ASME B31.1 Konsistente Anforderungen für die Wärmebehandlung nach dem Schweißen

ASME B31.1 ist ein unverzichtbares Regelwerk, das darauf ausgelegt ist, die Sicherheit von Rohrleitungssystemen in Kraftwerken zu verbessern. Dieses Regelwerk hält mit dem technologischen Fortschritt Schritt und gewährleistet, dass Rohrleitungssysteme in verschiedenen Branchen sicher betrieben werden können.

Die Anforderungen der Norm B31.1 an die Nacherwärmung (PWHT) lassen Temperaturen zu, die die untere kritische Temperatur für 1-1/4-Cr-Mo-Werkstoffe erreichen, was angesichts ihrer Anfälligkeit für Wiedererwärmungsrisse besonders riskant ist.

1. Material

ASME B31.1 ist die Branchennorm für Rohrleitungssysteme in der Energiewirtschaft und passt sich den technologischen Fortschritten in verschiedenen Branchen an, wodurch einheitliche und standardisierte Rohrleitungssysteme gewährleistet werden. Der Betriebsbereich unterscheidet sich jedoch erheblich von dem von Prozessrohrleitungssystemen.

Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, liegt die Freigrenze für die PWHT gemäß B31.1 deutlich niedriger als in der britischen Norm, was auf Unterschiede in der Stahlzusammensetzung zurückzuführen ist, die sich auf die Bruchzähigkeit auswirken.

Die Anforderungen von B31.1 und NBEP stehen häufig im Widerspruch zueinander, wenn es um die Befreiung bestimmter Wandstärken von der PWHT geht, obwohl beide Normen die Gruppenbezeichnungen nach ASME P1 verwenden. Ein einheitlicherer Ansatz würde dazu beitragen, solche Probleme zu mindern.

Eine Alternative zur PWHT ist die Vorwärmung der Rundnaht, die sich bei den meisten Kohlenstoffstählen bewährt hat. Es ist jedoch zu beachten, dass diese Methode nicht immer optimale Ergebnisse liefert, wenn sie nur auf den Lichtbogenbereich angewendet wird.

In zahlreichen Studien wurde die Wirksamkeit des Vorwärmens bei der Verringerung des Risikos für Sprödbrüche in Schweißnähten untersucht. Leider beschränken sich die meisten dieser Studien auf Simulationen und nicht auf tatsächliche Feldversuche, und ihre Ergebnisse hängen von den verwendeten Bruchzähigkeitsdaten ab.

2. Schweißen

ASME B31.1 ist eine anpassungsfähige Norm, die darauf ausgelegt ist, mit den technologischen Veränderungen in der Industrie Schritt zu halten und so die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Rohrleitungssystemen zu gewährleisten. Darüber hinaus ermöglicht ihre Anpassungsfähigkeit, den Anforderungen verschiedener Branchen wie der Öl- und Gasindustrie oder der Stromerzeugung gerecht zu werden.

Die Anforderungen an die PWHT in den Bauvorschriften verdeutlichen diese Anpassungsfähigkeit auf eindrucksvolle Weise. Die Vorschriften der einzelnen Normen variieren je nach den Wandstärken, die eine PWHT-Behandlung erfordern, den Materialeigenschaften, die diese Behandlung notwendig machen, den Halte-Temperaturen während der Behandlungsdauer sowie den Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeiten – allesamt Faktoren, die einen entscheidenden Einfluss haben.

Die PWHT (Wärmebehandlung nach dem Schweißen) ist ein wesentlicher Schritt im Konstruktionsprozess von Rohrleitungssystemen und wird von vielen Normen vorgeschrieben. Sie dient dazu, Spannungen im Metall an den Schweißnähten abzubauen und gleichzeitig die Materialeigenschaften zu verbessern.

