PWHT Wärmebehandlung nach dem Schweißen

Die Wärmenachbehandlung ist ein Verfahren zur Minimierung und Umverteilung der beim Schweißen eingebrachten Eigenspannungen, die die Anfälligkeit für wasserstoffinduzierte Risse erhöhen oder andere Formen von Strukturversagen verursachen könnten.

Die PWHT wird in der Regel mittels Induktionserwärmung durchgeführt. Bei der Induktionserwärmung wird hochfrequenter elektrischer Wechselstrom zur Erzeugung von Magnetfeldern und Wirbelströmen für die Metallerwärmung verwendet, ähnlich wie bei der PWHT, aber schneller.

Glühen

Beim Glühen handelt es sich um eine der effektivsten Wärmebehandlungen nach dem Schweißen, bei der ein Bereich für eine bestimmte Zeit auf eine bestimmte Temperatur erhitzt und dann allmählich abgekühlt wird. Durch das Glühen werden Spannungen in den Werkstoffen abgebaut, während sie sich gleichzeitig gleichmäßiger ausdehnen und zusammenziehen können.

Das Glühen trägt zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften der wärmebeeinflussten Zonen (WEZ) einer Schweißnaht bei. Beim Schweißen scheiden bestimmte Elemente in einer Legierung wie Karbid aus und machen die WEZ spröder und korrosionsanfälliger; durch Glühen kann dieser Effekt jedoch verringert und die strukturelle Integrität der WEZ einer Schweißnaht verbessert werden.

Die PWHT-Technologie kann das Risiko von wasserstoffinduzierten Rissen in Schweißnähten erheblich verringern und andere Formen der Rissbildung wie Torsions- oder zyklische Spannungsrisse verhindern. Darüber hinaus erleichtert die PWHT die Reparatur oder den Austausch von Schweißnähten im Bedarfsfall und erhöht die Gesamteffizienz der Produktion.

Bei der Durchführung eines PWHT-Prozesses ist es von entscheidender Bedeutung, dass geeignete Erwärmungs- und Abkühlungsmethoden angewandt werden, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Insbesondere sollte die Erwärmung ausreichend sein, um die Temperatur im Schweißbereich zu erhöhen, während die Abkühlungsraten keine zusätzlichen thermisch induzierten Spannungen verursachen dürfen. Isolierende Materialien können helfen, die Schweißnahttemperaturen während der PWHT gleichmäßig zu halten.

Normalisierung

Normalisieren ist eine Methode zum Abbau von inneren Spannungen und zur Erhöhung der Duktilität von Schweißnähten. Dabei werden die Temperaturen allmählich erhöht, bevor sie allmählich wieder abgekühlt werden. Dies trägt dazu bei, Verformungen, Verwerfungen und Verletzungen der strukturellen Integrität von Druckgeräten zu vermeiden, indem gleichmäßige Abkühlungsraten erreicht werden. Darüber hinaus ermöglicht das Normalisieren eine gleichmäßige Abkühlung des Materials, wodurch die Gefahr von Rissen verringert wird.

Beim Normalisieren werden die Legierungsbestandteile in einen homogeneren und isotropen Zustand überführt, was dazu beiträgt, regionale Schwankungen der Eigenschaften auf die Gesamtfestigkeit und Haltbarkeit der Schweißnähte zu reduzieren, während die Umverteilung der Atome während der Wärmebehandlung die Wasserstoffrissbildung in den Schweißnähten verringert.

Die Anforderungen an die PWHT hängen von der chemischen Zusammensetzung und der Dicke des Schweißmaterials ab. Die Druckwasserhärtung kann bei kritischen Rohrleitungs- oder Druckbehälterkomponenten durch Vorschriften vorgeschrieben sein; darüber hinaus kann ihre Anwendung die Langlebigkeit verbessern, indem sie die Korrosionsanfälligkeit verringert.

