Požadavky na tepelné zpracování po svařování (PWHT) pro trubky z uhlíkové oceli

Mnoho projektů zahrnujících potrubí z uhlíkové oceli může obejít PWHT tím, že využije toleranci tloušťky do 19 mm bez PWHT podle normy BS 2633 a podobných předpisů pro nízkolegované oceli s nižším obsahem uhlíku; tyto požadavky obvykle splňují nebo překračují požadavky stanovené americkými předpisy; norma BS 2633 však stanoví vyšší požadavek na předehřev.

Svařovací postupy

PWHT (Post Weld Heat Treatment) není jen dalším procesním krokem: jedná se o nedílný technický proces, který přímo ovlivňuje integritu zařízení, bezpečnost pracovníků a dlouhodobou výkonnost. PWHT snižuje zbytková napětí a zároveň zjemňuje mikrostrukturu, aby se zabránilo vzniku korozních trhlin pod napětím a aby se korozním trhlinám pod napětím zcela zabránilo.

PWHT zahrnuje zahřívání svařence na zvýšenou teplotu po delší dobu, což umožňuje kovové matrici absorbovat a přerozdělit vnitřní napětí, aby se snížilo riziko křehkého lomu, zlepšila houževnatost a tažnost a zabránilo se poškození vodíkem.

Aby bylo dosaženo optimální úrovně PWHT, musí svařovací postupy zahrnovat opatření pro předehřev i následné tepelné zpracování, včetně výběru vhodných typů a teplot předehřevu, jakož i sledování teplot ohřevu/udržování a provádění opatření pro kontrolu kvality.

Samotná PWHT nemusí být dostatečná pro snížení tvrdosti a zvýšení tažnosti materiálu používaného při svařování; může být nutné provést další procesy vysoce kvalifikovaným svářečským personálem.

Předehřev

Nedávný výzkum vyvinul experimentální a analytickou metodu předehřevu při víceprůchodovém opravném svařování pomocí termovizních kamer a analýzy přenosu tepla; obě metody se ukázaly jako přesné.

Od vydání normy ASME B31.3 z roku 2014 je tlusté potrubí z uhlíkové oceli osvobozeno od PWHT, pokud je předehřáto na teplotu vyšší než kritická austenitická teplota a svary jsou svařovány víceprůchodovými svařovacími postupy - což je důležitý rozdíl oproti předchozím požadavkům.

Tyto nové výjimky sice mohou pomoci ušetřit peníze, ale jsou spojeny s riziky, která je třeba před jejich výběrem pečlivě zvážit. Tyto svary by mohly potenciálně trpět korozí a provozními problémy; navíc by absence požadavků na PWHT mohla vést k nesprávné konstrukci, která by v některých případech vyžadovala opětovné svařování; aby se tomu předešlo, doporučuje se předehřívání.

Tepelné zpracování po svařování

Tepelné zpracování po svařování (PWHT) zahrnuje krátkodobé zahřátí svařenců na určitou teplotu a jejich následné pomalé ochlazení, které pomáhá uvolnit napětí a zvýšit houževnatost svařenců. PWHT je však třeba provádět opatrně, aby nedošlo k nadměrnému nebo nedostatečnému tepelnému zpracování, které oslabuje vlastnosti materiálu.

PWHT spočívá v zahřívání svařence na teplotu 550-625 °C po dobu přibližně jedné hodiny na palec tloušťky, čímž se změní jeho mikrostruktura z austenitické na rovnostranný dvojčatový martenzit a změní se jeho mechanické vlastnosti zvýšením houževnatosti při současném snížení tvrdosti.

PWHT může být v některých případech konstrukčních svarů nezbytná, v jiných však nikoli. Normy ASME B31.1 a B31.3 umožňují omezit tloušťku stěny trubek z C-Mn oceli používaných v tlakových nádobách, potrubních systémech a skladovacích nádržích bez nutnosti PWHT po svařování za předpokladu, že se používá víceprůchodové svařování a jsou provedena opatření pro předehřev.

Kvalifikace

V tabulce 331.1.3 jsou uvedeny podrobnosti o významných změnách provedených v roce 2014 v požadavcích na PWHT pro technologická potrubí z uhlíkové oceli, která podléhala měření PWHT, v reakci na obavy, že předchozí výjimky z limitní tloušťky PWHT mohly být příliš omezující nebo příliš konzervativní.

Zkoušky sponzorované EPRI (Ref. 1) prokázaly, že u materiálů P č. 4 docházelo při zvyšování teploty tepelného zpracování k dramatickým výkyvům tvrdosti a houževnatosti, zejména u spojů různorodých materiálů P č. 1 a P č. 4.

Úpravy normy B31.3 z roku 2014 umožňují, aby všechny materiály z uhlíkové oceli, které spadají do materiálové skupiny P č. 1, a všechny kontrolní tloušťky a typy svarů byly osvobozeny od povinnosti tepelného zpracování po svařování, pokud se před svařováním použije předehřev na teplotu nejméně 95 °C. Tento přístup je podobný tomu, co doporučuje britská norma BS 2633; inspektor NDE však musí i tak ověřit, zda všechny procesy splňují požadavky kodexu.