Tepelné zpracování po svařování

Tepelné deformace způsobené svařováním mohou mít na konstrukce katastrofální dopad. Přesná regulace teploty během tepelného zpracování po svařování (PWHT) zajišťuje minimální deformaci, čímž dochází k uvolnění napětí a obnovení pevnosti a tažnosti svařovaných dílů.

Tepelné zpracování po svařování (PWHT) označuje řadu procesů, jejichž cílem je zmírnit zbytková napětí a zvýšit kvalitu svaru tím, že se uvolní zbytková napětí, zlepší se mikrostruktura oblasti svaru a odstraní se vodík z nerezových ocelí, aby se zabránilo koroznímu praskání pod napětím. Pro tento proces se často používá žíhání.

Odstraňování stresu

Odstranění napětí je často nezbytné pro zajištění dlouhodobé spolehlivosti svařovaných konstrukcí, protože zbytková napětí zvyšují jejich náchylnost k koroznímu praskání pod napětím, což často vede k neplánovaným opravám a vyšším nákladům na údržbu.

Tento proces spočívá v ohřevu kovového výkovku na teploty přesahující jeho dolní kritickou teplotu a následném postupném ochlazování, aby se zachovaly stálé vlastnosti materiálu a zabránilo se jeho deformaci. Rychlost ohřevu a ochlazování je třeba pečlivě regulovat, aby se zabránilo deformaci a zajistily se stálé vlastnosti materiálu.

Velké součásti lze umístit do pece a rovnoměrně je zahřát; tato metoda se nejlépe osvědčuje při zpracování obvodových svarů na trubkách nebo uzavíracích svarů na dlouhých tlakových nádobách. Pokud je součást příliš velká na to, aby se vešla do pece, nebo má neobvyklý tvar, lze místo toho použít lokální ohřev, při kterém se teploty pro uvolnění pnutí aplikují pouze tam, kde je to nutné, a zároveň se zabrání nevyváženému tepelnému roztažení mezi ohřívanými a neohřívanými oblastmi povrchu.

Normalizace

Normalizace spočívá v ohřevu materiálu buď v peci, nebo plamenem na teplotu vyšší než jeho horní kritický bod po dobu určenou podle jeho klasifikace a požadovaného účinku, následně v ponoření do okolního vzduchu a pomalém ochlazování za účelem normalizace jeho mikrostruktury – tím se zjemní zrnitost, zvýší se rovnoměrnost a zmírní se vnitřní pnutí vzniklé v důsledku tohoto procesu.

PWHT umožňuje atomům vodíku, které se během svařování nebo tepelného/kalicího kalení zachytily, difundovat ze svaru, čímž se výrazně snižuje riziko vodíkové křehkosti a praskání způsobeného vodíkem, zároveň se zvyšuje houževnatost a zmírňují se účinky předchozích tepelných úprav na zpevnění.

Optimalizace cyklu ohřevu a ochlazování má zásadní význam při odstraňování pnutí nebo při popouštění materiálů, aby se zabránilo deformacím, k nimž může dojít v důsledku vystavení materiálu vysokým teplotám během tohoto procesu. To je obzvláště důležité při zpracování dlouhých, těžko manipulovatelných konstrukcí nebo součástí, jako jsou tlakové nádoby podle ASME sekce VIII nebo skladovací nádrže podle API 650 – tyto dvě průmyslové normy s jasnými pokyny vám mohou pomoci při výběru vhodné metody tepelného zpracování po svařování.

Temperování

Tato technika spočívá v ohřevu kovů na teploty nižší, než jsou teploty potřebné pro normalizaci, s cílem podpořit metalurgické změny, které snižují tvrdost a zvyšují tažnost, a zároveň pomáhají předcházet praskání způsobenému vodíkovou křehkostí při svařování oceli s velkými tloušťkami.

Při použití technik předehřívání je nezbytné přesné řízení teploty, protože příliš vysoké nebo příliš nízké teplo může vést ke vzniku míst zvýšeného napětí, která způsobují deformace nebo napětí v oblasti svaru. Proto se pro předehřívání běžně používají elektrické odporové ohřívače nebo indukční ohřívací systémy.

Svařované kovy kalené v ochlazovací lázni mají po kalení sklon ke křehkosti a snadnému praskání, což v budoucnu vede k nákladným opravám, pokud kritická tlaková zařízení vyžadují nákladné opravy. Díky popouštění, tj. mírnému opětovnému zahřátí svarů po kalení ochlazováním, se tyto kovy stávají méně křehkými a méně náchylnými k praskání – což pomáhá předcházet nákladným opravám v budoucnu, zejména u kritických tlakových zařízení, jako jsou kritické tlakové nádoby, u nichž může být tento typ úpravy vyžadován normami.

Vypalování vodíku

Někdy je nutné provést speciální tepelné zpracování po svařování, známé jako „vodíkové vypalování“, jehož účelem je odstranit zachycený vodík před a během následného provozu, například při tlakových cyklech.

Vypalování vodíku spočívá v zahřívání svařence na jeho maximální teplotu po dobu nejméně jedné hodiny na palec tloušťky, a to za účelem zmírnění zbytkových napětí, zvýšení odolnosti proti křehkému lomu a snížení rizika vodíkového křehnutí ocelových konstrukcí.

Ohřev svařenců se často provádí pomocí indukčního ohřevu; elektrický proud napájí prvek omotaný kolem svaru, který vytváří magnetická pole a vyvolává odporový ohřev kovu. Termočlánky pro regulaci teploty umožňují přesné měření špičkových teplot bez ovlivnění ostatních součástí konstrukce – při správném provedení tento proces pomáhá rychleji obnovit výrobu.