Krav til varmebehandling efter svejsning (PWHT) i ASME B31.3

De nuværende designregler i rør- og trykbeholderindustrien varierer betydeligt i deres krav til varmebehandling efter svejsning (PWHT), hvor nogle synes at være berettigede, mens andre synes at være marginale ud fra et teknisk synspunkt.

EPRI-sponsorerede tests antyder, at PWHT-kravet for P No 4-materialer bør reduceres, og denne artikel søger at understøtte denne ændring i B31.1, B31.3 og andre kodeksafsnit.

Forvarmningstemperatur

Forvarmningstemperaturen er minimumstemperaturen i grundmetallet i en svejsning eller, ved flerstrengssvejsning, mellem hver svejsegang. Den skal forblive konstant under hele operationen i mindst en afstand, der svarer til den tykkeste del. Specifikationerne er angivet i WPS (se 3.6 for prækvalificerede WPS-begrænsninger og tabel 4.5 for væsentlige variable begrænsninger).

Forvarmning af almindeligt kulstofstål eller lavlegeret stål kræver omhyggelig temperaturregulering for at undgå overophedning, da en stigning i forvarmningstemperaturen kan reducere styrke og hårdhed, mens en for lav temperatur kan reducere sejhed og duktilitet i forhold til den oprindelige tilstand.

For komplekst legeret stål er det afgørende, at forvarmningstemperaturen indstilles, så der opnås omdannelse og krystallografisk orientering i grundmetallet. For at gøre dette korrekt kræver det nøjagtige beregninger af temperaturgradienter i svejsezonen.

Varmebehandling efter svejsning (PWHT) er afgørende for design og konstruktion af trykbeholdere og rør i lavlegeret stål, der svejses sammen under samleprocesser, for at blødgøre metallet, reducere restspændinger, øge duktiliteten og forhindre brintrevnedannelse. Denne varmebehandling har også andre fordele: Den gør metallet blødt, samtidig med at restspændinger mindskes og duktiliteten øges, og den hjælper med helt at undgå brintrevner.

Grænser for tykkelse

Grundkoden giver en bred vifte af tilladte længdespændinger for rørledninger samt en mulighed for at øge dem for lejlighedsvise belastninger. Materialets tidsafhængige krybeegenskaber fungerer som den begrænsende faktor. Der skal også anvendes en materialekvalitetsfaktor i tilfælde af støbejern og ikke-duktile materialer.

I tilfælde af lejlighedsvise belastninger er SL begrænset til 90% af flydespænding ved temperatur plus en styrkereduktionsfaktor. Det giver konstruktører mulighed for at anvende højere spændingsniveauer, end det ellers ville være tilladt i henhold til grundreglerne, samtidig med at de garanterer sikkerhed mod pludselige belastningsstigninger på grund af jordskælv.

På den anden side foreskriver basiskoden, at stressintensiveringsfaktorer begrænses til 1,33 gange den grundlæggende tilladte stress for vedvarende og lejlighedsvise belastninger; dette efterlader dog visse spørgsmål såsom anvendelsen af disse faktorer til debat blandt ingeniører og programmører af stressanalyseprogrammer.

For rørsystemer med forhøjede temperaturer bestemmes spændvidden af faktorer som primær længdespænding, bøjningsmoment og forskydningskræfter. En ligning, der inkluderer disse komponenter, giver os mulighed for at beregne disse grænser for både enkeltunderstøttede og faste understøtninger.

Undtagelser

Som i enhver anden branche kan det være en udfordring at overholde standarder og dokumentation, men overholdelse og grundig dokumentation er afgørende for at beskytte både medarbejdere og kunder. Det er især relevant i stærkt regulerede brancher som kraftværker, kemisk produktion eller minedrift, hvor der skal opretholdes strenge standarder for at sikre arbejdsmiljøet.

ASME B31.3 blev for nylig revideret for at give mere præcise beskrivelser af undersøgelses-, inspektions- og testprocedurer for procesrørsystemer. Revisionerne omfattede opdatering af definitioner af konstruktion, udpeget parti, kombinationssvejset (COW) rør efter svejsning af brintudbagningstryk; kravene til progressiv prøveudtagning blev præciseret, mens grundlaget for tilladte spændinger blev øget fra 0,67 gange flydespænding op til så meget som 0,80 gange flydespænding.

Tabel 331.1.3 er også blevet ændret for at fritage nogle rør fra obligatoriske PWHT-krav baseret på materiale- og gruppenummer, kontroltykkelse, svejsetype og forvarmningstemperatur.

Eksempel: Kulstofstålrør, der er svejset med svejseprocedure og materiale i gruppe P-No 1, kan undtages fra varmebehandling efter svejsning, hvis de udsættes for en forvarmningstemperatur på 95 °C eller derover; denne undtagelse gælder også for svejsemateriale, der er klassificeret som Fluid Service med forhøjet temperatur.

Forvarmningstid

ASME B31.3 er et sæt omfattende standarder, der dækker forskellige aspekter af procesrørsystemer. Dokumentet indeholder oplysninger om materialer, fittings, konstruktionsteknikker for samlinger og test. ASME B31.3 er blevet en industristandard, der bruges til at sikre sikkerheden og integriteten af rørsystemer på tværs af mange forskellige industrier.

2014-udgaven af ASME B31.3 indeholdt flere vigtige opdateringer, såsom reviderede krav til forvarmning, en stigning i det maksimale designtryk for kraftrørsystemer og mere information om inspektions- og testprocedurer. Desuden kan nationale eller internationale centrale certificeringsprogrammer nu bruges i stedet for ASNT's eget centrale certificeringsprogram; mens der blev tilføjet specifikke acceptkriterier for magnetiske partikler og væskepenetrantundersøgelser med reduceret hydrotesttryk, mens der kontrolleres for lækager samt forenklet beregning af hydrotesttrykberegninger.

Dette afsnit stiller krav til minimum vægtykkelse for trykrør, der anvendes til væsker ved forhøjede temperaturer, og specificerer den maksimalt tilladte spænding, som bestemmes ved at gange den tilladte spænding med materialets flydespænding. Desuden er der regler for beregning af langsgående spændinger og maksimalt tilladte spændingsvariationer, med bestemmelser om at bestemme udmattelsesegenskaber ved hjælp af enten S/N-kurveanalyse eller mere grundige analysemetoder for brudmekanik. Endelig skal rørsystemet efter svejsning og samling underkastes trykprøvning ved hjælp af enten hydrostatiske eller penumatiske testteknikker - yderligere detaljer i afsnit 8.4.