Varmebehandling efter svejsning

Varmebehandling efter svejsning (PWHT) er en industristandardmetode til varmebehandling efter svejsning af metalliske dele og svejsninger ved temperaturer under deres lavere kritiske transformationstemperatur, normalt før svejsning eller metallurgiske anvendelser som trykbeholdere og rørledninger.

Lokal PWHT er en metode til at minimere deformation uden for planet. Denne metode blev undersøgt ved hjælp af finite element-analyse, og lokale spændingsfordelinger blev sammenlignet med dem fra ovn-PWHT.

Svejsestyrke

Varmebehandling efter svejsning, ofte forkortet PWHT, er et vigtigt trin, efter at svejsningen er afsluttet, hvor man opvarmer metallet til under dets kritiske omdannelsestemperatur og holder det der i et bestemt tidsrum. Det hjælper med at mindske restspændinger i svejsezonen, samtidig med at det øger sejheden og hjælper med at forhindre sprøde brud i svejsesamlingerne. Det bør ske så hurtigt som muligt efter svejsningen - man bør ikke ignorere dets betydning!

PWHT er påkrævet på grund af svejseprocesser, der skaber høje temperaturgradienter mellem grundmateriale og svejsemetal, hvilket skaber spændinger i svejsematerialet, der overstiger deres designspændingsgrænser. PWHT kan reducere disse spændinger betydeligt og dermed forbedre svejsede konstruktioners styrke og holdbarhed.

For at sikre en stabil temperaturcyklus er det nødvendigt, at strukturer eller komponenter, der skal vægtes, får den rette støtte. Bukke, der er designet til at passe til konturerne af deres objekt med regelmæssige intervaller, hjælper med at minimere forvrængning; dette er især vigtigt med lange eller akavet formede komponenter, da forskelle i termisk udvidelse mellem sektioner kan få dem til at bøje eller forvrænge materialet over tid.

Avancerede PWHT-ovne er konstrueret til at være fleksible og alsidige og kan udføre mange forskellige processer som f.eks. udglødning, ældning, normalisering, aflastning og anløbning. Deres dobbeltvæggede konstruktion begrænser varmetabet og sparer energi; præcise kontrolsystemer følger de obligatoriske opvarmnings-/afkølingsprofiler, der er foreskrevet i svejsekoderne, med termoelementer, der måler både ovnens indvendige temperatur og svejseemnets temperatur for at opnå præcise resultater.

Restspænding i svejsning

Restspændinger spiller en væsentlig rolle for punktsvejsningers ydeevne. Kompressionsrestspændinger skubber materialer sammen, mens trækrestspændinger trækker dem fra hinanden; kompression forbedrer generelt udmattelsesstyrken og udmattelseslevetiden, mens den bremser revnedannelse og øger modstanden mod miljøassisteret revnedannelse som f.eks. hydrogeninduceret revnedannelse eller spændingskorrosionsrevnedannelse.

Trækrestspændinger forårsager reduceret udmattelseslevetid, øget revnedannelsespotentiale og modtagelighed for skøre brud i svejsede konstruktioner. Deres nøjagtige art og omfang afhænger af flere faktorer, herunder strukturgeometri, fremstillingsprocedurer, anvendte svejsemetoder, behandlinger efter svejsning, serviceforhold osv.

At forudsige og afbøde stressfaktorer er ikke nogen enkel opgave på grund af komplekse ikke-lineære interaktioner mellem forskellige variabler. Desuden viser restspændingsmålinger og analytiske forudsigelser ofte betydelig spredning og variation på grund af mange forskellige årsager, herunder usikkerheder i målesteder/materialer samt fejl, der indføres i målte data eller forkerte antagelser i analytisk modellering.

For at kunne forudsige og reducere restspændinger er det nødvendigt at få et indgående kendskab til de grundlæggende processer, der styrer deres udvikling i svejsede strukturer. For at hjælpe med denne bestræbelse indeholder dette særnummer 13 originale forskningsartikler med fokus på matematiske modeller, eksperimentelle teknikker og målemetoder, der er udviklet specifikt til at opdage og mindske restspændinger forårsaget af svejsning for forskellige fugegeometrier og svejseforhold.

Svejsning af revner

PWHT kan udføres på mange projekter, fra rørspoler og trykbeholdere til opbevaringskugler og opbevaringskugler, i specielt opstillede ovne på stedet. Når det drejer sig om større og/eller tungere strukturer som f.eks. beholdere, kan ingeniørfirmaer dog skabe skræddersyede ovne, der er specielt tilpasset deres kunders behov.

PWHT er nødvendig på grund af restspændinger, der opstår under svejsning af tykke materialer. Når de kombineres med belastningsspændinger, kan disse restspændinger overskride materialets begrænsninger og resultere i svejsesvigt. PWHT hjælper med at reducere disse restspændinger, men der opstår mikrostrukturelle ændringer, som reducerer materialets sejhed og duktilitet som følge heraf.

Især lavlegeret stål og stål med højt kulstofindhold er mere udsat for koldrevnedannelse, fordi de er mere sprøde og mister trækstyrke, når de afkøles fra svejsetåområdet.

Svejsekodeks kræver en jævn overgang mellem svejsemetal og grundmetal ved svejsetåen for at undgå dannelse af "stress riser", der fører til revnedannelse. For at nå dette mål kan man bruge passende kørehastigheder og spændingsindstillinger samt svejsebukke, der er formet specifikt til komponenten, for at undgå overdreven forvrængning; regelmæssig placering bør hjælpe med at sikre en jævn svejsning.

Svejsebrud

Da metalsvejsning giver uensartede opvarmnings- og afkølingscyklusser, som fører til opbygning af indre kræfter, kendt som restspændinger i materialet, kan dette resultere i forvrængning og reducerede mekaniske egenskaber, der fører til svejsefejl og større revnepotentiale - hvilket nødvendiggør varmebehandling efter svejsning som en afgørende måde at beskytte svejste konstruktioners styrke og ydeevne på.

En PWHT-ovn bruges til at reducere og omfordele restspændinger gennem gentagne opvarmnings- og afkølingscyklusser, hvilket fremkalder anløbning, der forbedrer materialets duktilitet og modstandsdygtighed over for sprøde brud. En sådan varmebehandling er påkrævet i mange regler og standarder for at garantere svejste konstruktioners sikkerhed.

Varmebehandling af komponenter kan udføres i en pwht-ovn, enten permanent installeret, transportabel eller opstillet i marken. For at opnå optimale resultater skal disse ovne placeres, så man undgår områder, der kan give for store temperaturgradienter eller -forskelle; ellers vil disse områder få komponenten til at overskride sin fasetransformationstemperatur og føre til uventede volumen- og faseændringer.

PWHT indebærer, at dele af en svejset struktur opvarmes til høje temperaturer og holdes der i en længere periode. En standardretningslinje foreslår at afsætte en time pr. 25 mm tykkelse; lokal PWHT kan også være mulig, selvom visse begrænsninger skal overholdes.