ASME B31.1 Ensartede krav til varmebehandling efter svejsning

ASME B31.1 er et uundværligt regelsæt, der har til formål at øge sikkerheden i rørsystemer til energiforsyning. Regelsættet følger med den teknologiske udvikling og sikrer, at rørsystemerne kan fungere sikkert i forskellige brancher.

Kravene til eftervarmebehandling (PWHT) i B31.1-standarden tillader temperaturer, der når den nedre kritiske temperatur for 1-1/4 Cr-Mo-materialer, hvilket er særligt risikabelt i betragtning af deres følsomhed over for genopvarmningssprængninger.

1. Materiale

ASME B31.1 er branchestandarden for rørsystemer til kraftværker og tilpasses de teknologiske fremskridt inden for forskellige brancher, hvilket sikrer ensartede og standardiserede rørsystemer. Dens driftsrammer adskiller sig imidlertid væsentligt fra dem, der gælder for procesrørsystemer.

Som det fremgår af tabel 1, er grænseværdien for undtagelse fra PWHT i B31.1 betydeligt lavere end i den britiske standard på grund af forskelle i stålets sammensætning, som påvirker dets brudsejhed.

B31.1 og NBEP-kravene er ofte i modstrid med hinanden, når det gælder undtagelse af tykkelse fra PWHT, selvom begge standarder anvender ASME P1-gruppebetegnelser. En mere ensartet tilgang ville bidrage til at afhjælpe sådanne problemer.

Et alternativ til PWHT er at anvende forvarmning af rundsvejsningen, hvilket har vist sig at fungere godt for de fleste kulstofstål. Man skal dog stadig huske på, at denne metode ikke altid giver optimale resultater, når den kun anvendes på lysbueområdet.

Talrige undersøgelser har vurderet effektiviteten af forvarmning med henblik på at reducere risikoen for sprød brud i svejsninger. Desværre er de fleste undersøgelser begrænset til simuleringer frem for egentlige feltforsøg, og resultaterne afhænger af de anvendte data for brudsejhed.

2. Svejsning

ASME B31.1 er en fleksibel standard, der er udformet til at tilpasse sig de teknologiske ændringer i industrien og dermed sikre, at rørsystemer forbliver sikre og pålidelige. Desuden gør standardens fleksibilitet det muligt at imødekomme behovene i en række forskellige brancher, såsom olie- og gasindustrien eller elproduktionssektoren.

Kravene til PWHT i bygningsreglementerne illustrerer denne fleksibilitet på fortrinlig vis. Reglerne i de enkelte reglementer varierer alt efter, hvilke tykkelser der kræver PWHT-behandling, hvilke materialegenskaber der udløser behovet herfor, holdetemperaturer under behandlingsforløbet samt opvarmnings- og afkølingshastigheder – alt sammen faktorer, der har stor betydning.

PWHT (varmebehandling efter svejsning) er et afgørende trin i rørledningsprojekteringen og kræves i henhold til mange standarder; det aflaster spændingerne i metallet ved svejsesømmene og forbedrer samtidig materialets egenskaber.

De seneste ændringer til ASME B31.3 Process Piping har fjernet kravet om PWHT for kulstofstål, der overholder materialegruppe P-No 1, for alle kontroltykkelser, forudsat at der anvendes forvarmning og flerlags-svejsning for alle svejsetykkelser. Denne ændring er baseret på detaljerede brudmekaniske analyser, der viser, at svejsninger tæt på flydespændingen, der udsættes for cyklisk belastning, kan frembringe restspændingsniveauer tæt på flydespændingstærsklen, hvilket kan føre til sprød brud; Dette gælder især under forhold, hvor restspændingerne når tærskelniveauer tæt på flydespændingen, hvilket kan føre til restspændingsniveauer tæt på flydespændingen, der medfører, at svejsninger tæt på flydespændingen ved tærskelniveauer tæt på flydespændingen hvilket potentielt kan føre til restspændingsniveauer tæt på flydespændingsniveauet, der får svejsninger tæt på flydespændingsniveauet til at briste under belastningsforhold svarende til dem, der opstår, når de udsættes for svejsninger tæt på flydespændingsniveauet under forhold tæt på flydespændingsniveauet, flydegrænser tæt på flydegrænsen kan føre til restspændingsniveauer tæt på flydegrænsen, hvor svejsninger forårsager brud under spændingsbelastninger forbundet med svejsninger tæt på flydegrænsen, hvilket kan føre til restspændingsniveauer tæt på flydegrænsen forbundet med svejsninger tæt på flydegrænsen, hvilket kan føre til svigt på grund af restspændingsniveauer tæt på flydegrænsen forårsaget af svejsninger tæt på flydegrænsen, hvor svejsninger tæt på flydegrænsen når tæt på flydegrænsen svejsninger, der fører til svejsninger tæt på flydespændingsniveauet under belastningsforhold, såsom dem, der opstår, når de udsættes for cykliske belastningsforhold. Denne ændring blev indført, da den påviste, hvordan restspændinger forbundet med svejsninger tæt på flydespændingsniveauet kunne føre til svigt, som normalt ville opstå. Denne ændring blev indført gennem detaljerede brudmekaniske analyser, der viste, at denne type svejsninger tæt på flydespændingen, der blev udsat for cykliske belastningsforhold, kan føre til sprød svigt på grund af svejsninger tæt på flydespændingen, som kan forårsage svigt under cykliske belastningsforhold, hvilket i sidste ende fører til, at cykliske belastningscyklusser udsættes for belastning forhold svarende til svejsninger tæt på flydespændingen kan blive farlige, idet svejsninger tæt på flydespændingen kan blive cyklisk belastet og føre til sprød brud som følge af, at svejsninger tæt på flydespændingen udsættes for belastningsforhold, der skyldes cyklisk belastning, når de udsættes for belastninger, hvor svejsninger tæt på flydespændingen udsættes for belastninger, der kan forårsage sprød brud under spændingsforhold, end de ellers ville kunne under normale spændingsniveauer tæt-yd til strækgrænsen, hvor svejsninger udsættes for spændingsforhold, der fører til svigt på grund af udmattelsesbelastning som følge af restspændinger, hvilket fører til, at svejsninger nær strækgrænsen udsættes for forhold, der kan føre til brud ved niveauer tæt på strækgrænsen, hvilket kan føre til, at svejsninger nær strækgrænsen under sådanne forhold er mere tilbøjelige til sprødt brud end svejsninger ved strækgrænsen under tilsvarende forhold, hvilket kan føre til sprødt brud som følge af cyklisk belastning, hvilket resulterer i, at svejsninger, der udsættes for cyklisk belastning, under belastningsforhold, hvor de udsættes for cyklisk belastning, således at svejsninger op til flydespændingsniveauet når brud, hvilket fører til, at svejsninger på flydespændingsniveauet, der ville blive belastet, fører til, at svejsninger på flydespændingsniveauet lettere udsættes for og forårsager sprød brud, hvilket til sidst fører til brud, hvilket fører til næstensvejsninger tæt på flydespændingen kan blive mere end svejsninger tæt på flydespændingen eller hurtigere udsat for cykliske belastningsforhold tæt på flydespændingen, hvilket kan føre til brud tæt på flydespændingen, når de udsættes herfor.

