PWHT-Lösungen - Sicherstellung von Festigkeit und Integrität in geschweißten Konstruktionen

Die Wärmenachbehandlung (PWHT) reduziert Eigenspannungen, die andernfalls zu Verformungen und Rissen in geschweißten Strukturen führen könnten, und verhindert die Entstehung von Sprödbruch, Spannungsrisskorrosion und Ermüdung in diesen Werkstoffen. Bei der PWHT wird das Schweißgut über einen längeren Zeitraum auf eine bestimmte Temperatur erhitzt und dieser Prozess dann gesteuert, um Übererweichung, Anlassversprödung und Risse zu vermeiden.

Schweißen und Wärmebehandlung

Schweißen ist ein integraler Bestandteil bei der Herstellung von Stahlkonstruktionen, aber die Restspannungen können zu deren Zusammenbruch führen. Um diesem Risiko zu begegnen, sollte nach dem Schweißen eine Wärmenachbehandlung (PWHT) durchgeführt werden, um die Spannungen in der Struktur zu verringern und ihre Integrität zu erhalten.

Zu den PWHT-Lösungen gehört ein thermisches Verfahren, bei dem das geschweißte Metall über einen längeren Zeitraum auf bestimmte Temperaturen erhitzt und dann allmählich wieder abgekühlt wird. Dies trägt zum Abbau von Restspannungen in der Schweißnaht bei und verbessert gleichzeitig die mechanischen Eigenschaften und das Gefüge.

Die pwht-Anforderungen hängen von der Legierung, der Querschnittsdicke und anderen Projektvariablen ab; im Allgemeinen ist sie jedoch bei Stahl mit dickem Querschnitt häufiger erforderlich, da die Zwänge zu anfälligeren Oberflächen führen, die zu Sprödbruchversagen führen können.

Die PWHT kann dabei helfen, indem sie die harte Schweißzone (HAZ) anhärtet, Sprödbruchversagen während des Betriebs verhindert und die Schweißnahtfestigkeit erhöht.

Eigenspannungen

Eigenspannungen sind sich selbst ausgleichende innere Spannungen in Bauteilen, die aus ungleichmäßigen gleichzeitigen Erwärmungs- und Abkühlungsraten, lokalen Schwankungen der Schrumpfungsraten zwischen Teilen einer Schweißnaht, Spannungen im Zusammenhang mit Phasenumwandlungen im Metall oder externen Belastungen, die nach Abschluss des Schweißvorgangs verbleiben, resultieren. Wenn diese Eigenspannungen die von außen einwirkenden Lasten verstärken, erhöhen sie das Spannungsniveau an kritischen Stellen einer Struktur, was zu hohen Spannungen an kritischen Stellen des Spannungsabbaus führt, was wiederum höhere Spannungen an kritischen Stellen verursacht, während gleichzeitig die Druckspannungen an anderen Stellen abnehmen. Beim Schweißen können Eigenspannungen aufgrund von ungleichmäßigen gleichzeitigen Erwärmungs-/Abkühlungszyklen, lokalen Schwankungen zwischen den Teilen, unterschiedlichen Abkühlungsraten zwischen den Teilen, Dehnungen im Zusammenhang mit Phasenumwandlungen zwischen den Schweißprozessstufen oder Dehnungen im Zusammenhang mit Phasenumwandlungen aufgrund ungleichmäßiger gleichzeitiger Erwärmungs-/Abkühlungsbedingungen zwischen den Schweißteilen, lokalen Schwankungen zwischen der Schrumpfung aufgrund unterschiedlicher Abkühlungsraten in verschiedenen Abschnitten oder Dehnungen im Zusammenhang mit Phasenumwandlungen, die durch Phasenänderungen aufgrund von Unterschieden zwischen den Schweißtemperaturen während der Phasenumwandlungen bei der Schweißverarbeitung verursacht werden, entstehen, was schließlich zu einem Versagen der Struktur aufgrund von externen Lasten führt, die auf die Strukturen einwirken.

Eigenspannungen, die beim Schweißen entstehen, können katastrophale Folgen haben, einschließlich Verformung, Rissbildung und Sprödbruch. Eigenspannungskonzentrationen, die die Materialstreckgrenze überschreiten, können zu einachsigen Zug- oder Druckrissen führen, die sich entweder im Schweißbereich selbst oder in angrenzenden Teilen einer Struktur bilden.

Eigenspannungen in geschweißten Bauteilen oder Strukturen hängen von zahlreichen Faktoren ab, darunter die Geometrie der Schweißverbindung, die beim Schweißen verwendeten Werkstoffe, die angewandten Herstellungs-/Reparaturverfahren, die nach dem Schweißen durchgeführten Wärmebehandlungen, die Belastungsbedingungen und die Betriebsgeschichte.

