Výjimky z tepelného zpracování po svařování v normě ASME

Tepelné zpracování po svařování (PWHT) snižuje riziko křehkého lomu tím, že odstraňuje zbytková napětí a změkčuje tvrdé, potenciálně křehké mikrostrukturální oblasti. Současné normy stanovují různé požadavky na výjimky z PWHT v závislosti na chemickém složení, požadavcích na vlastnosti podle Charpyho zkoušky nebo na základě kontrolních předpisů, které umožňují omezení přípustné velikosti defektů (tabulka 1).

Omezující tloušťka

Současné normy vyžadují provedení tepelného zpracování po svařování (PWHT) u svařenců z trubkových materiálů o tloušťce menší než 0,625 palce; limit stanovený těmito normami je však často v rozporu s metalurgickými hledisky a požadavky na konstrukční návrh. Výzkum provedený institutem EPRI přinesl důkazy podporující zvýšení tohoto limitu, aniž by tím byla ohrožena bezpečnost či spolehlivost.

Byl proveden výzkum s cílem posoudit stávající požadavky norem a výjimky týkající se svařování chrom-molybdenových ocelí P-4 a P-5A používaných v jaderných aplikacích, přičemž zvláštní pozornost byla věnována jejich původu a technickému základu, a to prostřednictvím rozhovorů s vedoucími představiteli normalizačních orgánů i prostudováním dokumentace, která nám byla k dispozici.

Studie provedené na různých normách odhalily, že kritéria tloušťky jsou často určována spíše tradičními postupy v konkrétních odvětvích než vědeckými analýzami kovů či mechanickými úvahami, což vedlo k obrovským rozdílům mezi nimi; v současné době se mezní hodnoty v jednotlivých normách značně liší, přičemž odvětví výroby elektřiny má mnohem vyšší limity ve srovnání s petrochemickým průmyslem; což je v rozporu s výzkumem, který ukazuje, že zbytkové napětí ve svaru klesá s rostoucím průměrem trubky a lomová houževnatost v zóně ovlivněné teplem (HAZ) odpovídajícím způsobem klesá.

Charpyho zkouška

Charpyho zkouška je standardní rázová zkouška určená k měření množství energie absorbované při lomu vzorků materiálu; obvykle se skládá z kyvadla s rázovým kladivem, které se rozhoupá a dopadne na obrobené vzorky, které mohou, ale nemusí obsahovat zářezy směřující od kyvadla; úrovně absorpce energie se měří a převádějí na hodnoty zářezové houževnatosti.

Tato zkouška umožňuje určit teplotu přechodu z tvárného do křehkého stavu (DBTT) kovů, což je zásadní vlastnost v kritických aplikacích, jako je svařování a výroba tlakových nádob. Kromě toho slouží tato zkouška také k určení celkové houževnatosti materiálu a k detekci případných lokálních křehkých zón, které by mohly být citlivé na tepelné zpracování po svařování (PWHT). Automatizace zkoušky pomocí zkušebního systému roboTest zajišťuje přesné výsledky s omezeným vlivem obsluhy, jako jsou kolísání teploty a vlhkosti rukou nebo excentrické či šikmé vložení vzorku; poskytuje spolehlivá data s vyšší propustností vzorků a nižší chybovostí, než jakých lze dosáhnout pouze ručními zkušebními metodami – což vede k vyšší celkové propustnosti a nižšímu počtu chyb.

Posouzení z hlediska mechaniky lomu

Mechanika lomu zahrnuje dvě vlastnosti materiálů: pevnost a houževnatost. Pevnost udává, jak dobře materiál snáší zatížení, zatímco houževnatost udává, jak účinně brání šíření trhlin.

Mechanika lomu se stala průmyslovým standardem a je zohledněna v normách pro tlakové nádoby, kotle a potrubí. V současné době tato norma umožňuje provozovatelům upustit od tepelného zpracování po svařování (PWHT), pokud jejich lomová houževnatost ve svařovaném stavu splňuje nebo překračuje maximální hodnotu stanovenou pro tloušťku svaru.

Kritické inženýrské posouzení (ECA), které využívá teorii lomové mechaniky, umožňuje inženýrům provést toto hodnocení. Vysoká hodnota lomové houževnatosti svědčí o zvýšené odolnosti proti šíření trhlin, dobré toleranci poškození a únavové odolnosti – to vše jsou zásadní vlastnosti pro efektivní a ekonomicky výhodné navrhování, výrobu a provoz konstrukcí či součástí. Vyšší hodnota může přinést úsporu nákladů díky prodloužení intervalů kontrol nebo snížení počtu neočekávaných poruch v důsledku zvýšené životnosti.

Výjimky

Osvobození je výsada, která umožňuje jednotlivci, skupině nebo organizaci vyhnout se určitým povinnostem a závazkům. Osvobození může spočívat v daňové úlevě (osvobození od daní) nebo v tom, že určité částky nejsou vůbec předmětem zdanění (status bez daňového osvobození). Osvobození se obvykle vztahuje na osoby, skupiny, organizace i majetek a často se vyskytuje v právní praxi i v jiných oblastech, jako je například podnikání.

U některých svařovaných ocelových sestav může být nezbytné provést tepelné zpracování po svařování (PWHT), aby se snížilo riziko křehkého lomu prostřednictvím snížení zbytkových napětí a změkčení tvrdých, potenciálně křehkých mikrostrukturálních oblastí. Nutnost provedení PWHT závisí na lomové houževnatosti materiálu při teplotě svařování.

Požadavky na PWHT se v jednotlivých normách liší, protože každou z nich vypracovaly různé odborné orgány s přihlédnutím k rozsáhlým zkušenostem a inženýrským postupům. Za účelem zajištění určité jednotnosti teplot PWHT napříč normami navrhuje McEnerney7 zvýšit tyto teploty u materiálů P č. 4 o 30 °F, podobně jako v přístupech CEN, a tím usnadnit sjednocení.