Krav til varmebehandling efter svejsning

Varmebehandling efter svejsning (PWHT) er påkrævet af fabrikationskoder for visse strukturer for at reducere svejserestspændinger og hærde hårde, potentielt sprøde mikrostrukturområder, men det er en dyr proces.

Tabel 1 nedenfor viser minimumskravene til tykkelse, over hvilken PWHT skal anvendes for forskellige trykbeholder- og rørstandarder, og denne artikel gennemgår dem sammen med forslag til potentielle rationaliseringer af disse krav.

1. Reducerer risikoen for skørhedsbrud

Sprødt brud er en katastrofal fejltilstand for beholdere, tanke og andre komponenter, som ofte fører til betydelige tab af menneskeliv og ejendom. Sprøde brud kan undgås gennem korrekt design, fremstilling og inspektion, f.eks. ved at specificere minimum Charpy-energier for materialer, designe for at undgå høje spændinger, aflaste tykke sektioner efter svejsning, anvende fremstillings- og inspektionsmetoder, der minimerer fejl og samtidig øger chancerne for at finde dem, udføre prøvetest som led i regelmæssig vedligeholdelse osv.

Det er afgørende at betjene udstyr og rør inden for de designede grænser, især når driftstemperaturen falder til under den nedre designtemperatur (LDT eller MDMT i henhold til ASME-koderne). Eksisterende udstyr af kulstofstål bør gennemgå en vurdering af sprødt brud som beskrevet i API RP 579 Fitness for Service Part-3: Assessment of Existing Equipment for Brittle Fracture.

Denne vurdering skal være baseret på en sund teknisk begrundelse snarere end antagelser, og der skal anvendes brudmekanik til at definere sikre arbejdsgrænser for udstyrets temperatur- og trykforhold. En risikobaseret tilgang er langt bedre end blot at overholde kriterier for minimumstykkelse, der er fastsat af regler, som ofte bygger på subjektiv erfaring i stedet for teknisk begrundelse.

2. Reducerer risikoen for forvrængning

Mange regler og specifikationer kræver PWHT for at reducere spændingen i svejsesamlinger og dermed mindske risikoen for brud, mens det øger forvrængningen og vridningen af trykbærende udstyr, hvilket igen kompromitterer dets dimensionelle nøjagtighed, strukturelle integritet og øger risikoen for lækager.

Det er muligt at mindske forvrængning under varmebehandling ved at sørge for ordentlig støtte og afkøling af materialet under behandlingen, typisk via bukke, der er formet specielt til at passe til en komponent og placeret med regelmæssige intervaller omkring dens diameter. Antallet af nødvendige bukke afhænger af størrelse, form og tykkelse.

Som yderligere beskyttelse mod forvrængning skal man sørge for, at PWHT-temperaturen ikke går ud over det, der oprindeligt blev specificeret for hærdning af stål. Højere temperaturer kan forårsage skørhed eller overblødgøring, og det kan sænke styrken til under det specificerede minimumsniveau og resultere i forvrængning, der reducerer styrken til under den specificerede minimumsværdi. Derfor anbefales det at udføre mekaniske tests efter behandling med PWHT-udstyr for at bekræfte, at styrken bevares.

3. Reducerer risikoen for vridning

PWHT involverer opvarmning af svejset materiale til høje temperaturer, før det langsomt køles ned igen, hvilket kan resultere i vridning eller forvrængning af trykbærende udstyr, hvilket fører til reduceret strukturel integritet, lækager eller fejl og større energiforbrug og bidrager til drivhusgasser. Desuden kræver det store mængder energi, som bidrager til drivhusgasser og andre miljøproblemer.

PWHT-processer er traditionelt blevet brugt til at aflaste spændinger, ændre svejsningens mikrostruktur og sprede brint for at modvirke korrosions- og oxidationsskader. Undersøgelser har dog vist, at lignende fordele også kan opnås ved lavere temperaturer end dem, der typisk anvendes.

Selvom PWHT kan give mange fordele, varierer de nuværende regler meget i deres krav om undtagelse fra PWHT. Denne variation stammer ofte fra ingeniørpraksis og erfaring inden for forskellige industrier snarere end fra specifikke metallurgiske eller strukturelle overvejelser; derfor kan der være forvirring og konflikt mellem kodekrav vedrørende undtagelse fra PWHT for rørsvejsninger, der bruger P-4- og P-5A-materialer på tværs af forskellige koder.

4. Reducerer risikoen for lækager

PWHT kræver støtteudstyr under udsættelsen for høje temperaturer for at forhindre, at det forvrides for meget, ofte ved hjælp af bukke, der er formet til at passe til dets form, størrelse og tykkelse. Som en del af denne proces opvarmes materialet til høje temperaturer, før det gradvist køles ned igen med regelmæssige intervaller rundt om dets omkreds for at omfordele spændinger i det og få svagheder til at opstå, som kan reducere svejsningens styrke eller endda føre til lækager i dens strukturer.

Forskellige regelsæt stiller forskellige krav til PWHT, og visse specifikationer fritager visse materialer eller svejsninger helt fra det på grund af faktorer som tykkelse. Sådanne variationer i krav er sandsynligvis et resultat af forskellig ingeniørpraksis og anvendelseserfaring snarere end forskellige fortolkninger af tekniske data eller eksperimenter; det anbefales, at hvis et materiale eller en svejsning skal bruges i nuklear service, reduceres dets undtagelseskriterier til nul uanset tykkelse.

5. Reducerer risikoen for korrosion

Korrosion kan beskadige udstyr, forurene jord og vandforsyning, frigive skadelige giftstoffer i luften, svække strukturer som tanke og rør, der er mere tilbøjelige til at svigte, og øge risikoen for udstyr og personale. Ved at træffe proaktive foranstaltninger mod korrosion kan du mindske disse risici for udstyr og personale.

Atmosfærisk korrosion opstår, når metalgenstande udsættes for ilt- og fugtforhold, også kendt som ensartet eller generel korrosion, da processen finder sted over det hele. Andre former for korrosion som f.eks. grubetæring, sprække- og spændingskorrosion kan være mere uforudsigelige, da de dannes på specifikke steder på en metalgenstand.

Beskyttelse mod korrosion afhænger både af metalsammensætningen og de anvendte beskyttelsesmetoder. Katodisk beskyttelse indebærer belægning af metal med mere aktive elementer, som zink, der korroderer og oxiderer, når det reagerer med omgivelserne for at beskytte den underliggende metalsammensætning mod rust. Andre måder at forebygge på kan være at kontrollere de kemiske niveauer i luft eller vand eller at bruge materialer, der giver større slidstyrke, som f.eks. antikorrosive belægninger og maling.