Wärmebehandlung nach dem Schweißen

Wärmeverzug beim Schweißen kann verheerende Auswirkungen auf Strukturen haben. Eine präzise Temperatursteuerung während der Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT) sorgt für minimalen Verzug, wodurch Spannungen abgebaut und die Festigkeit und Duktilität der geschweißten Bauteile wiederhergestellt werden.

Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT) bezieht sich auf eine Reihe von Verfahren zum Abbau von Eigenspannungen und zur Verbesserung der Schweißnahtqualität, indem Eigenspannungen abgebaut, die Mikrostruktur des Schweißbereichs verbessert und Wasserstoff aus nichtrostenden Stählen entfernt wird, um Spannungsrisskorrosion zu verhindern. Für dieses Verfahren wird häufig das Glühen eingesetzt.

Stressabbau

Um die langfristige Zuverlässigkeit von geschweißten Bauteilen zu gewährleisten, ist ein Spannungsabbau oft unabdingbar, da Eigenspannungen die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion erhöhen, was häufig ungeplante Reparaturen und höhere Wartungskosten nach sich zieht.

Bei diesem Verfahren wird das gefertigte Metall auf Temperaturen oberhalb seiner unteren kritischen Temperatur erwärmt und dann allmählich abgekühlt, um gleichbleibende Materialeigenschaften zu erhalten und Verzug zu vermeiden. Die Erwärmungs- und Abkühlungsraten müssen sorgfältig gesteuert werden, um Verformungen zu vermeiden und gleichbleibende Materialeigenschaften zu gewährleisten.

Große Bauteile können in einen Ofen gelegt und gleichmäßig erwärmt werden; diese Methode eignet sich am besten für die Behandlung von Rundnähten an Rohren oder Verschlussnähten an langen Druckbehältern. Wenn ein Bauteil zu groß ist, um in einen Ofen zu passen, oder eine ungewöhnliche Form hat, kann stattdessen eine lokale Erwärmung durchgeführt werden, bei der die spannungsabbauenden Temperaturen nur dort angewendet werden, wo sie notwendig sind, während gleichzeitig unausgewogene thermische Ausdehnungen zwischen den erwärmten und nicht erwärmten Bereichen der Oberfläche vermieden werden.

Normalisierung

Beim Normalisieren wird das Material entweder im Ofen oder in der Flamme über den oberen kritischen Punkt erhitzt, und zwar für einen Zeitraum, der von der Klassifizierung und dem gewünschten Effekt abhängt. Anschließend wird das Material in die Umgebungsluft getaucht und langsam abgekühlt, um das Gefüge zu normalisieren.

Durch die PWHT können Wasserstoffatome, die während des Schweißens oder der Wärme-/Abschreckhärtung eingeschlossen wurden, aus der Schweißnaht diffundieren, wodurch das Risiko der Wasserstoffversprödung und der wasserstoffinduzierten Rissbildung erheblich verringert wird, während die Zähigkeit erhöht und die Härtungseffekte früherer Wärmebehandlungen abgeschwächt werden.

Die Optimierung des Erwärmungs- und Abkühlungszyklus ist beim Spannungsarmglühen oder Anlassen von Werkstoffen von entscheidender Bedeutung, um Verformungen zu vermeiden, die auftreten können, wenn das Material während dieses Prozesses hohen Temperaturen ausgesetzt ist. Dies ist besonders wichtig bei der Behandlung von langen, unhandlichen Strukturen oder Komponenten wie Druckbehältern nach ASME Abschnitt VIII oder Lagertanks nach API 650 - zwei Branchenvorschriften mit klaren Leitlinien können Ihnen bei der Auswahl einer geeigneten Wärmebehandlungsmethode nach dem Schweißen helfen.

Anlassen

Bei dieser Technik werden Metalle bei Temperaturen erwärmt, die niedriger sind als die für die Normalisierung erforderlichen Temperaturen, um metallurgische Veränderungen zu fördern, die die Härte verringern und die Duktilität erhöhen sowie die durch Wasserstoffversprödung bedingte Rissbildung bei Schweißanwendungen für dicke Stähle verhindern helfen.

Bei der Anwendung von Vorwärmtechniken ist ein präzises Temperaturmanagement unerlässlich, da zu viel oder zu wenig Wärme zur Bildung von Spannungserhöhungen führen kann, die Verformungen oder Spannungen im Schweißbereich verursachen. Daher werden für das Vorwärmen in der Regel elektrische Widerstandsheizungen oder Induktionsheizsysteme eingesetzt.

Abschreckgehärtete Schweißmetalle neigen dazu, nach dem Härten durch Abschrecken spröde zu werden und leicht zu reißen, was im Nachhinein zu kostspieligen Reparaturen führt, wenn kritische Druckgeräte repariert werden müssen. Durch sanftes Wiedererwärmen von Schweißnähten nach dem Härten durch Abschrecken werden diese Metalle weniger spröde und rissanfällig - und tragen so dazu bei, kostspielige Reparaturen zu vermeiden, insbesondere bei kritischen Druckgeräten wie Druckbehältern, bei denen diese Art der Behandlung gesetzlich vorgeschrieben sein kann.

Wasserstoff-Bake-Out

Manchmal ist es notwendig, eine spezielle Wärmebehandlung nach dem Schweißen durchzuführen, die als Wasserstoffausbrennen bekannt ist und dazu dient, eingeschlossenen Wasserstoff vor und während der nachfolgenden Betriebsbedingungen, wie z. B. Druckwechsel, zu entfernen.

Beim Wasserstoffausheizen werden die Schweißnähte mindestens eine Stunde pro Zoll Dicke auf ihre Höchsttemperatur erhitzt, um Eigenspannungen abzubauen, die Sprödbruchsicherheit zu verbessern und das Risiko der Wasserstoffversprödung von Stahlerzeugnissen zu verringern.

Die Erwärmung von Schweißnähten erfolgt häufig durch Induktionserwärmung: Ein elektrischer Strom versorgt ein um die Schweißnaht gewickeltes Element, das Magnetfelder erzeugt und eine Widerstandserwärmung im Metall induziert. Thermoelemente zur Temperaturkontrolle ermöglichen genaue Messungen der Spitzentemperatur, ohne andere Komponenten der Struktur zu beeinträchtigen - wenn dieser Prozess richtig durchgeführt wird, können Sie die Produktion schneller wieder aufnehmen.