Der Wärmebehandlungsprozess nach dem Schweißen

Schweißen ist eine wirksame Methode zur Herstellung starker Metallstrukturen. Die extremen Temperaturen können jedoch auch innere Spannungen und mikrostrukturelle Veränderungen in Metallen hervorrufen, die zu versteckten inneren Spannungen oder mikrostrukturellen Veränderungen führen können.

PWHT (Post Weld Heat Treatment - Wärmebehandlung nach dem Schweißen) kann diese Auswirkungen abmildern, um die Leistung zu verbessern und die Lebensdauer der Komponenten zu verlängern. Das PWHT-Verfahren von Team reicht von der Expansionserwärmung bis zum Lösungsglühen und reduziert die inneren Spannungen bei gleichzeitiger Verbesserung der strukturellen Integrität, um die Industrienormen zu erfüllen.

Glühen

Da beim Schweißen eine schnelle Erwärmung und Abkühlung der Werkstoffe erfolgt, können hohe Temperaturgradienten entstehen, die zu einer Verformung oder Schwächung der Strukturen führen. Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen trägt dazu bei, diese Auswirkungen abzumildern, indem sie Eigenspannungen verringert und die mechanischen Eigenschaften der geschweißten Bauteile verbessert.

PWHT (Precision Welded Heat Treating) ist ein Verfahren, bei dem Teile von Schweißkonstruktionen über einen längeren Zeitraum auf erhöhte Temperaturen erhitzt und dann dort gehalten werden, um eine Ausdehnung und Umverteilung des Materials zu ermöglichen und so unerwünschte Spannungen zu beseitigen, die andernfalls zu Sprödigkeit, Rissen oder anderen Versagensarten unter dynamischen Belastungsbedingungen führen könnten.

Verschiedene Metalle erfordern spezifische Wärmebehandlungen nach dem Schweißen, um optimale Ergebnisse zu erzielen, was die Wahl des richtigen Verfahrens unerlässlich macht. Pipelines benötigen in der Regel spezielle Verfahren wie Normalisieren und Spannungsarmglühen, um wasserstoffbedingte Risse zu minimieren, die unter der Erde oder auf See auftreten, und so die Sicherheit und Zuverlässigkeit unter der Erde oder auf See zu gewährleisten. Um Ermüdung und Verschleiß besser entgegenzuwirken, können Verfahren wie das Anlassen die Zähigkeit und Duktilität geschweißter Komponenten erhöhen und so Ermüdung und Verschleiß entgegenwirken.

Normalisierung

Die normalisierende Wärmebehandlung (NHT) verringert die Härte und erhöht gleichzeitig die Duktilität und Zähigkeit. Außerdem wird das Gefüge vereinheitlicht, so dass es feinkörniger wird, was die nachfolgenden Bearbeitungs- und Umformprozesse erleichtert und die wasserstoffinduzierte Rissbildung (HIC) verhindert.

Nach dem Schweißen können Metalle wie Kohlenstoffstahl und legierter Stahl eine schnelle Abkühlung erfahren, die ihre Mikrostruktur verändert und zu Spannungskonzentrationen, Verformungen oder Rissen führt - was die PWHT bei großen Strukturen oder Rohrleitungen, die wiederholten Belastungszyklen ausgesetzt sind, so wichtig macht.

Beim Normalisieren wird das geschweißte Metall vorsichtig auf eine Temperatur erwärmt, die zwischen der Rekristallisations- und der Schmelztemperatur liegt. Dabei wird das ursprüngliche Austenitkorn durch ein feineres Bainitgefüge mit dispergierten Ferritkörnern, dispergierten Zementiteinschlüssen an den Korngrenzen und atomarer Migration ersetzt, um die Anisotropie des Gefüges zu verringern, eine gleichmäßigere Verteilung der Legierungsbestandteile zu erreichen und so die begehrten Normalisierungsergebnisse zu erzielen.

Stressabbau

Das Spannungsarmglühen ist das gängige Verfahren zum Abbau der durch das Schweißen verursachten inneren Eigenspannungen. Bei der PWHT-Methode wird das Material auf eine hohe Temperatur erhitzt und dann langsam abgekühlt, so dass es sich gleichmäßig ausdehnen und zusammenziehen kann und die Spannungen in der Struktur abgebaut werden. Sie ist besonders wichtig bei Bauteilen, die weiterverarbeitet werden sollen, z. B. durch CNC-Fräsen.

Das Spannungsarmglühen reduziert die Zugeigenspannungen erheblich, aber nicht auf Null; daher sollten diese Verfahren immer vor einer maschinellen Bearbeitung durchgeführt werden, um Maßänderungen und Versagen zu vermeiden. Außerdem wird verhindert, dass eingeschlossener Wasserstoff in die Schweißnähte diffundiert, was andernfalls zu Versprödung und wasserstoffinduzierter Rissbildung führen könnte. Daher ist diese Methode besonders wichtig, wenn sie unterirdischen oder Unterwasserumgebungen ausgesetzt ist oder für schwere Ausrüstungen, die Ermüdungserscheinungen und anderen Faktoren standhalten müssen; häufig wird bei dieser Methode die Induktionserwärmung eingesetzt, die diesen Prozess erheblich beschleunigt.

Anlassen

Die Druckwasserhärtung kann durch das Schweißen verursachte Eigenspannungen, die zu wasserstoffinduzierter Rissbildung und Spannungskorrosion beitragen, abbauen und so das Fehlerpotenzial verringern und die Leistungsfähigkeit erhöhen.

Unter Anlassen versteht man das Erhitzen von geschweißtem Material auf eine exakte Temperatur und das langsame Abkühlen, um innere Spannungen abzubauen und gleichzeitig Restspannungen im Schweißbereich zu verringern oder zu beseitigen, ohne die Festigkeit zu verringern.

Lokale Wärmebehandlungen nach dem Schweißen können mit verschiedenen Techniken durchgeführt werden, z. B. mit Autogenflammen, Widerstandsheizelementen oder Ofenerwärmung. Um eine gleichmäßige Erwärmung des gesamten Bauteils zu gewährleisten, ist die Gleichmäßigkeit entscheidend - eine ungleichmäßige Erwärmung kann zu thermischen Gradienten führen, die zusätzliche Eigenspannungen oder Verformungen verursachen können.

Eine ordnungsgemäße Wärmebehandlung nach dem Schweißen ist der Schlüssel zu langfristiger Festigkeit und Zuverlässigkeit. Bei korrekter Durchführung können Wärmebehandlungen nach dem Schweißen die Zugfestigkeit, die Kriech- und Kerbzähigkeit verbessern sowie Sprödbruch und Wasserstoffversprödung verhindern; bei unsachgemäßer Durchführung können sie jedoch zu Schweißnahtausfällen, verminderter Belastbarkeit sowie abnehmender Duktilität und Korrosionsbeständigkeit führen.