PWHT řešení - zajištění pevnosti a integrity svařovaných konstrukcí

Tepelné zpracování po svařování (PWHT) snižuje zbytková napětí, která by jinak mohla vést k deformaci a praskání svařovaných konstrukcí, a také zabraňuje vzniku křehkého lomu, korozního praskání a únavy těchto materiálů. PWHT zahrnuje zahřívání svarového kovu na určitou teplotu po delší dobu a následné řízení tohoto procesu, aby se zabránilo nadměrnému změkčení, křehnutí a praskání.

Svařování a tepelné zpracování

Svařování je nedílnou součástí vytváření ocelových konstrukcí, ale jeho zbytková napětí mohou vést k jejich kolapsu. Aby se toto riziko vyřešilo, mělo by se po svařování použít tepelné zpracování po svařování (PWHT), které zmírní úroveň napětí v konstrukci a zachová její integritu.

Řešení PWHT zahrnují tepelný proces, který zahrnuje zahřívání svařovaného kovu na specifické teploty po delší dobu a jeho postupné ochlazování v průběhu času. To pomáhá uvolnit veškerá zbytková napětí ve svařenci a současně zlepšit mechanické vlastnosti a zjemnit mikrostrukturu.

Požadavky na pwht závisí na vaší slitině, tloušťce průřezu a dalších proměnných projektu; obecně však platí, že ocel s tlustým průřezem ji vyžaduje častěji kvůli omezením, která způsobují zranitelnější povrchy, jež by mohly způsobit křehké lomové porušení.

PWHT může v tomto úsilí pomoci tím, že popouští tvrdou zónu svaru (HAZ), čímž pomáhá předcházet křehkým lomům během provozu a zvyšuje pevnost svaru.

Zbytková napětí

Zbytková napětí jsou samovyrovnané vnitřní deformace v součástech, které vznikají v důsledku nestejné rychlosti současného ohřevu a chlazení, lokálních rozdílů v rychlosti smršťování mezi částmi svaru, deformace spojené s fázovými přeměnami v kovu nebo vnějšího zatížení, které zůstává po dokončení svařování. Pokud tato zbytková napětí zvyšují vnější zatížení působící zvenčí, zvyšují úroveň napětí v tahu v kritických místech konstrukce, což vede k vysokému napětí v kritických místech odlehčení napětí, což následně způsobuje vyšší napětí v tahu v kritických místech a současně snižuje napětí v tlaku v jiných místech. Svařování může vyvolat zbytková napětí v důsledku nerovnoměrných souběžných cyklů ohřevu/chlazení, lokálních rozdílů mezi díly, různých rychlostí chlazení mezi díly, deformace spojené s fázovými přeměnami mezi fázemi svařovacího procesu nebo deformace spojené s fázovými přeměnami v důsledku nerovnoměrných podmínek souběžného ohřevu/chlazení mezi svařovanými díly; lokální rozdíly mezi smršťováním v důsledku různých rychlostí chlazení v různých úsecích nebo deformace spojené s fázovými přeměnami způsobenými fázovými změnami, k nimž dochází v důsledku rozdílů mezi teplotami svařování během fázových přeměn při zpracování svaru; nakonec vedou k porušení konstrukce v důsledku vnějšího zatížení působícího na konstrukce.

Zbytková napětí vyvolaná svařováním mohou mít katastrofální následky, včetně deformace, praskání a křehkého lomu. Koncentrace zbytkových napětí, která překračují mez kluzu materiálu, může mít za následek vznik jednoosých trhlin v tahu nebo tlaku buď v samotné oblasti svaru, nebo v přilehlých částech konstrukce.

Zbytková napětí ve svařovaných součástech nebo konstrukcích závisí na mnoha faktorech, včetně geometrie svarového spoje, materiálů použitých při svařování, použitých výrobních/opravárenských procesů, tepelného zpracování po dokončení svařování, podmínek zatížení a historie provozu.

Většina zbytkových napětí zůstává neznámá nebo podhodnocená kvůli metodám měření, které nejsou dostatečně přesné, a také kvůli tomu, že neexistuje úplná dokumentace celého životního cyklu konstrukcí. Předvídání nebo zmírňování těchto napětí vyžaduje lepší pochopení a modelování interakcí konstrukčních prvků během výroby a provozních dějů, a navíc lepší znalost toho, kdy k těmto interakcím mohlo dojít.

Mikrostrukturální změny

V rámci svařovacího procesu je roztavený svarový kov vystaven vysokým teplotním gradientům, které mohou vést k mikrostrukturním změnám, jež snižují jeho mechanické vlastnosti, jako je tažnost a houževnatost, což vede k riziku lomu během provozu nebo k poruchám způsobeným korozí pod napětím. Konstrukce svařované tímto procesem jsou tak vystaveny riziku lomu.

Tepelné zpracování po svařování (PWHT) je zásadní proces, který může vyřešit mnoho problémů souvisejících se svařováním a zároveň posílit a zvýšit pevnost konstrukcí. Pro dosažení optimálních výsledků PWHT je nezbytné dodržovat osvědčené postupy, jako je výběr účinné metody, správné teploty ohřevu/chlazení, kontrola kvality během procesu ošetření a také zajištění kvality během procesu kontroly po svařování. Dodržováním těchto pravidel bude vaše konstrukce časem pevnější a spolehlivější.

pwht může pomoci snížit a redistribuovat zbytková napětí, ale PWHT při vyšších teplotách může mít i další výhody. Procesy popouštění nebo srážení mohou snížit tvrdost a zároveň zlepšit tažnost.

Zvolený typ žíhání závisí na materiálu i na systému jeho legování. S rostoucím obsahem uhlíku nebo tloušťkou může být pravděpodobněji vyžadováno PWHT žíhání; mnoho předpisů nařizuje PWHT ošetření, pokud svarový materiál překročí určitou tloušťku; další požadavky mohou zahrnovat chemické složení nebo náchylnost ke koroznímu praskání pod napětím.

Optimalizace

Svařitelnost ocelových součástí závisí na faktorech, jako je proces svařování a vlastnosti materiálu; konstruktéři by měli brát v úvahu svařitelnost součástí, které navrhují v provozu, aby se vyhnuli vytváření prvků zvyšujících napětí, které vedou k předčasnému selhání.

pwht řešení může být zapotřebí k řešení zbytkových napětí a mikrostrukturních změn způsobených svařovacími procesy, včetně zbytkových napětí. PWHT zahrnuje zahřívání materiálu při stanovené teplotě po delší dobu, aby se tato napětí rovnoměrněji rozložila v celé jeho struktuře a současně se snížila úroveň tvrdosti, zlepšila tažnost a úroveň houževnatosti, aby byly splněny konstrukční specifikace.

Vzhledem k tomu, že teplota PWHT závisí na metalurgických vlastnostech materiálu, závisí její stanovení na kombinaci faktorů včetně svařitelnosti a provozních požadavků. Například postupy svařování nízkouhlíkových měkkých ocelí nebo chrom-molybdenových ocelí s požadavky na rázy obvykle určují minimální teploty předehřevu a mezioperační teploty v závislosti na tloušťce.

Teploty PWHT musí být pečlivě řízeny, aby nedocházelo k nadměrné deformaci a křehnutí velkých součástí, jako jsou tlakové nádoby a trubky, které vyžadují podepření kozlíky tvarovanými speciálně pro každou součást. Aby bylo zajištěno rovnoměrné rozložení tepla v průběhu tohoto procesu, měly by být tyto kozlíky rozmístěny v pravidelných intervalech, aby poskytovaly dostatečnou oporu.