Der Zweck von PWHT

In vielen Industriezweigen gelten strenge Vorschriften für die PWHT von geschweißten Komponenten, die in Pipelines, Kernkraftwerken oder anderen industriellen Anwendungen eingesetzt werden. Die PWHT stellt sicher, dass geschweißte Bauteile hohen Druck- und Korrosionsbelastungen standhalten, wie sie beispielsweise beim Transport von Öl- und Gaspipelines durch Druckrohre oder in Kernreaktoren auftreten, und garantiert so eine lange Lebensdauer.

Bei der Wärmebehandlung nach dem Schweißen wird das Material für eine angemessene Dauer auf eine geeignete Temperatur erwärmt, um Eigenspannungen abzubauen, das Gefüge zu verbessern und die Zähigkeit und Duktilität zu erhöhen.

Reduziert Eigenspannungen

Die beim Schweißen auftretenden hohen Temperaturen und die schnelle Abkühlung können zu Spannungen in der Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone (WEZ) führen, was zu Verformungen, Rissen und schließlich zum Versagen von Stahlkonstruktionen führen kann. Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT) trägt dazu bei, diese Eigenspannungen abzubauen und die Materialfestigkeit der Strukturen zu erhöhen.

Die PWHT reduziert die Eigenspannungen in den Schweißnähten um etwa 30-35% aufgrund der Umverteilung der thermischen Spannungen während des Abkühlungszyklus, obwohl diese nicht Null erreichen können, solange Ermüdungszyklen in der Schweißnaht bestehen.

Es gibt verschiedene Techniken zur Ermittlung von Eigenspannungen in Bauteilen. Zu diesen Methoden gehören Bohrtechniken, Neutronen- oder Röntgenaufnahmen und die Finite-Elemente-Analyse (FEA). FEA kann sich als besonders wertvoll für die Optimierung von PWHT-Verfahren erweisen, indem sie Eigenspannungen vorhersagt, die eine ECA-Prüfung wahrscheinlich bestehen würden.

Die Druckwasserhärtung (PWHT) wird in verschiedenen Industriezweigen zunehmend für Stahlbauteile benötigt. Öl- und Gaspipelines werden einer PWHT-Behandlung unterzogen, um ihre Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen, damit sie rauen Umweltbedingungen standhalten, während sie beim Bau von Brücken und Infrastrukturen wie Dämmen eine wesentliche Rolle spielt. Die PWHT für geschweißte Stahlbauteile bietet viele Vorteile, die dazu beitragen, sichere, langlebige Strukturen zu gewährleisten.

Verbessert die mechanischen Eigenschaften

Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen ist ein wichtiger Schritt zur Minimierung von Verzug und zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Schweißnähten. Sie trägt zur Verbesserung der Mikrostruktur bei, stärkt das Gefüge und erhöht die Festigkeit bzw. die Widerstandsfähigkeit gegen Sprödbruch. Darüber hinaus werden durch die Wärmebehandlung nach dem Schweißen Eigenspannungen abgebaut, die während des Schweißens entstehen und die Grenzen der Materialauslegung überschreiten könnten, was zu Schweißversagen und strukturellen Problemen führen könnte.

Die PWHT trägt zur Erhöhung der Zugfestigkeit und Härte des Schweißguts bei, indem sie die Korngröße, die Duktilität und die Porositätsverringerung erhöht sowie die Porositäts-/Durchlässigkeitsraten verringert und die Korrosionsbeständigkeit der Schweißgutkomponenten erhöht.

Es wurden Untersuchungen zu den Auswirkungen der PWHT-Behandlung auf das Mikrogefüge und die mechanischen Eigenschaften von lasergeschweißten NiTi-Proben durchgeführt. Geglühte Proben mit Ferritgefüge wiesen niedrigere Werte für Zugfestigkeit und Härte, aber höhere Werte für Duktilität und Zähigkeit auf, während gehärtete Martensitproben die höchste Härte, aber die niedrigsten Werte für Duktilität und Zähigkeit zeigten.

Pwht ist in vielen Industriezweigen, z. B. bei Rohrleitungen und Druckbehältern, eine wesentliche Voraussetzung für einen sicheren Betrieb. Leider erfordert ihre Umsetzung jedoch eine komplexe Ausbildung, um Probleme wie Versprödung und Übererweichung zu vermeiden. Auch die Erwärmungs- und Abkühlungsraten müssen sorgfältig gesteuert werden, um einen Spannungsabbau ohne nachteilige Auswirkungen auf die Leistung zu gewährleisten.

Verstärkt die Schweißnaht

Schweißen ist ein integraler Bestandteil der Konstruktion von Stahlkonstruktionen, doch kann das Schweißen Verformungen verursachen und die Materialeigenschaften verändern, was zu Verformungen und einer Schwächung der Festigkeit führt, was die Anfälligkeit unter dynamischen Lastbedingungen erhöht und möglicherweise zum Versagen der Konstruktion führt. Ingenieure und Verarbeiter wenden sich an die Wärmenachbehandlung (PWHT). Zu diesem Zweck setzen Ingenieure die PWHT als wirksame Präventivmaßnahme ein.

Die PWHT trägt dazu bei, die beim Schweißen entstehenden Eigenspannungen zu verringern und umzuverteilen sowie die Mikrostruktur des Grundmaterials zu verbessern, indem die Härte verringert und gleichzeitig die Zähigkeit und Duktilität erhöht wird. Darüber hinaus kann sogar der beim Schweißen eingebrachte Wasserstoff entfernt werden, um das Risiko der wasserstoffinduzierten Rissbildung (HIC) zu verringern.

Wie bei jedem Verfahren hängt auch bei der PWHT der Erfolg von verschiedenen Variablen ab. Die Temperatur und die Eintauchzeiten müssen sorgfältig gesteuert werden, um nachteilige Auswirkungen wie Versprödung und Übererweichung zu vermeiden; die Zeit, die bei der Spitzentemperatur verbracht wird, muss ebenfalls angemessen bestimmt werden, um Spannungen abzubauen, ohne dass es zu übermäßigem Kornwachstum kommt; die Abkühlungsgeschwindigkeit muss ebenfalls gesteuert werden, um keine neuen Eigenspannungen einzuführen; wenn die PWHT effektiv durchgeführt wird, kann sie die Schweißnähte erheblich stärken und gleichzeitig ihre mechanischen Eigenschaften verbessern.

Verhindert Korrosion

Der Einsatz der PWHT hat sich als äußerst erfolgreich beim Schutz vor langfristigen Korrosionsphänomenen wie Spannungsrisskorrosion und Lochfraß in vielen Umgebungen erwiesen und wird häufig von Normen für Behälter und Rohre vorgeschrieben, die unabhängig von der Metallzusammensetzung oder der Wanddicke für solche Fehler anfällig sind.

Forscher haben auch festgestellt, dass pwht die Korrosion von geschweißten sauren Stählen wie 12Cr6Ni2Mo und SMSS in einigen sauren Umgebungen verhindern kann, indem es Korngrenzenkarbide vermeidet, die zu einer irreversiblen Verringerung der Korrosionsbeständigkeit führen.

Beachten Sie, dass pwht nicht die IGSCC unter sauren Betriebsbedingungen verhindert, die durch andere Mechanismen als die oben beschriebenen auftritt und durch geeignete Wartungs- und Konstruktionsverfahren verhindert werden muss. Nichtsdestotrotz trägt pwht dazu bei, die Beständigkeit gegen diese Form der Korrosion bei geschweißten Stählen für den sauren Betrieb zu erhöhen, so dass dies bei der Auswahl dieser Betriebsart berücksichtigt werden sollte.