Tepelné zpracování po svařování uhlíkové oceli

Tepelné zpracování po svařování (PWHT) pomáhá uvolnit a přerozdělit zbytková napětí, která vznikla během svařovacích procesů; toto zpracování často vyžadují normy pro materiály překračující určité požadavky na tloušťku.

Rychlost ohřevu a ochlazování je třeba pečlivě regulovat, aby se zabránilo tepelnému šoku, deformaci nebo nerovnoměrnému uvolnění pnutí. PWHT lze provádět buď v peci, nebo pomocí lokálních elektrických odporových přikrývek či podložek.

Žíhání

PWHT výrazně snižuje úroveň zbytkových tahových napětí v oblastech svarů, avšak zcela je neodstraňuje. Většina únavových cyklů stále vede ke vzniku výlučně tahových napětí, která mohou být mimořádně škodlivá.

Při úplném žíhání se hypoeutektoidní a eutektoidní fáze zahřívají na teploty přibližně o 50 °C vyšší než jsou jejich příslušné teploty Ac3 a Ac1 a poté se postupně ochlazují, aby se dosáhlo struktur blížících se rovnovážnému stavu. Tento proces pomáhá zabránit vodíkové křehkosti a zároveň snižuje riziko praskání pod vlivem okolního prostředí.

Bodové tepelné zpracování po svařování (PWHT) u malých součástí je možné, musí se však provádět opatrně. Nesprávné dimenzování a umístění pásů pro výdrž, ohřev a regulaci teplotního gradientu může vést ke zkřivení nebo zborcení konstrukčních součástí, případně k katastrofálnímu selhání v důsledku nestability zbytkového napětí. Je nutné použít izolaci, aby se teploty v ohřívaných pásmech udržely na stabilní úrovni; rovněž je nutné použít teploměry s automatickým záznamem.

Normalizace

Toto zpracování, které se obvykle používá u nízkolegovaných ocelí, odstraňuje hrubozrnnou strukturu vzniklou svařováním a zlepšuje vlastnosti materiálu. Navíc snižuje riziko křehkého lomu a zároveň zabraňuje vzniku volných tepelných pnutí v oblasti svaru.

Zahřátí kovu na teploty nad horní kritickou hodnotu a následné držení v této teplotě po dobu úměrnou tloušťce průřezu, po kterém následuje ochlazování v prostředí o pokojové teplotě za kontrolovaných podmínek. Tento proces vytváří jemnozrnné struktury a rovnoměrné mikrostruktury, které pomáhají uvolnit vnitřní napětí, čímž se materiál stává pružnějším z hlediska tváření i praktického použití.

Úplná normalizace, která se nejčastěji používá u uhlíkových a uhlíko-manganových ocelí, může v určitých případech účinně nahradit kalení. Bohužel však úplná normalizace neodstraňuje všechna zbytková napětí; normy pro únavovou pevnost mohou vyžadovat další renormalizaci, aby se tento rozdíl zohlednil.

Odstraňování stresu

Odstranění napětí se používá ke snížení vnitřních napětí v materiálu způsobených výrobními procesy, jako je tváření a obrábění, například tlakového napětí na povrchu nebo tahového napětí v jádru. Odstranění napětí je podobné žíhání v tom, že zahrnuje zahřátí materiálu na vyšší teplotu po stanovenou dobu a následné pomalé ochlazení po stanovenou dobu.

Odstranění napětí přináší několik výhod, mezi něž patří snížení pevnosti svaru v tahu a zvýšení únavové pevnosti v místech s lokálními vruby a koncentrátory napětí, přičemž zároveň dochází ke zvýšení mezikrystalické precipitace karbidů. Odstranění napětí však může být negativně ovlivněno nesprávnými technikami chlazení, regulací teploty nebo svařovacími technikami používanými během procesů PWHT; pro dosažení maximálních výsledků je nezbytné, aby byly tyto faktory během tohoto procesu uplatňovány ve správných časových okamžicích a při správných teplotách.

Temperování

Nízk legované uhlíkové oceli vyžadují tepelné zpracování po svařování (PWHT), aby se dosáhlo dostatečně pevné a houževnaté mikrostruktury. Tento proces spočívá v ohřátí součásti na určitou teplotu po delší dobu a následném postupném ochlazení.

Změny metalurgické struktury mohou přispět ke snížení pravděpodobnosti opožděného praskání a ke zvýšení tažnosti, jakož i ke zlepšení odolnosti svarů proti korozi, houževnatosti, rázové pevnosti a odolnosti proti křehkému lomu.

PWHT se obvykle provádí pomocí regulovatelných systémů předehřevu a ohřevu s termočlánky strategicky rozmístěnými tak, aby bylo zajištěno rovnoměrné zahřívání bez deformace součástí. Bodové PWHT lze také použít u větších součástí, jako jsou obvodové svary na trubkách nebo uzavírací svary na dlouhých tlakových nádobách, ačkoli technické provedení této techniky může být náročnější kvůli rozdílům v tepelné roztažnosti, které by mohly způsobit značné deformace.