Anforderungen an die Wärmebehandlung nach dem Schweißen gemäß ASME Abschnitt VIII

Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT) reduziert Spannungen, verbessert die Duktilität und trägt dazu bei, Rissbildung bei Behältern aus Kohlenstoffstahl mit einer Wandstärke von mehr als 38 mm sowie bei rissanfälligen Legierungen gemäß ASME Abschnitt VIII zu verhindern. Darüber hinaus kann dieses Verfahren auch bei Bauteilen für Flugzeugrümpfe, Turbinenschaufeln und Fahrwerkskomponenten angewendet werden.

Lokales PWHT kann eingesetzt werden, um Restspannungen abzubauen, die durch hohe Temperaturgradienten zwischen Schweißgut und Grundwerkstoff entstehen. In diesem Artikel werden alle Anforderungen und Ausnahmen gemäß ASME Section VIII Div 1 erläutert.

Qualifikation

Die PWHT ist in Branchen mit hohem Risiko wie Öl- und Gaspipelines, Druckbehältern und Offshore-Plattformen unverzichtbar; sie ist für Behälter aus Kohlenstoffstahl mit einer Wandstärke von mehr als 38 mm vorgeschrieben und in der Luft- und Raumfahrttechnik, einschließlich Fahrwerks- und Rumpfkomponenten, unerlässlich. Die Nichteinhaltung der ASME-Spezifikationen bezüglich der PWHT kann zur Ablehnung von Schweißnähten, kostspieligen Nacharbeiten und potenziellen Sicherheitsrisiken führen; aus diesem Grund ist es zwingend erforderlich, dass Schweißer sowohl über eine Schweißverfahrenqualifikation als auch über eine Wärmebehandlungsqualifikation verfügen, bevor sie mit PWHT-Arbeiten beginnen.

Das Vorwärmen und die Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT) dienen dazu, Rissbildung zu verhindern, Spannungen abzubauen und die Eigenschaften zu verbessern. Bei einem ofenbasierten PWHT-Verfahren werden ganze Bauteile in einem Ofen behandelt; lokale Widerstandsheizungen oder Heizpads werden zur Behandlung bestimmter Schweißzonen, wie beispielsweise Rohrleitungen, eingesetzt.

Ausnahmeregelungen

ASME Abschnitt VIII enthält umfassende Richtlinien für die Auslegung, den Bau, die Inspektion, die Prüfung und den Betrieb von Druckbehältern. Er dient als Industriestandard zur Gewährleistung sicherer und zuverlässiger Kraftwerkskessel und anderer industrieller Anwendungen.

Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen ist ein wesentlicher Bestandteil des Schweißprozesses und trägt dazu bei, Restspannungen abzubauen und die Zähigkeit der Schweißverbindungen zu erhöhen. Dabei werden die Werkstoffe in der Regel für eine bestimmte Zeit auf Temperaturen unterhalb ihrer unteren kritischen Umwandlungstemperatur erhitzt, bevor sie über einen längeren Zeitraum auf dieser Temperatur gehalten werden.

Auch wenn dieses Verfahren auf den ersten Blick abschreckend wirken mag, sieht Abschnitt VIII der ASME-Norm mehrere Ausnahmen vor, die diese Aufgabe vereinfachen und sicherer machen. Wenn der MDMT-Wert Ihres Werkstoffs unter dem in Abb. UCS 66 angegebenen Wert liegt, kann auf die Schlagprüfung verzichtet werden; der Einbau eines Überdruckventils bleibt jedoch obligatorisch. Um sicherzustellen, dass etwaige Ausnahmen wie vorgesehen funktionieren, bevor Sie sie selbst anwenden, sollten Sie zunächst einen zertifizierten Fachmann konsultieren, damit dieser Ihnen erklären kann, warum die Vorschriften bestehen, und gewährleisten kann, dass Ihr Projekt alle Sicherheitsstandards erfüllt.

Detaillierte Anforderungen

Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT) ist ein kontrollierter Prozess, bei dem das Schweißgut auf Temperaturen unterhalb seines unteren kritischen Umwandlungsbereichs erhitzt und dort nach Abschluss des Schweißvorgangs für einen angemessenen Zeitraum gehalten wird. PWHT wird von Normen wie ASME Abschnitt VIII vorgeschrieben, um strukturelle Versagen aufgrund von spannungsinduzierten Brüchen zu verhindern, und wird zudem häufig in Branchen wie der Sicherheit von Öl- und Gaspipelines, bei Luft- und Raumfahrtkomponenten (Fahrwerk und Rumpf), im Brückenbau, bei Hochhausgerüsten sowie bei großen Hochbauprojekten, wobei Verfahren wie die Ofen-Widerstandserwärmung oder die Induktionserwärmung lokaler Schweißzonen zum Einsatz kommen.

Wärmebehandlung

Die Wärmebehandlung ist ein Verfahren, das in der metallurgischen Industrie eingesetzt wird, um die physikalischen Eigenschaften von Metall zu verändern. Glühen, Einsatzhärten, Ausscheidungshärten, Anlassen, Aufkohlen und Normalisieren gehören zu den zahlreichen Verfahren zur Wärmebehandlung von Metallteilen.

Bei der Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT) werden beide Schweißmetalle für einen bestimmten Zeitraum auf Temperaturen unterhalb ihrer kritischen Umwandlungstemperatur erhitzt. Dieser Vorgang reduziert die durch das Schweißen verursachten Eigenspannungen und mikrostrukturellen Veränderungen und ermöglicht es den Werkstoffen, ihre Festigkeit nach dem Schweißen wiederzuerlangen; je nach den Anforderungen der Normen kann eine PWHT vorgeschrieben sein, wenn bestimmte Kriterien erfüllt sind.

Die Erwärmungszyklen müssen sorgfältig gesteuert werden, da ein zu schneller Temperaturanstieg zu Verformungen führen kann, während eine ungleichmäßige Temperaturverteilung Risse zur Folge haben kann. Daher schreiben Anwendungsnormen in der Regel vor, dass zu behandelnde Schweißbereiche durch einen entsprechend kleinen Spalt von unbehandelten Teilen getrennt werden müssen. Zu den Methoden der Nachwärmebehandlung (PWHT) gehören sowohl die Erwärmung eines gesamten Behälters in einem Ofen als auch lokale Widerstandsbehandlungen unter Verwendung von Heizkissen oder -decken in bestimmten Bereichen.