Ausnahmen von der Wärmebehandlung nach dem Schweißen im ASME-Code

Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT) verringert das Risiko eines Sprödbruchs, indem Eigenspannungen beseitigt und harte, potenziell spröde Gefügebereiche angelassen werden. Die geltenden Vorschriften enthalten unterschiedliche Anforderungen für die Befreiung von der PWHT in Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung, den Anforderungen an die Charpy-Prüfung oder durch Prüfvorschriften, die Einschränkungen der zulässigen Fehlergröße zulassen (Tabelle 1).

Grenzdicke

Die geltenden Vorschriften schreiben eine PWHT für Schweißnähte an Rohrwerkstoffen mit einer Dicke von weniger als 0,625 Zoll vor; der in diesen Vorschriften festgelegte Grenzwert steht jedoch häufig im Widerspruch zu metallurgischen Überlegungen und strukturellen Konstruktionsanforderungen. Eine EPRI-Untersuchung hat gezeigt, dass eine Anhebung dieses Grenzwerts möglich ist, ohne die Sicherheit oder Zuverlässigkeit zu gefährden.

Es wurden Nachforschungen angestellt, um die bestehenden Vorschriften und Ausnahmeregelungen für das Schweißen von P-4- und P-5A-Chrom-Molybdän-Stählen, die für nukleare Anwendungen verwendet werden, zu bewerten, mit besonderem Augenmerk auf ihren Ursprung und ihre technische Grundlage, indem wir die Leiter der Normungsgremien befragten und die uns zur Verfügung stehenden Unterlagen prüften.

Studien zu verschiedenen Regelwerken haben gezeigt, dass ihre Dickenkriterien oft eher durch traditionelle Praktiken in bestimmten Branchen als durch wissenschaftliche Analysen von Metallen oder mechanische Überlegungen bestimmt werden, was zu großen Unterschieden zwischen den einzelnen Regelwerken geführt hat; derzeit variieren die Grenzwerte zwischen den Regelwerken sehr stark, wobei die Energieerzeugungsindustrie viel höhere Grenzwerte hat als die petrochemische Industrie; dies steht im Widerspruch zu Forschungsergebnissen, die zeigen, dass die Schweißeigenspannungen mit zunehmendem Rohrdurchmesser abnehmen und die HAZ-Bruchzähigkeit entsprechend sinkt.

Charpy-Test

Der Charpy-Test ist ein Standard-Schlagversuch, mit dem gemessen werden soll, wie viel Energie während des Bruchs von Materialproben absorbiert wurde. Er besteht in der Regel aus einem Pendel mit einem Schlaghammer, der schwingt und auf bearbeitete Proben schlägt, die Kerben enthalten können oder auch nicht, die vom Pendel abgewandt sind; die Energieabsorptionswerte werden gemessen und in Kerbzähigkeitswerte umgerechnet.

Mit dieser Prüfung kann die Duktil-Spröd-Übergangstemperatur (DBTT) von Metallen ermittelt werden, ein wesentliches Merkmal bei kritischen Anwendungen wie Schweißen und Druckbehälterbau. Darüber hinaus dient die Prüfung auch dazu, eine Gesamtbewertung der Zähigkeit des Materials anzugeben sowie lokalisierte spröde Zonen zu erkennen, die für eine PWHT-Behandlung anfällig sein könnten. Die Automatisierung der Prüfung mit dem roboTest-Prüfsystem liefert genaue Ergebnisse bei reduzierten Bedienereinflüssen, wie z. B. Temperatur-/Feuchtigkeitsschwankungen von Hand sowie außermittiges oder schräges Einlegen der Proben; sie liefert zuverlässige Daten mit verbessertem Probendurchsatz/Fehlerraten als manuelle Prüfmethoden allein - was zu einem höheren Durchsatz bei insgesamt weniger Fehlern führt.

Bruchmechanische Bewertung

In der Bruchmechanik geht es um zwei Eigenschaften von Werkstoffen: ihre Festigkeit und ihre Zähigkeit. Die Festigkeit gibt an, wie gut ein Material Belastungen standhält, während die Zähigkeit angibt, wie wirksam es die Ausbreitung von Rissen verhindert.

Die Bruchmechanik hat sich zu einem Industriestandard entwickelt und ist in den Vorschriften für Druckbehälter, Kessel und Rohrleitungen anerkannt. Derzeit erlaubt dieses Regelwerk den Betreibern, die Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT) zu umgehen, wenn die Bruchzähigkeit im geschweißten Zustand die maximale Schweißnahtdicke erreicht oder überschreitet.

Die ingenieurkritische Bewertung (Engineering Critical Assessment, ECA), die sich die Bruchmechanik zunutze macht, ermöglicht es Ingenieuren, diese Bewertung vorzunehmen. Ein hoher Bruchzähigkeitswert deutet auf einen erhöhten Widerstand gegen Risswachstum, eine gute Schadenstoleranz und Ermüdungsleistung hin - alles wesentliche Merkmale für die effektive und kostengünstige Entwicklung, Herstellung und den Betrieb von Strukturen oder Komponenten. Ein höherer Wert kann Kosten einsparen, indem er die Inspektionsintervalle verlängert oder die unerwarteten Ausfallraten durch eine höhere Lebensdauer verringert.

Ausnahmeregelungen

Eine Steuerbefreiung ist ein Privileg, das es einer Person, einer Gruppe oder einer Organisation ermöglicht, bestimmte Pflichten und Verbindlichkeiten zu vermeiden. Eine Befreiung kann eine Steuererleichterung (Steuerbefreiung) bedeuten oder Beträge ganz von der Steuerpflicht ausnehmen (Nichtsteuerbefreiungsstatus). Steuerbefreiung gilt in der Regel für Personen, Gruppen, Organisationen und Grundstücke gleichermaßen und kommt in der Rechtspraxis sowie in anderen Bereichen wie der Wirtschaft häufig vor.

Eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT) kann bei bestimmten geschweißten Stahlbauteilen erforderlich sein, um das Risiko eines Sprödbruchs zu verringern, indem Eigenspannungen abgebaut und harte, potenziell spröde Gefügebereiche angelassen werden. Die Notwendigkeit einer PWHT hängt von der Bruchzähigkeit des Stahls bei Schweißtemperatur ab.

Die Anforderungen an die Druckwasserhärtung unterscheiden sich zwischen den einzelnen Normen, da sie von verschiedenen Fachgremien unter Berücksichtigung umfangreicher Erfahrungen und technischer Praktiken entwickelt wurden. Um eine gewisse Einheitlichkeit der PWHT-Temperaturen in den verschiedenen Regelwerken zu schaffen, schlägt McEnerney7 vor, diese für P Nr. 4-Materialien um 30 Grad Celsius zu erhöhen, wie es in den CEN-Ansätzen vorgesehen ist, um eine Vereinheitlichung zu erleichtern.