Durch die jüngsten Änderungen an der Norm ASME B31.3 „Process Piping“ wurde die Anforderung an die Nachwärmbehandlung (PWHT) für Kohlenstoffstahl der Werkstoffgruppe P-Nr. 1 für alle Wandstärken aufgehoben, sofern eine Vorwärmung erfolgt und bei allen Schweißnahtdicken mehrlagig geschweißt wird. Diese Änderung basiert auf detaillierten bruchmechanischen Analysen, die zeigen, dass Schweißkonstruktionen nahe der Streckgrenze, die zyklischen Belastungen ausgesetzt sind, Restspannungen nahe der Streckgrenze erzeugen können, die zu spröden Brüchen führen; Dies gilt insbesondere unter Bedingungen, bei denen Restspannungen Werte nahe der Streckgrenze erreichen, was bei Schweißverbindungen nahe der Streckgrenze zu Restspannungen nahe der Streckgrenze führen kann, die wiederum dazu führen, dass Schweißverbindungen nahe der Streckgrenze unter Belastungsbedingungen versagen, die denen ähneln, wie sie bei Schweißverbindungen nahe der Streckgrenze unter Bedingungen nahe der Streckgrenze auftreten, was möglicherweise zu Restspannungen nahe der Streckgrenze führt, wodurch Schweißverbindungen nahe der Streckgrenze unter Belastungsbedingungen, die denen bei Exposition gegenüber Schweißverbindungen nahe der Streckgrenze unter Bedingungen nahe der Streckgrenze ähneln, ein Versagen nahe der Streckgrenze erleiden können; Streckgrenzen nahe der Streckgrenze können zu Restspannungswerten nahe der Streckgrenze bei Schweißverbindungen führen, was unter Spannungsbelastungen, die mit Schweißverbindungen nahe der Streckgrenze verbunden sind, zu einem Bruch führen kann; dies kann wiederum zu Restspannungswerten nahe der Streckgrenze führen, die mit Schweißverbindungen nahe der Streckgrenze in Verbindung stehen; Schweißverbindungen nahe der Streckgrenze können zu einem Versagen aufgrund von Restspannungswerten nahe der Streckgrenze führen, die durch Schweißverbindungen nahe der Streckgrenze verursacht werden, wobei Schweißverbindungen nahe der Streckgrenze Werte nahe der Streckgrenze erreichen Schweißkonstruktionen, die unter Belastungsbedingungen, wie sie beispielsweise bei zyklischen Belastungen auftreten, zu Zuständen nahe der Streckgrenze führen. Diese Änderung wurde eingeführt, da sie aufzeigte, wie Restspannungen im Zusammenhang mit Schweißkonstruktionen nahe der Streckgrenze zu Versagen führen können, das normalerweise nicht auftreten würde. Diese Änderung wurde durch detaillierte bruchmechanische Analysen eingeführt, die zeigten, dass Schweißverbindungen nahe der Streckgrenze, die zyklischen Belastungsbedingungen ausgesetzt waren, zu einem spröden Versagen führen können, da Schweißverbindungen nahe der Streckgrenze unter zyklischen Belastungsbedingungen versagen können, was schließlich zu zyklischen Belastungszyklen führt, denen sie ausgesetzt sind Bedingungen, die denen von Schweißverbindungen nahe der Streckgrenze ähneln, können gefährlich werden, da Schweißverbindungen nahe der Streckgrenze bei zyklischer Belastung zu sprödem Versagen führen können, das resultiert aus der Einwirkung von zyklischen Belastungszyklen, wenn sie solchen Bedingungen ausgesetzt sind. Bei Schweißverbindungen nahe der Streckgrenze, die Belastungen ausgesetzt sind, kann es unter diesen Spannungsbedingungen zu sprödem Versagen kommen, das unter normalen Spannungsniveaus nicht auftreten würde, naheSchweißnähte nahe der Streckgrenze, die Belastungsbedingungen ausgesetzt sind, die zu einem Versagen aufgrund von Ermüdungsbelastungen führen, bedingt durch Eigenspannungen, die dazu führen, dass Schweißnähte nahe der Streckgrenze oder an der Streckgrenze Belastungsbedingungen ausgesetzt sind, die zu Zuständen nahe der Streckgrenze führen können, was bei Schweißnähten nahe der Streckgrenze unter solchen Bedingungen zu einem spröden Versagen unter zyklisch belasteten Bedingungen führen kann, bedingt durch zyklisch belastete Schweißkonstruktionen, die zyklischen Belastungsbedingungen ausgesetzt sind, unter solchen Belastungsbedingungen, die dazu führen, dass Schweißkonstruktionen nahe der Streckgrenze bis zum Versagen gelangen, was dazu führt, dass Schweißkonstruktionen nahe der Streckgrenze, die beansprucht werden, leichter zu einem spröden Versagen neigen und schließlich später versagen, was zuSchweißnähte nahe der Streckgrenze können schneller als Schweißnähte nahe der Streckgrenze zyklischen Belastungsbedingungen nahe der Streckgrenze ausgesetzt werden, was bei Exposition zu einem Versagen nahe der Streckgrenze führen kann.

