Tepelné zpracování po svařování (PWHT) a předehřívání (PWHT)

Zkoušky PWHT jsou základním prvkem zajištění kvality v průmyslových odvětvích, jako je ropný a plynárenský průmysl a výroba energie, protože zajišťují lepší odolnost proti tepelné únavě a zvyšují spolehlivost.

Náklady a odborné znalosti jsou dvě hlavní překážky při výrobě tlakových nádob a potrubních systémů, jako jsou ty uvedené v tabulce 1. Rozdíly mezi výrobními normami pro tlakové nádoby a potrubí mohou velmi ztížit jakékoli pokusy o racionalizaci.

Tepelné zpracování svarů

Tepelné zpracování po svařování, běžně označované jako uvolňování napětí, slouží ke snížení a redistribuci zbytkových napětí způsobených svařováním. Tento proces zahrnuje zahřátí svařence na přesně stanovenou teplotu a poté jeho pomalé ochlazení, aby se zabránilo opětovnému vzniku nových napětí; přesná teplota a doba trvání tohoto procesu jsou určeny příslušnými předpisy.

Při PWHT se také využívají vyšší teploty, které vyvolávají metalurgické změny, jako je popouštění, srážení a stárnutí, které pomáhají zvyšovat pevnost svarového spoje tím, že vyvolávají procesy popouštění, srážení a stárnutí, které pomáhají snižovat tvrdost, zlepšovat tažnost a minimalizovat rizika křehkého lomu u některých materiálů. Tento proces pomáhá snižovat tvrdost a zároveň zlepšovat tažnost a také snižovat rizika lomů v těchto materiálech.

Zkoušky PWHT jsou nezbytné v mnoha průmyslových odvětvích a aplikacích, včetně jaderných elektráren, ropovodů a plynovodů a tlakových nádob. PWHT je nezbytným prvkem při uvádění do provozu, který zajišťuje, že svary na těchto kritických částech zařízení vydrží vysoké teploty, tlaky a korozní prostředí, ve kterém budou pracovat.

Pro přesné a opakovatelné výsledky je zásadní použití regulovatelných odporových ohřívacích systémů ve spojení s termočlánky pro přesné a konzistentní sledování teplot svařenců. Doba namáčení by měla být rovněž řízena tak, aby se minimalizovaly tepelné gradienty napříč svařovaným materiálem a nedocházelo k pouhému přesunu existujících zbytkových napětí. Předehřev by měl být také upraven podle typu a tloušťky ošetřovaného materiálu, aby se dosáhlo maximální účinnosti.

Předehřívání

Tepelné zpracování je nákladná a časově náročná operace, která se používá ke zlepšení pevnosti, houževnatosti, odolnosti proti korozi a zbytkových napětí ve svařovaných součástech. Je specifikováno jako součást mnoha předpisů a norem pro svařování a předehřev je dalším nezbytným postupem, který snižuje riziko vzniku trhlin během svařovacích procesů.

Svařovací předehřívač, který se obvykle skládá z keramických rohoží nebo elektrických pásových ohřívačů, může být umístěn buď v oblasti svaru, nebo v její blízkosti a zahříván podle určitého teplotního profilu. Teploty předehřevu jsou řízeny elektronicky prostřednictvím elektronického regulátoru s termočlánky a možností záznamu dat.

Pro určení ideální teploty předehřevu je třeba vzít v úvahu mnoho faktorů, včetně požadavků předpisů, chemického složení základního kovu, tloušťky průřezu, úrovně omezení, teploty okolí a obsahu difúzního vodíku v plnivovém kovu. Aby se zabránilo praskání svarových spojů při svařovacích procesech a kombinacích tloušťky průřezu. Optimálně by však měla být minimální hodnota překročena, aby nedošlo k porušení bezpečnostních požadavků pro určité procesy svařování základních kovů a kombinace tloušťky průřezu.

Například u tupých svarů podle normy ASTM A572-Gr50, které vyžadují místní dodatečné tepelné zpracování v rozsahu nejméně 2 palců kolem svaru, je nutné místní dodatečné tepelné zpracování, aby se zajistilo, že teploty předehřevu jsou dostatečné k zabránění vzniku trhlin během svařování a ke snížení vzniku trhlin souvisejících s vodíkem tím, že se ihned po svařování vytlačí veškerý zbývající vodík.

Ošetření po zahřátí

Tepelné zpracování je výrobní proces, který zahrnuje pečlivé zahřívání a následné ochlazování kovů a slitin za účelem změny jejich mikrostruktury, což má přímý vliv na jejich mechanické vlastnosti - někdy vede k výraznému zvýšení pevnosti a houževnatosti.

I když může být dodatečný ohřev součástí svařovacího postupu, jeho účel obvykle určuje zákazník a může, ale nemusí být předepsán předpisy. Požadavky zákazníka obvykle určují teplotu a dobu trvání namáčení. Pokud je to stanoveno jako požadavek předpisu, měla by doba zahrnovat jak svarový kov, tak i základní kov na obou stranách; teplota musí zůstat pod spodní kritickou teplotou a po skončení musí proběhnout řízené chlazení.

Některé nízkolegované oceli, jako jsou kalené materiály v prostředí HAZ, vyžadují tepelné zpracování po svařování, aby se dosáhlo vhodné mikrostruktury z hlediska pevnosti a houževnatosti. Nejenže to vyžadují požadavky předpisů, ale slouží to také jako důležitý bezpečnostní postup, aby se v budoucnu zabránilo vzniku vodíkových trhlin.

Pracovníci, kteří se zabývají tepelným zpracováním takových materiálů, obvykle dávají přednost žíhání roztokem před žíháním kalením, protože umožňuje dosáhnout vyšších teplot, které pomáhají zabránit vzniku škodlivých fází nebo částic, které by jinak vznikly při žíhání kalením.

Výjimky

Vzhledem k tomu, že PWHT může být nákladná, je důležitým problémem osvobození od jejího požadavku při výrobě. Určení prahové hodnoty tloušťky, která vyžaduje PWHT, může být u velkých ocelových sestav, které používají houževnaté materiály, náročné; některé výrobní normy a kontrolní předpisy nyní stanovují jako povinné PWHT ošetření svařenců, které tuto prahovou hodnotu tloušťky překračují.

Tento článek hodnotí a porovnává různé výrobní předpisy (především normy pro potrubí a tlakové nádoby) s ohledem na požadavky PWHT nad určitou tloušťku, požadavky na zkoušky houževnatosti (Charpyho zkouška) a také potenciální možnosti racionalizace mezi normami BS 2633 [25], ASME VIII a ASME B31.1 a B31.3.

Zjištění ukazují, že ačkoli mezi různými zvažovanými kódy výroby existují určité podobnosti, nezdá se, že by sladění podle materiálových skupin bylo vhodným přístupem k dosažení určitého stupně racionalizace. Kromě toho je třeba zavést zkušební programy, aby se odstranily některé anomálie zjištěné v této oblasti požadavků na výrobní předpisy, což je předmětem další části 2 tohoto článku.