Varmebehandling efter svejsning af kulstofstål

Varmebehandling efter svejsning (PWHT) bidrager til at afspænde og omfordele restspændinger, der er opstået under svejseprocesserne, og er ofte et krav i standarder for materialer, der overskrider bestemte tykkelseskrav.

Opvarmnings- og afkølingshastighederne skal styres omhyggeligt for at undgå termisk chok, deformation eller uensartet spændingsaflastning. PWHT kan udføres enten ved hjælp af en ovn eller ved hjælp af lokale elektriske modstandstæpper eller -puder.

Udglødning

PWHT reducerer niveauerne af resterende trækspændinger i svejseområderne betydeligt, men fjerner dem ikke helt. De fleste udmattelsescyklusser medfører stadig udelukkende trækspændinger, hvilket kan være yderst skadeligt.

Ved fuld glødning opvarmes hypoeutektoide og eutektoide faser til temperaturer på omkring 50 °C over deres respektive Ac3- og Ac1-temperaturer, hvorefter de gradvist afkøles, indtil de når strukturer, der ligger tæt på ligevægtsstrukturer. Denne proces bidrager til at undgå brintskørhed og mindsker samtidig risikoen for miljøbetinget revnedannelse.

PWHT på små komponenter kan udføres, men skal udføres med stor omhu. Hvis man ikke dimensionerer og placerer udholdnings-, opvarmnings- og gradientkontrolbåndene korrekt, kan det medføre deformation eller sammenbrud af konstruktionskomponenterne eller føre til katastrofale svigt som følge af ustabilitet i restspændingstilstanden. Der skal anvendes isolering for at holde temperaturerne inden for de opvarmede bånd stabile; der skal desuden anvendes termometre med automatisk registrering.

Normalisering

Denne behandling, der typisk anvendes på lavlegerede stål, fjerner den grovkornede struktur, der opstår ved svejsning, og forbedrer materialets egenskaber. Desuden mindsker den risikoen for sprød brud og forhindrer uhindret termisk spænding i svejseområdet.

Opvarmning af metal til temperaturer over det øvre kritiske punkt, efterfulgt af en holdetid, der er proportional med tværsnittets tykkelse, inden afkøling i omgivelsestemperatur under kontrollerede afkølingsbetingelser. Processen skaber finkornede strukturer og ensartede mikrostrukturer, der bidrager til at aflaste indre spændinger, hvilket gør materialet mere fleksibelt med hensyn til formning og anvendelse.

Fuld normalisering, som oftest anvendes på kulstofstål og kulstof-mangan-stål, kan i visse anvendelser fungere som en effektiv erstatning for hærdning. Desværre fjerner fuld normalisering imidlertid ikke alle restspændinger; udmattelsesberegningsstandarder kan kræve yderligere renormalisering for at tage højde for denne forskel.

Afhjælpning af stress

Spændingsaflastning anvendes til at reducere indre materialespændinger, der skyldes fremstillingsprocesser som formning og bearbejdning, f.eks. trykspænding ved overfladen eller trækspænding i materialets kerne. Spændingsaflastning ligner glødning, idet den indebærer, at materialet opvarmes til en højere temperatur i et bestemt tidsrum, hvorefter det langsomt afkøles over et bestemt tidsrum.

Spændingsaflastning byder på flere fordele, herunder en reduktion af svejsningens trækstyrke og en forbedring af udmattelsesmodstanden i lokaliserede indskæringer og spændingskoncentratorer, samtidig med at den øger den intergranulære karbidudfældning. Spændingsaflastning kan dog påvirkes negativt af forkert anvendte afkølingsmetoder, temperaturregulering eller svejseteknikker under PWHT-processer; for at opnå optimale resultater er det afgørende, at disse faktorer anvendes på de rette tidspunkter og ved de rette temperaturer under denne proces.

Hærdning

Lavlegerede kulstofstål kræver varmebehandling efter svejsning (PWHT) for at opnå en tilstrækkelig stærk og sej mikrostruktur. Denne proces indebærer, at emnet opvarmes til en bestemt temperatur i et længere tidsrum, hvorefter det gradvist afkøles igen.

Ændringer i den metallurgiske struktur kan bidrage til at mindske risikoen for forsinket revnedannelse og øge duktiliteten samt forbedre svejsningernes korrosionsbestandighed, sejhed, slagstyrke og modstandsdygtighed over for sprødbrud.

PWHT udføres typisk ved hjælp af regulerbare forvarmnings- og opvarmningssystemer med termoelementer, der er strategisk placeret for at sikre en ensartet opvarmning uden, at komponenterne udsættes for deformation. PWHT med punktopvarmning kan også anvendes på større komponenter, såsom cirkumferentielle svejsninger på rør eller lukkesvejsninger på lange trykbeholdere, selvom det kan være mere udfordrende at udforme denne teknik på grund af variationer i termisk udvidelse, som kan forårsage betydelig forvridning.