3. Testning

Da forskellige afsnit i standarden stiller forskellige krav til PWHT for kulstofstål, findes der uensartede krav vedrørende varmebehandling efter svejsning (PWHT). Nogle gange afspejler dette den tekniske praksis, der er udviklet over tid på baggrund af erfaringer fra anvendelsen; andre gange kan det skyldes forskellige fortolkninger af tekniske data.

Før 2014 krævede standarderne B31.1 og B31.3, at al svejsning af kulstofstål med kontroltykkelser på over 0,75 tommer skulle underkastes varmebehandling efter plasmasvejsning (PWHT). Siden opdateringen af disse standarder i 2014 er der imidlertid indført en undtagelse fra kravet om obligatorisk PWHT for P-nr. 1-materialer, når der anvendes flerlags-svejsning med forvarmning af svejsningen til 95 °C forud for svejsning på materialer med en nominel tykkelse på >25 mm (1 tomme). Desuden anbefalede RRAC at sænke temperaturkravene til PWHT for P-nr. 4-materialer for at bringe dem på linje med andre afsnit i standarden.

Brudmekaniske forsøg udført af EPRI og andre har tydeligt vist, at en PWHT-temperatur på 1100 °F eller derunder er for lav, da den inden for få minutter vil reducere hårdheden og slagfastheden i hærdede prøver af grundmetal betydeligt.

RRAC-teamet undersøger ændringer til B31.1, der vil sænke den krævede PWHT-temperatur for kulstofstål, samtidig med at der tilbydes en alternativ tilgang gennem anvendelse af temper-bead- eller half-bead-teknikker, som er tilladt i reparationsorienterede standarder. De vil desuden bestræbe sig på at udvikle designkurver ved hjælp af avancerede metoder inden for brudmekanik.

4. Inspektion

PWHT (varmebehandling efter svejsning) kan have en enormt stor indflydelse på risikoen for sprød brud i svejste komponenter. Det er derfor afgørende at overholde kravene i ASME B31.1, som for nylig er blevet ændret for at give større fleksibilitet i forbindelse med varmebehandling efter svejsning af rørmaterialer. Der kan nu gøres undtagelse fra kravet om PWHT for P-No 1-kulstofstål med en vægtykkelse på 19 mm eller derover, når der anvendes flerlags-svejsning med minimal forvarmning, svarende til kravene i andre kodekser og standarder, såsom de britiske praksisregler (British Codes of Practice). Desværre viser detaljerede brudmekaniske analyser, at fravigelse af kravet om PWHT for tykkere svejsninger øger risikoen for restspændinger tæt på flydespændingen, hvilket øger deres sårbarhed over for svigt og kan bidrage til sprød brud.

PWHT går ud på at behandle svejse metallet for at mindske spændingerne og blødgøre det, hvilket gør svejsningen mere modstandsdygtig over for korrosionsskader og andre former for skader og dermed øger sikkerhedsniveauet i trykrørsystemer.

ASME B31.1 foreskriver desuden, at svejsninger og komponenter skal inspiceres, inden de tages i brug, ved hjælp af ikke-destruktive prøvningsmetoder såsom røntgenundersøgelse eller ultralydsprøvning. Resultaterne af sådanne prøvninger skal dokumenteres til fremtidig brug og kan bidrage til at påvise overensstemmelse med ASME B31.1-standarderne samt afdække eventuelle problemer i dit system.