3. Prüfung

Da verschiedene Abschnitte der Norm unterschiedliche Anforderungen an die Nachschweißwärmebehandlung (PWHT) für Kohlenstoffstähle vorgeben, bestehen uneinheitliche Anforderungen hinsichtlich der Nachschweißwärmebehandlung (PWHT). Manchmal spiegelt dies technische Praktiken wider, die sich im Laufe der Zeit aufgrund von Anwendungserfahrungen entwickelt haben; in anderen Fällen können sie auf unterschiedliche Auslegungen technischer Daten zurückzuführen sein.

Vor 2014 schrieben die Normen B31.1 und B31.3 vor, dass bei allen Schweißarbeiten an Kohlenstoffstahl mit einer kontrollierten Dicke von mehr als 0,75 Zoll eine Wärmebehandlung nach dem Plasmaschweißen (PWHT) durchzuführen war. Seit der Aktualisierung dieser Normen im Jahr 2014 ist jedoch eine Ausnahme von der obligatorischen PWHT für Werkstoffe der P-Nr. 1 zulässig, wenn vor dem Schweißen bei einer Nennwerkstoffdicke von mehr als 25 mm (1 Zoll) ein Mehrlagenschweißen mit einer Schweißnahtvorwärmung auf 95 °C angewendet wird. Darüber hinaus empfahl die RRAC, die Temperaturanforderungen für die PWHT bei Werkstoffen der Klasse P Nr. 4 zu senken, um sie an andere Abschnitte der Vorschriften anzupassen.

Bruchmechanische Untersuchungen, die unter anderem vom EPRI durchgeführt wurden, haben eindeutig gezeigt, dass eine Nachwärmetemperatur von 1100 °F oder weniger zu niedrig ist, da sie die Härte und die Schlagzähigkeit von abgeschreckten Proben aus Grundmetall innerhalb weniger Minuten erheblich verringert.

Das RRAC-Team untersucht Änderungen an der Norm B31.1, durch die die erforderliche PWHT-Temperatur für Kohlenstoffstähle gesenkt werden könnte, und bietet gleichzeitig einen alternativen Ansatz in Form von Temper-Bead- oder Half-Bead-Verfahren an, die gemäß reparaturorientierten Normen zulässig sind. Außerdem wird das Team daran arbeiten, Konstruktionskurven unter Verwendung fortschrittlicher bruchmechanischer Methoden zu entwickeln.

4. Überprüfung

Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT) kann einen enormen Einfluss auf das Risiko eines Sprödbruchs bei geschweißten Bauteilen haben. Daher ist es unerlässlich, die Anforderungen der Norm ASME B31.1 einzuhalten, die kürzlich geändert wurde, um mehr Flexibilität bei der Wärmebehandlung nach dem Schweißen von Rohrmaterialien zu bieten. Auf die PWHT kann nun bei Kohlenstoffstahl der Güteklasse P-Nr. 1 mit einer Wandstärke von 19 mm oder mehr verzichtet werden, wenn Mehrlagenschweißen mit minimaler Vorwärmung angewendet wird, ähnlich wie in anderen Normen und Standards, beispielsweise den britischen Praxisleitfäden. Leider zeigen detaillierte bruchmechanische Analysen, dass der Verzicht auf eine PWHT bei dickeren Schweißnähten das Risiko für Restspannungen nahe der Streckgrenze erhöht, was die Anfälligkeit für Versagen steigert und zu einem spröden Versagen beitragen kann.

Bei der PWHT wird das Schweißgut behandelt, um Spannungen abzubauen und es weich zu machen, wodurch die Schweißnaht widerstandsfähiger gegen Korrosionsschäden und andere Arten von Beschädigungen wird und somit die Sicherheit in Druckrohrleitungssystemen erhöht wird.

ASME B31.1 schreibt außerdem vor, dass Schweißnähte und Bauteile vor ihrer Inbetriebnahme mittels zerstörungsfreier Prüfverfahren wie Röntgen- oder Ultraschallprüfungen untersucht werden müssen. Die Ergebnisse solcher Prüfungen müssen zur späteren Bezugnahme dokumentiert werden und können dazu beitragen, die Einhaltung der ASME B31.1-Normen nachzuweisen sowie etwaige Probleme in Ihrem System zu identifizieren.