Wärmebehandlung nach dem Schweißen

Das Schweißen kann zu hohen Eigenspannungen führen, die in Verbindung mit den Belastungsspannungen die Streckgrenze des Materials überschreiten und zu weiteren Materialverformungen führen. Um diese Spannungen zu minimieren und die negativen Auswirkungen der Wärmebehandlung nach dem Schweißen zu verringern, muss die Wärmebehandlung nach dem Schweißen als Teil des Wärmebehandlungsprozesses nach dem Schweißen durchgeführt werden.

Industrievorschriften und -spezifikationen schreiben in der Regel eine PWHT-Behandlung für bestimmte Werkstoffe vor, wenn die Einsatzbedingungen dies zulassen; diese Praxis ist häufig in der Öl- und Gasindustrie, in der Petrochemie und im Nuklearsektor anzutreffen.

Verringerung der Eigenspannungen

Eigenspannungen, die beim Schweißen entstehen, können die Ausrüstung erheblich schwächen und ihre Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion erhöhen. Das PWHT-Verfahren reduziert diese Spannungen, um solche Schäden zu vermeiden. Dazu werden alle Strukturen über einen längeren Zeitraum auf eine niedrigere kritische Umwandlungstemperatur erwärmt, so dass alle Teile als eine integrierte Einheit erhitzt werden.

Pwht ist nicht mit Normalisierungs- oder Glühverfahren vergleichbar, die zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften durch Veränderung der Mikrostrukturmerkmale eingesetzt werden; wie diese Wärmebehandlungen trägt es jedoch zum Abbau und zur Umverteilung von Eigenspannungen bei, die bei Schweißprozessen entstehen.

Im Allgemeinen führen eine höhere Spitzentemperatur und eine längere Eintauchzeit zu einem stärkeren Abbau von Eigenspannungen. Es ist jedoch zu bedenken, dass zu hohe Spitzentemperaturen die Bauteile verformen können; um ihre Form während der Verarbeitung zu schützen, ist es ratsam, in regelmäßigen Abständen Stützböcke im Inneren des Gefäßes aufzustellen.

In dieser Studie untersuchten wir die Auswirkung des Diodenleistungseintrags auf den Abbau von Eigenspannungen in lasergeschweißten Brücken aus rostfreiem Stahl 316L. Unsere Ergebnisse zeigten, dass ein In-situ-Plasma-Wassererwärmungsverfahren die Eigenspannungen im Vergleich zu Kontrollbrücken signifikant verringerte; dies schien eher mit der erreichten Spitzentemperatur als mit der Verweildauer bei dieser Temperatur zusammenzuhängen, wie es von Mechanismen des Spannungsabbaus wie Versetzungsannihilation und Kriechen erwartet wird.

Erhöhte Zähigkeit

Bei hohen Temperaturen verändert das Schweißen das Gefüge des Stahls, indem es die Härte erhöht und die Zähigkeit und Duktilität verringert. PWHT kann dazu beitragen, diese Probleme zu entschärfen, indem es die Härte der Schweißnähte senkt und gleichzeitig die Zähigkeit und Duktilität wieder näher an die Konstruktionsspezifikationen heranbringt; außerdem wird die Mikrostruktur homogenisiert, um Spannungskonzentrationen zu verringern und Brüche in den Schweißnähten zu verhindern.

Ein gängiger Ansatz zur Beurteilung, ob Schweißnähte eine PWHT benötigen, ist die Durchführung einer bruchmechanischen Analyse. Dabei werden Beziehungen zwischen den angelegten Spannungen und Eigenspannungen, der Größe von Fehlern, die bei der Prüfung unentdeckt bleiben könnten, den Werkstoffeigenschaften (Bruchzähigkeit und Streckgrenze) und den Spannungen hergestellt, um die Mindestanforderungen an die Zähigkeit zu berechnen, die ein Versagen unter Belastung verhindern.

Dieser Ansatz kann sich jedoch manchmal als ineffektiv erweisen; die Ergebnisse können stark von den genauen Umständen abhängen, unter denen das Schweißen erfolgt. Um genaue und reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen, ist es daher unerlässlich, eine genau definierte Schweißnahtgeometrie mit einem geeigneten Schweißzusatzwerkstoff zu verwenden, um genaue Schweißnähte zu erzielen.

Bei der PWHT müssen die Schweißnähte während des Erhitzungs- und Abkühlungsprozesses in geeigneter Weise unterstützt werden, um den Verzug zu minimieren. Um eine angemessene Unterstützung während dieser Prozesse zu gewährleisten, müssen Stützen aus einem Material mit ähnlichem Wärmeausdehnungskoeffizienten verwendet werden, damit sie sich während der Erwärmungs-/Abkühlungszyklen nicht verschieben.

