Požadavek na tepelné zpracování po svařování

Tepelné zpracování po svařování (PWHT) je u některých konstrukcí vyžadováno výrobními předpisy ke snížení zbytkových napětí při svařování a k popuštění tvrdých, potenciálně křehkých oblastí mikrostruktury, ale jedná se o nákladný proces.

V tabulce 1 níže jsou uvedeny požadavky na minimální tloušťku, při jejichž překročení musí být použita PWHT pro různé normy pro tlakové nádoby a potrubí, a tento článek je přezkoumává spolu s návrhem možných racionalizací těchto požadavků.

1. Snižuje riziko vzniku křehké trhliny

Křehký lom je katastrofický způsob selhání nádob, nádrží a dalších součástí, který často vede ke značným ztrátám na životech a majetku. Křehkému lomu lze předejít správným návrhem, výrobou a kontrolou, například stanovením minimálních energií materiálů podle Charpyho; návrhem s cílem vyhnout se vysokým napětím; odlehčením napětí po tepelném zpracování silných profilů po svařování; přijetím výrobních a kontrolních metod, které minimalizují vady a zároveň zvyšují pravděpodobnost jejich nalezení; prováděním kontrolních zkoušek v rámci pravidelné údržby atd.

Provoz zařízení a potrubí v rámci jejich projektovaných limitů je zásadní, zejména pokud provozní teploty klesnou pod jejich nižší projektovanou teplotu (LDT nebo MDMT podle předpisů ASME). Stávající zařízení z uhlíkové oceli by měla projít posouzením křehkého lomu, jak je podrobně popsáno v API RP 579 Fitness for Service Part-3: Assessment of Existing Equipment for Brittle Fracture.

Toto posouzení musí být založeno na spolehlivém technickém zdůvodnění, nikoli na předpokladech, a musí využívat lomovou mechaniku k definování bezpečných pracovních limitů pro teplotní a tlakové podmínky zařízení. Přístup založený na riziku je mnohem lepší než pouhé dodržování kritérií minimální tloušťky stanovených předpisy, které se často spoléhají na subjektivní zkušenosti namísto technického zdůvodnění.

2. Snižuje riziko zkreslení

Mnohé předpisy a specifikace vyžadují PWHT ke snížení napětí ve svarových spojích, čímž se snižuje riziko prasknutí a zároveň se zvyšuje deformace a pokřivení tlakového zařízení, což následně ohrožuje jeho rozměrovou přesnost, strukturální integritu a zvyšuje riziko netěsností.

Es je možné zmírnit deformace během tepelného zpracování zajištěním správné podpory a chlazení materiálu během zpracování, obvykle pomocí kozlíků tvarovaných speciálně pro danou součást a rozmístěných v pravidelných intervalech kolem jejího průměru. Počet potřebných kozlíků závisí na velikosti, tvaru a tloušťce součásti.

Jako další ochranu proti deformaci se ujistěte, že teplota PWHT nepřekračuje teplotu, která byla původně stanovena pro popouštění oceli. Vyšší teploty mohou způsobit křehnutí nebo přílišné změknutí popouštěné oceli, což by mohlo snížit její pevnost pod stanovené minimální hodnoty a vést k deformaci, která sníží její pevnost pod stanovenou minimální hodnotu. Proto se doporučuje provést mechanické zkoušky po zpracování zařízení PWHT, aby se potvrdilo zachování jeho pevnosti.

3. Snižuje riziko deformace

PWHT zahrnuje zahřátí svařovaného materiálu na vysoké teploty a poté jeho pomalé ochlazení, což může mít za následek deformaci nebo zkroucení tlakového zařízení, což vede ke snížení strukturální integrity, netěsnostem nebo poruchám a vyšší spotřebě energie a přispívá k emisím skleníkových plynů. Kromě toho vyžaduje velké množství spotřebované energie, což přispívá k emisím skleníkových plynů i k dalším problémům životního prostředí.

Procesy PWHT se tradičně používají k uvolnění napětí, úpravě mikrostruktury svarového spoje a difúzi vodíku pro zajištění odolnosti proti korozi a oxidačnímu poškození. Studie však ukázaly, že podobných výhod lze dosáhnout i při nižších teplotách, než se obvykle používají.

Ačkoli PWHT může přinést mnoho výhod, současné předpisy se značně liší v požadavcích na výjimky z PWHT. Tyto rozdíly často vyplývají spíše z inženýrských postupů a zkušeností v různých průmyslových odvětvích než ze specifických metalurgických nebo konstrukčních hledisek; v důsledku toho může docházet k nejasnostem a rozporům mezi požadavky předpisů týkajícími se osvobození od PWHT pro svařence trubek používající materiály P-4 a P-5A v různých předpisech.

4. Snižuje riziko úniku

PWHT vyžaduje podepření zařízení během jeho vystavení vysokým teplotám, aby nedošlo k jeho nadměrné deformaci, často pomocí kozlíků tvarovaných podle jeho tvaru, velikosti a tloušťky. V rámci tohoto procesu se materiál zahřívá na vysoké teploty a poté se v pravidelných intervalech po obvodu postupně ochlazuje, aby se v něm přerozdělilo napětí a vznikla slabá místa, která by mohla snížit pevnost svařence nebo dokonce vést k netěsnostem v jeho konstrukci.

Různé předpisy stanovují různé požadavky na PWHT, přičemž některé specifikace z ní některé materiály nebo svařence zcela vyjímají kvůli faktorům, jako je například tloušťka. Takové rozdíly v požadavcích jsou pravděpodobně spíše výsledkem rozdílných technických postupů a zkušeností s aplikacemi než rozdílných výkladů technických údajů nebo experimentů; doporučuje se, aby v případě, že materiál nebo svařenec bude použit v jaderném provozu, byla jeho kritéria pro vynětí snížena na nulu bez ohledu na tloušťku.

5. Snižuje riziko koroze

Koroze může poškodit zařízení, znečistit půdu a vodní zdroje, uvolnit škodlivé toxiny do ovzduší, oslabit konstrukce, jako jsou nádrže a potrubí, u nichž je větší pravděpodobnost selhání, a zvýšit rizika pro zařízení a personál. Přijetím proaktivních opatření proti korozi můžete tato rizika pro zařízení a personál snížit.

atmosférická koroze nastává, když jsou kovové předměty vystaveny působení kyslíku a vlhkosti, známá také jako rovnoměrná nebo všeobecná koroze, protože proces probíhá v celém rozsahu. Jiné formy koroze, jako je důlková koroze, štěrbinová koroze a koroze pod napětím, mohou být nepředvídatelnější, protože vznikají na určitých místech kovového předmětu.

Ochrana proti korozi závisí na složení kovu i na použitých ochranných metodách. Katodická ochrana zahrnuje pokrytí kovu aktivnějšími prvky, jako je zinek, který při reakci s okolím koroduje a oxiduje, aby ochránil základní kovové složení před korozí. Mezi další způsoby prevence může patřit kontrola obsahu chemických látek ve vzduchu nebo ve vodních zdrojích nebo použití materiálů, které poskytují větší odolnost proti otěru, jako je použití antikorozních nátěrů a barev.