Kódy tepelného zpracování po svařování (PWHT)

Současné konstrukční předpisy pro potrubí a tlakové nádoby stanoví, že PWHT může být nutná, pokud tloušťka materiálu překročí stanovenou mezní hodnotu, která se obvykle určuje měřením Charpyho energie. Některé uhlíkové a nízkolegované oceli mají nárok na výjimku, pokud se použije vhodný cyklus předehřevu.

Obvodové svary ocelových trubek prošly posouzením společnosti Mohr, které naznačuje, že nemusí vyžadovat ošetření PWHT.

Co je ASME PWHT?

Tepelné zpracování po svařování (PWHT) je stále populárnější technikou pro zmírnění zbytkových napětí ve svarech tlakových nádob a potrubních zařízení, často specifikovanou v předpisech jako požadovanou pro svařence z uhlíkové oceli s tloušťkou nad určitou mezní hodnotou, aby se snížila jejich náchylnost k iniciaci trhlin a křehkému lomu. Provádění PWHT na velkých dílech je bohužel někdy nepraktické nebo nákladné z důvodu vzdálených míst nebo velké hmotnosti součásti, a proto se místo toho mohou používat bodové konfigurace nebo konfigurace PWHT s býčím okem.

Tyto konfigurace obvykle využívají namáčení, ohřev a regulaci sklonu pásem, které jsou dimenzovány a umístěny tak, aby se zabránilo deformaci, praskání sousedních svarů a vzniku silných zbytkových napětí. Bohužel vzhledem ke složitosti těchto konstrukcí je přesná předpověď jejich tepelně-mechanické odezvy velmi náročná. Pokročilé výpočetní simulační techniky použité v tomto šetření poskytují analytikům způsob, jak zajistit, aby jakékoli lokální konfigurace PWHT zavedené po opravách zařízení nezpůsobily nákladná dodatečná poškození, jako je deformace a praskání, která dále prodlužují dobu odstávky zařízení.

Současné konstrukční předpisy pro tlakové nádoby a potrubí obvykle předepisují PWHT, pokud tloušťka svařence překročí hodnotu stanovenou na základě vlastností materiálu při Charpyho rázové zkoušce, avšak požadavky se v jednotlivých předpisech liší a limity tloušťky stanovené v různých předpisech se značně liší. Naše šetření ukázalo, že přístup podobný tomu, který používá PD5500, by mohl pomoci vyřešit některé z těchto rozdílných specifikací.

Jaká je prahová hodnota tloušťky ASME PWHT?

Jak je uvedeno v tabulce 1, zatímco předpisy pro potrubí a tlakové nádoby obvykle vyžadují PWHT až do tloušťky 19 mm pro C-Mn oceli, obecné konstrukční normy, jako je BS 5400 pro mosty nebo 2633 [25] pro budovy, mohou stanovit nižší prahové hodnoty pro výjimku z požadavků na PWHT. Tyto rozdíly pravděpodobně vyplývají z rozdílů v chemickém složení ocelí a také z rozdílných požadavků na lomovou houževnatost (jak je znázorněno na obrázku).

Tepelné zpracování po svařování pomáhá výrazně snížit zbytkové napětí popouštěním mikrostruktury svarového kovu i základního kovu, čímž se výrazně snižuje zbytkové napětí ve svarovém spoji, zvyšuje jeho pevnost a houževnatost a snižuje riziko vzniku trhlin vlivem prostředí.

PWHT může také snížit tepelné deformace, které jsou pro tlaková zařízení nákladné a prodlužují dobu odstávek potřebných k obnovení provozuschopnosti. Klíčem k úspěchu PWHT je dosažení správné rovnováhy mezi předehřevem a rychlostí chlazení.

Pomocí pokročilé nelineární simulace metodou konečných prvků lze určit optimální konfiguraci PWHT pro opravy tlakových zařízení. Simulací tepelně-mechanických reakcí svařenců v reakci na různé podmínky předehřevu a chlazení tato metoda určuje optimální lokální uspořádání PWHT, které minimalizuje deformace i zbytková napětí.

Jaká je prahová hodnota předehřevu podle ASME PWHT?

Současné konstrukční předpisy pro tlaková zařízení a potrubí stanoví, že PWHT se musí provádět pouze tehdy, pokud tloušťka svaru překročí určitou mez, obvykle určenou podle vlastností materiálu při Charpyho zkoušce nebo podle požadavků na minimální provozní teplotu. Tento přístup omezující tloušťku je v průmyslu již dlouho využíván, o čemž svědčí jeho úspěšnost při ochraně zařízení před křehkým lomem.

Používání PWHT však spotřebovává značné množství energie a přispívá k emisím skleníkových plynů a dalším problémům v oblasti životního prostředí, což zvyšuje náklady spojené s jeho provozem a údržbou. Kromě toho může být během životnosti zařízení nutné provést více cyklů PWHT, což zvyšuje další náklady spojené s jeho údržbou a správou.

Proto se s velkým nadšením objevily snahy o snížení potřeby PWHT vytvořením šetrnějších vlastností materiálu. To by umožnilo používat zařízení z pevnějších uhlíkových ocelí a současně snížit spotřebu energie i rizika spojená s procesy krakování podporovanými životním prostředím.

Pro dosažení tohoto cíle byly navrženy přístupy, jako je použití teplot předehřevu a víceprůchodových svarů. V roce 2014 byl předpis ASME B31.3 "Power Piping" doplněn o tabulku výjimek z povinného PWHT pro svary z uhlíkové oceli odpovídající materiálové skupině P-No 1; podle těchto výjimek musí být CS o tloušťce > 25 mm (1 palec) před svařováním předehřátá na teplotu 95 stupňů Celsia (200 stupňů F), přičemž se používají víceprůchodové svary.

Co je to výjimka z tloušťky ASME PWHT?

Současné výrobní předpisy pro tlakové nádoby a potrubí obvykle uvádějí, že PWHT může být nutná, pokud tloušťka svaru překročí danou hodnotu, přičemž tato hranice se obvykle určuje pomocí vlastností materiálu při Charpyho zkoušce. Požadavky se však v jednotlivých předpisech liší; některé mohou být konzervativnější než jiné.

Norma ASME B31.3 (2014) nyní umožňuje výjimku z povinné PWHT pro materiály z uhlíkové oceli materiálové skupiny P1 s teplotou předehřevu 95C před svařováním, což představuje významný posun ve správné technické praxi. Toto nové ustanovení představuje podstatnou změnu ve správné technické praxi.

PWHT je energeticky náročný proces s významnými dopady na životní prostředí, včetně emisí skleníkových plynů. Kromě toho může několik cyklů PWHT v průběhu životnosti zařízení způsobit deformace nebo deformace, které vyžadují rozsáhlé opravy; kompozitní opravy nabízejí alternativu k PWHT pro opravy poškozených částí tlakových zařízení.

Kompozitní opravy mají oproti svým kovovým protějškům několik ekologických výhod. Nejenže mohou zlepšit integritu konstrukce a snížit riziko úniku, ale díky kombinaci vysoce výkonných materiálů jsou kompozitní opravy vysoce odolné a odolávají vlivům souvisejícím se stárnutím, jako je únava. Jako takové pomáhají zajistit bezpečný provoz zařízení ještě dlouho po dokončení původních prací PWHT.