Die PWHT kann bei verschiedenen Werkstoffen und Legierungen durchgeführt werden, darunter auch bei kohlenstoffarmen und kohlenstoffreichen Stählen. Je nach Werkstoff und Verwendungszweck kann die PWHT dazu beitragen, Eigenspannungen abzubauen, Schweißnähte zu härten, den Wasserstoffgehalt zu verringern und die Zugfestigkeit, Kriechfestigkeit und Kerbschlagzähigkeit von Schweißnähten zu verbessern.

Stressabbau

Spannungsarmglühen PWHT (oder Post Weld Heat Treatment, kurz PWHT) ist ein zusätzliches Wärmebehandlungsverfahren, das zum Abbau von Eigenspannungen in geschweißten Metallteilen eingesetzt wird. Um dieses Ziel zu erreichen, wird das Metall über einen längeren Zeitraum unter seinen Umwandlungsbereich erhitzt, bevor es langsam wieder abgekühlt wird. Auf diese Weise wird die Härte verringert, während die Flexibilität erhöht und die Duktilität verbessert wird, so dass das Material weniger anfällig für Risse ist und die Wahrscheinlichkeit von Spannungsrisskorrosion durch raue oder saure Umgebungsbedingungen verringert wird.

Die PWHT-Prüfung auf Eigenspannungen kann durch Schweißvorschriften und Konstruktionsnormen für Druckbehälter/Rohrleitungen vorgeschrieben sein, da die kumulierten Belastungen die Materialauslegungsgrenzen überschreiten können, was zu Schweißnahtversagen, strukturellen Schäden und Personenschäden führen kann.

Die Spannungsentlastung hat auch den zusätzlichen Vorteil, dass sie dazu beiträgt, wasserstoffinduzierte Risse (HIC) zu verhindern, die durch hohe Wasserstoffkonzentrationen in der Umgebung verursacht werden, die während des Schweißens in die geschweißten Materialien eindringen. HIC kann vermieden werden, indem die Werkstoffe unmittelbar nach dem Schweißen erwärmt werden, wodurch der Wasserstoff aus dem Schweißbereich verdrängt wird, bevor er HIC verursacht. Aus diesem Grund werden PWHT-Behandlungen wie diese in der Regel bei langen Bauteilen wie Rohren oder Druckbehälter-Verschlussnähten angewendet.

Kühlung

Bei vielen Schweißverfahren entsteht während des Schweißvorgangs Wasserstoff, der vom Schweißgut und der Wärmeeinflusszone (WEZ) wegdiffundiert werden muss, um wasserstoffinduzierte Risse zu vermeiden. In der Regel bedeutet dies, dass die Temperatur bis zum Maximalwert erhöht und dann langsam gesenkt wird. Allerdings müssen auch andere Maßnahmen ergriffen werden, wie z. B. die Aufrechterhaltung der richtigen Vorwärm- und Zwischenlagentemperaturen, damit dies effektiv funktioniert.

Diese Methode kann die Eigenspannungen im Schweißgut auf ein akzeptables Niveau reduzieren, auch wenn sie die vorhandenen Zugeigenspannungen nicht vollständig beseitigt.

Die gängige Praxis sieht vor, dass das Material je nach Dicke und Art eine angemessene Zeit lang bei seiner Höchsttemperatur getränkt wird. Je länger dieses Einweichen dauert, desto geringer werden die Eigenspannungen des Materials.

Das Normalisieren ist ein weiteres wirksames Verfahren zur Senkung der Schweißnahthärte, das besonders bei Materialien, die einem hohen Salzgehalt und Witterungseinflüssen ausgesetzt sind, nützlich ist und zur Verringerung von Verformungen im Gefüge beiträgt. Bei diesem Verfahren wird das Material bis zu seiner Höchsttemperatur erwärmt und dann langsam wieder abgekühlt - so kann auch überschüssiger Wasserstoff, der sich möglicherweise gebildet hat, entfernt werden, um HIC zu verhindern.