Varmebehandling og aflastning efter svejsning

Varmebehandling efter svejsning (PWHT) er en vigtig proces, der bruges til at reducere indre spændinger og øge styrken i stålkomponenter samt til at forhindre revnedannelse og skøre brud i materialer.

PWHT (Pressure Wash Heating & Torching) indebærer, at man opvarmer materialet til under dets kritiske deformationstemperatur og derefter lader det afkøle ensartet over en bestemt tidsperiode. Der kan anvendes en række forskellige PWHT-temperaturer og gennemblødningstider for at opnå det ønskede resultat.

Reduktion af indre spændinger

Svejsning kan generere høje indre spændinger i materialet, hvilket forringer dets brudstyrkeegenskaber og øger dets modtagelighed for spændingskorrosion (SCC). PWHT er en effektiv varmebehandlingsproces til at reducere disse restspændinger; den involverer opvarmning af svejseområdet under dets transformationsområde, før det langsomt afkøles for at reducere indre spændinger og samtidig forbedre svejsesamlingernes mekaniske egenskaber.

Varmebehandling efter svejsning (PWHT) er typisk et lovkrav for trykbærende udstyr med tykkelser, der overstiger visse tærskler, og bruges også til at beskytte strukturelle komponenter som tanke, beholdere og rørledninger. Der er forskellige faktorer, der skal tages i betragtning, når man skal afgøre, om et projekt kræver PWHT, f.eks. materialetype, temperaturkrav og udblødningstid.

PWHT anvendes ofte til at genoprette dimensionstolerancen og minimere forvrængning forårsaget af ujævne opvarmnings- og afkølingsforhold. Svejsemetal kan afkøle med forskellige hastigheder end det omgivende grundmetal, hvilket fører til uensartet fordelte spændinger, som skal afhjælpes for at minimere forvrængning. Spændingsaflastning fjerner og omfordeler disse spændinger for at hjælpe med at minimere forvrængning.

PWHT kan også reducere hydrogeninduceret revnedannelse (HIC). HIC opstår, når duktile metaller udsættes for trækspændinger i et surt miljø og kommer under stress, hvilket gør diagnose og behandling udfordrende. PWHT kan hjælpe med at sænke forekomsten af HIC ved at aflaste trækspændinger, der bidrager til SCC.

Reduktion af hårdhed

Svejsning kan forårsage indre spændinger i materialer, der fører til spændingskorrosion og brintinduceret revnedannelse, og for at imødegå denne risiko anvendes ofte en varmebehandling efter svejsning (PWHT). PWHT fungerer ved at opvarme materialet i en længere periode, før det gradvist køles ned igen; derudover reducerer det også hårdheden, hvilket gør arbejdet lettere for svejserne.

Temperatur og varighed afhænger af det materiale, der svejses, den anvendte svejseproces og det ønskede resultat. For at opnå en effektiv PWHT er det afgørende, at der anvendes passende udstyr og faciliteter, at opvarmningen sker i tilstrækkelig lang tid ved en acceptabel temperatur, og at afkølingshastigheden kontrolleres i overensstemmelse hermed.

Forkerte eller uagtsomme PWHT-procedurer kan medføre, at restspændinger kombineres med belastningsspændinger for at overskride materialets designgrænser, hvilket fører til svejsefejl, højere revnedannelsespotentiale og modtagelighed for sprødbrud. Dette kan i sidste ende forårsage svejsefejl.

PWHT kan hjælpe med at afhjælpe sådanne problemer og giver flere fordele i processen. For eksempel kan det reducere metallets hårdhed, hvilket gør det lettere at arbejde med. Desuden kan PWHT hjælpe med at mindske brintinduceret revnedannelse ved at fjerne absorberet brint, der kan bidrage til brintinduceret revnedannelse i visse svejseprocesser.

Øget styrke

Spændingsaflastning er ofte foreskrevet i reglerne som en effektiv måde at aflaste indre spændinger i stålkomponenter efter svejsning. Denne praksis hjælper med at forbedre styrken, samtidig med at man undgår revnedannelse under dynamiske belastningsforhold; desuden gør spændingsaflastning det muligt for svejsninger at bevare deres duktilitet og sejhedsegenskaber.

Processen indebærer, at svejseområdet opvarmes til en bestemt temperatur, før det afkøles, hvilket reducerer spændinger og fordeler dem jævnt i metallet, forbedrer hårdheden og duktiliteten, hvilket øger udmattelsesmodstanden og hjælper med at mindske brintinduceret revnedannelse i visse stålkvaliteter.

Baseret på materialetypen og den svejsning, der skal behandles, kan der anvendes forskellige varmebehandlingsmetoder, f.eks. udglødning, anløbning, slukning og normalisering. Hver metode har sine egne fordele og ulemper, så det er vigtigt, at man bruger den rette metode og overholder de anbefalede tids- og temperaturparametre.

Forskning i restspændingsaflastningsmekanik har givet blandede og ofte uforståelige resultater, hvilket gør fortolkningen mere udfordrende end forventet. Det er stadig uklart, om plastisk deformation, som det fremgår af ændringer i flydespænding og Young's modul, spiller nogen rolle i spændingsaflastning; og på nuværende tidspunkt findes der ikke noget kvantitativt forhold mellem PWHT-temperatur og holdetid, der kan give de ønskede resultater.

Reduktion af udmattelsesrevner

Spændinger som følge af svejsning kan kompromittere en komponents langsigtede ydeevne og forårsage udmattelsesrevnedannelse, men aflastning kan afhjælpe denne bekymring ved at eliminere svejseinducerede spændinger og gøre komponenten mere modstandsdygtig over for udmattelsessvigt under cykliske belastninger. Desuden giver aflastning mulighed for, at hærdende udfældnings- eller ældningsprocesser i materialer kan finde sted - hvilket potentielt forbedrer duktiliteten og samtidig mindsker risikoen for skørhedsbrud.

PWHT indebærer opvarmning af emnet over dets omdannelsestemperatur i en bestemt periode. Det skaber en temperaturgradient, der får indre spændinger til at slappe af, hvilket hjælper med at forhindre spændingskorrosion og brintinduceret revnedannelse, samtidig med at svejsningens følsomhed over for belastninger i drift mindskes. PWHT kan være nødvendigt, når man arbejder med komplekse fabrikationer eller støbegods med snævre dimensionstolerancer og kritiske belastninger, der kræver særlige overvejelser under svejse- eller støbeprocesserne.

Undersøgelser har vist, at ensartet PWHT kan give en betydelig aflastning af restspændinger på visse svejsninger, med variationer, der afhænger af forskellige faktorer som materialeegenskaber, geometri og størrelse på svejsningerne. Udvikling af krybestrækninger spiller en meget større rolle end plastisk deformation i ovnbaserede ensartede PWHT-processer - og det meste af udviklingen af krybestrækninger sker, før PWHT-holdetiden starter; derfor er det usandsynligt, at en kortere PWHT-holdetid kan opnå lignende spændingsaflastningseffekter som en lang.