Erhöhte Duktilität

Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT) ist ein wichtiger Prozess, der Eigenspannungen reduziert und die Mikrostruktur des Schweißguts verändert, um die Zähigkeit, Duktilität und Widerstandsfähigkeit gegen dynamische Belastungen zu erhöhen. Bei unsachgemäßer Durchführung kann die PWHT jedoch das Niveau der Eigenspannungen weiter erhöhen und die mechanischen Eigenschaften der behandelten Struktur verschlechtern.

PWHT-Verfahren können diese negativen Auswirkungen minimieren, indem sie sicherstellen, dass die Werkstoffe für eine angemessene Dauer auf ihre idealen Temperaturen erwärmt und dann schnell abgekühlt werden, wodurch übermäßige Temperaturgradienten vermieden werden, die das Risiko von Spannungsrisskorrosion in einer oxidierenden Umgebung erhöhen.

In Fachkreisen wird viel darüber diskutiert, ob es in Zukunft möglich sein wird, große Mengen an Biomasse als Kraftstoff für Elektroautos sicher zu produzieren. Der Wahrheitsgehalt solcher Behauptungen ist noch nicht mit Sicherheit bekannt. Obwohl sich die meisten Forschungen zur Druckwasserhärtung von HSS-Schweißgut auf Massivdraht konzentriert haben, gibt es nur wenige Erkenntnisse über die Auswirkungen unterschiedlicher Druckwasserhärtungstemperaturen und Haltezeiten auf Schweißnähte, die mit Metallfülldrähten hergestellt wurden. Ziel dieser Studie war es, zu untersuchen, wie sich die Druckwasserhärtung bei unterschiedlichen Haltetemperaturen und -zeiten auf das Gefüge und die mechanischen Eigenschaften von Schweißnähten auswirkt, die mit NiTi-Metalldraht-Schweißelektroden hergestellt wurden. Um dieses Ziel zu erreichen, wurde eine REM-Analyse von Schweißproben durchgeführt, die verschiedenen PWHT-Temperaturen und -Zeiten ausgesetzt waren, während eine Karbidoden-Flächenanteilsanalyse an diesen Proben durchgeführt wurde, um etwaige Veränderungen im Mikrogefüge oder in der Härte zu analysieren, die durch diese unterschiedlichen PWHT-Zeiten verursacht wurden.

Reduzierte Sprödbrüche

PWHT (Pressure Wash Heating Treatment) stellt sicher, dass die Verbindungen von Schweißkonstruktionen wie Pipelines und Druckbehältern hohen Drücken und korrosiven Umgebungen standhalten und das Risiko von Sprödbrüchen verringern. Aus diesem Grund ist die PWHT in der Öl- und Gasindustrie und bei den behördlichen Normen für Kernkraftwerke zur Standardpraxis geworden; außerdem schützt sie Kernreaktoren vor thermischer Ermüdung, indem sie die Schweißverbindungen mit der PWHT-Behandlung schützt.

Crackwise 3 wurde verwendet, um zu beurteilen, ob C-Mn und niedrig legierter Stahl einem Sprödbruch ohne PWHT standhalten können, indem mehrere Berechnungen auf der Grundlage von halbelliptischen Oberflächenbruchstellen durchgeführt wurden, wobei die erforderliche Bruchzähigkeit des Materials anhand seines Maximalwerts in Abhängigkeit von der Dicke (K mat ) berechnet wurde. Die Hauptkurve korreliert mit dem Widerstand gegen den plastischen Kollaps von Rissfronten; daher würden dickere Bauteile wahrscheinlich höhere Zähigkeitswerte erfordern, da die Wahrscheinlichkeit größer wäre, dass Probenbereiche mit reduzierten Zähigkeitswerten während der Einleitung des plastischen Kollapses auftreten.

Berechnungen haben ergeben, dass der Einsatz von PWHT zur Verringerung des Sprödbruchs von Bauteilen aus C-Mn/niedrig legiertem Stahl die Sprödbruchrate aufgrund geringerer Eigenspannungen, eines verbesserten Gefüges und des Temperns potenziell spröder Bereiche erheblich senken kann. Diese Verringerung kann selbst bei sehr dicken Bauteilen aufgrund der geringeren Eigenspannungen und der verbesserten Mikrostruktur zusammen mit dem Anlassen harter, potenziell spröder Bereiche eintreten.