Reducer kravet til PWHT-tykkelse i henhold til ASME B31 3

1. Materialets tykkelse

Både den petrokemiske industri og kraftværkerne har udtrykt interesse for at reducere antallet af svejsninger, der kræver varmebehandling efter svejsning (PWHT). På grund af omkostningerne og de potentielle problemer med driftsstop for atomkraftværker foreslog forskellige EPRI-abonnenter, at det ville være værd at undersøge de nuværende krav og undtagelser og afgøre, om en lempelse kunne være teknisk mulig.

Forskere har konkluderet, at PWHT-krav har en tendens til at være mere afhængige af industriens praksis end af specifikke metallurgiske og strukturelle overvejelser, når de fastlægger krav, mens der kan være betydelig uoverensstemmelse mellem specifikke kodeksafsnit, der regulerer PWHT-undtagelser. Som et resultat af disse observationer kan det være muligt at lempe de eksisterende krav til nukleare anvendelser, men der skal først foretages en omhyggelig gennemgang for at sikre, at der opnås tilstrækkelig revnemodstand og restspændingsaflastning gennem PWHT-behandling.

2. Varmebehandling

Rørsvejsninger, der gennemgår PWHT-behandlinger ved høj temperatur, kan være dyre i drift, og omkostningerne ved driftsstop på atomkraftværker kan være betydelige, så det ville være ideelt, hvis så mange svejsninger som muligt blev udsat for sådanne behandlinger, da det kan reducere omkostningerne ved driftsstop betydeligt.

Flere koder, herunder B&P Vessel Code Section III og nogle petrokemiske koder, kræver varmebehandling efter svejsning, når svejsetykkelsen overskrider en fastlagt grænse; typisk relaterer denne grænse til sejhedskrav målt med Charpy-energi. Denne artikel undersøger, om og hvor undtagelseskravene er forskellige på tværs af forskellige nuværende koder; vi foreslår derefter rationaliseringsmuligheder som mulige løsninger.

Undersøgelser af PWHT-krav viser, at de har en tendens til at afspejle traditionel praksis inden for industrien snarere end specifikke metallurgiske eller strukturelle overvejelser. For eksempel kunne man for svejsninger af CR-Mn-stål slække på den nedre tykkelsestærskel i ASME B31.3 “Power Piping” og 40 mm i EEMUA 158 uden at skade de svejsede svejsningers strukturelle integritet; det ville reducere PWHT-omkostningerne betydeligt og spare betydelige omkostninger til svejsetjenester.

3. Svejseprocedure

Varmebehandlinger før og efter svejsning er vigtige komponenter i stærke, sikre og kompatible svejsninger. Forvarmning indebærer opvarmning af grundmaterialet før svejsning for at reducere termiske gradienter og forhindre brintinduceret revnedannelse; varmebehandlinger efter svejsning (PWHT) anvender kontrolleret opvarmning efter svejsning for at lette restspændinger og forbedre materialeegenskaberne.

PWHT hjælper med at reducere spændinger og samtidig forbedre duktilitet og styrke for at forlænge komponenternes levetid i henhold til kravene i ASME Section VIII for kulstofstål, der er tykkere end 38 mm, eller legeringer, der er tilbøjelige til at revne. Det er obligatorisk i sådanne tilfælde.

Modstands- eller induktionsopvarmningsmetoder giver hurtigere og mere præcise resultater end deres modstykker. Keramiske varmemåtter, induktionsspoler eller gas- eller elovne kan alle være velegnede. Du kan muligvis undlade forvarmning, hvis du bruger materialer under 25 mm, men tjek først kravene i lovgivningen. Austenitisk rustfrit stål kræver typisk ikke PWHT på grund af deres fremragende korrosionsbestandighed og duktilitet - men ældningsbehandlinger eller opløsningsbehandlinger kan være nødvendige for at genoprette sejheden; andre materialer, der bruges i nukleare anvendelser, kan have brug for en ekstra spændingsaflastende og anløbende varmebehandlingsproces før deres endelige anvendelse.

4. Kontrol af tykkelse

Brugere af stål til petrokemi og elproduktion kan se B31.3- og BS 2633-undtagelseskravene som en mulighed for at reducere kravene til varmebehandling efter svejsning, men sammenlignet med kravene til kulstof-Mn-stål som dem, der er fastsat i B31.1, PD 5500, EEMUA 158 for offshore-konstruktioner osv. er denne afstemning måske ikke mulig.

Tabel 1 viser, at for at opnå disse undtagelser kan den krævede tykkelse være så lille som 14 mm for enkle svejsninger med gode detaljer og kvasistatiske belastningshastigheder; den vil sandsynligvis være meget mindre under mere aggressive svejseforhold med store spændingskoncentrationer og store spændingskoncentrationer. Desuden omhandler kravene til brudstyrke ikke kravene til svejsningens HAZ-styrke, og dette område kræver yderligere overvejelser baseret på en tilgang gennem brudmekanik for at opfylde sådanne styrkekrav.