoměrného rozložení teploty a dostatečného uvolnění napětí; jakékoli chyby při řízení teploty nebo neplánované ochlazování by mohly způsobit fázové přeměny, které zvýší tvrdost a zároveň sníží houževnatost, nebo vytvořit dodatečná napětí, která povedou k praskání.

Požadavky na PWHT se obvykle liší mezi různými materiály trubek a provozními podmínkami a mohou se dokonce výrazně lišit u jednotlivých trubek. Ačkoli tyto rozdíly nemusí nutně představovat žádné bezpečnostní problémy, skutečné obavy vznikají, když se předpisy zdají být z technického hlediska okrajové.

Jako příklad lze uvést požadavky na PWHT v normě B31.1, které se v různých částech předpisu značně liší, přičemž aplikace v energetice vyžadují vyšší teploty PWHT kvůli výpočtům lomové houževnatosti, které používají různé velikosti referenčních vad vyžadujících odlišný rozsah teplot pro požadavky na PWHT.

Dosud provedené studie ukazují, že současné požadavky na teplotu PWHT pro materiály pro energetiku nezajišťují dostatečné zpevnění, a to kvůli teplotám požadovaným předpisy, které jsou příliš nízké pro dosažení zpevnění NiTi laserovým svařováním, a krátkým dobám namáčení, které neumožňují dostatečnou dobu přetavení nebo stabilizace mikrostruktury.