Die meisten Eigenspannungen sind nach wie vor unbekannt oder werden unterschätzt, da die Messmethoden zu ungenau sind und der gesamte Lebenszyklus der Strukturen nicht vollständig dokumentiert ist. Die Vorhersage oder Abschwächung solcher Spannungen erfordert ein besseres Verständnis und eine bessere Modellierung der Wechselwirkungen zwischen den Bauteilen während der Herstellung und des Betriebs sowie ein besseres Wissen darüber, wann diese Wechselwirkungen stattgefunden haben.

Mikrostrukturelle Veränderungen

Als Teil des Schweißprozesses wird das geschmolzene Schweißgut hohen Temperaturgradienten ausgesetzt, was zu mikrostrukturellen Veränderungen führen kann, die seine mechanischen Eigenschaften wie Duktilität und Zähigkeit verringern - was zu einem Bruchrisiko während des Betriebs oder zu Spannungsrisskorrosion führt. Dadurch sind Strukturen, die mit diesem Verfahren geschweißt werden, bruchgefährdet.

Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT) ist ein wichtiges Verfahren, mit dem viele schweißbedingte Probleme gelöst und gleichzeitig die Festigkeit von Strukturen erhöht werden kann. Um optimale Ergebnisse mit der PWHT zu erzielen, ist es wichtig, die besten Praktiken zu befolgen, wie z. B. die Auswahl einer effektiven Methode, die richtigen Heiz-/Kühltemperaturen, die Qualitätskontrolle während des Behandlungsprozesses sowie die Qualitätssicherung während des Inspektionsprozesses nach dem Schweißen. Wenn Sie diese Regeln befolgen, wird Ihre Struktur im Laufe der Zeit stärker und zuverlässiger.

PWHT kann dazu beitragen, Eigenspannungen zu reduzieren und umzuverteilen, aber es kann auch zusätzliche Vorteile von PWHT bei höheren Temperaturen geben. Anlassen oder Ausscheidungsprozesse können die Härte verringern und gleichzeitig die Duktilität verbessern.

Welche Art des Glühens Sie wählen, hängt sowohl vom Werkstoff als auch von seinem Legierungssystem ab. Je höher der Kohlenstoffgehalt oder die Dicke, desto wahrscheinlicher ist eine PWHT-Glühung erforderlich; viele Normen schreiben eine PWHT-Behandlung vor, wenn das Schweißmaterial eine bestimmte Dicke überschreitet; weitere Anforderungen können die chemische Zusammensetzung oder die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion sein.

Optimierung

Die Schweißbarkeit von Stahlbauteilen hängt von Faktoren wie dem Schweißverfahren und den Materialeigenschaften ab. Konstrukteure sollten die Schweißbarkeit von Bauteilen, die sie für den Einsatz konstruieren, beachten, um die Entstehung von Spannungserhöhungen zu vermeiden, die zu einem vorzeitigen Versagen führen.

pwht-Lösungen können erforderlich sein, um Eigenspannungen und mikrostrukturelle Veränderungen zu beseitigen, die durch Schweißprozesse, einschließlich Eigenspannungen, verursacht werden. Bei der PWHT wird das Material über einen längeren Zeitraum bei einer bestimmten Temperatur erwärmt, um diese Spannungen gleichmäßiger im Gefüge zu verteilen und gleichzeitig die Härte zu verringern, die Duktilität zu verbessern und die Zähigkeit zu erhöhen, um die Konstruktionsspezifikationen zu erfüllen.

Da die PWHT-Temperatur von den metallurgischen Eigenschaften eines Werkstoffs abhängt, hängt ihre Bestimmung von einer Kombination von Faktoren ab, zu denen die Schweißbarkeit und die Betriebsanforderungen gehören. Bei Schweißverfahren mit kohlenstoffarmen Weichstählen oder Chrommolybdänstählen mit Schockanforderungen werden beispielsweise Mindestvorwärm- und Zwischenlagentemperaturen in Abhängigkeit von der Dicke festgelegt.

Die PWHT-Temperaturen müssen sorgfältig gesteuert werden, um eine übermäßige Verformung und Anlassversprödung von großen Bauteilen wie Druckbehältern und Rohren zu verhindern, die durch speziell für jedes Bauteil geformte Böcke gestützt werden müssen. Um eine gleichmäßige Wärmeverteilung während des Prozesses zu gewährleisten, sollten diese Böcke in regelmäßigen Abständen aufgestellt werden, um eine ausreichende Unterstützung zu bieten.