Anforderungen an die Wärmebehandlung nach dem Schweißen

Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT) reduziert die Eigenspannungen und verbessert die Zähigkeit des Grundwerkstoffs und des Schweißmaterials, während gleichzeitig Wasserstoffansammlungen im Schweißbereich beseitigt werden.

Die meisten aktuellen Rohrleitungs- und Druckbehältervorschriften schreiben eine PWHT vor, wenn die Materialdicke einen willkürlichen Grenzwert überschreitet, der in der Regel sowohl durch die Charpy-Energieabsorption als auch durch die Härteanforderungen bestimmt wird.

Verhindern von wasserstoffinduzierter Rissbildung

Wasserstoffinkorporationskorrosion (HIC) tritt auf, wenn während des Schweißens Wasserstoff aus Quellen wie Feuchtigkeit, Verunreinigungen und Schutzgasen in geschweißte Bereiche eindringt. Diese Freisetzung von Wasserstoff verursacht Versprödung, die zu Rissen im Schweißgut und in der Wärmeeinflusszone (WEZ) führt.

Das Wasserstoffausheizen ist ein Verfahren, das beim PWHT-Schweißen eingesetzt wird, um wasserstoffinduzierte Risse in Schweißnähten zu verhindern. Dabei werden die Schweißnähte für eine bestimmte Zeit auf eine exakte Temperatur erwärmt und dann für eine gewisse Zeit in diesem Zustand gehalten.

Ausheiztemperaturen und Eintauchzeiten hängen von der Art des Materials und der Schweißtechnik ab; mehrere Normen wie ASME Section VIII Div. 1 schreiben jedoch eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen vor, wenn die Bauteildicke einen festgelegten Grenzwert überschreitet.

Diese Anforderung wird am besten durch die Verwendung von Elektroden mit niedrigem Wasserstoffgehalt und Vorwärmungen erfüllt, die den Mindestanforderungen der Vorschriften entsprechen. Stellen Sie außerdem sicher, dass Ihre Drahtspule sicher umschlossen ist, indem Sie kofferartige Zuführungen verwenden und sie niemals mit schmutzigen Händen berühren, da dies während des Schweißens zusätzlichen Wasserstoff einbringen könnte.

Die Schweißnaht verstärken

Die PWHT kann die beim Schweißen auftretenden Eigenspannungen reduzieren, um Sprödbrüche und Verformungen zu vermeiden, die durch maschinelle Bearbeitung oder Spannungskorrosion entstehen können.

Bei der PWHT werden die Schweißnaht und die wärmebeeinflussten Zonen auf Temperaturen erwärmt, die eine Senkung der unteren kritischen Umwandlungstemperatur bewirken, wodurch die inneren Spannungen verringert und die mechanischen Eigenschaften verbessert werden.

Eine konstante, präzise Temperaturregelung ist für eine wirksame Wärmebehandlung nach dem Schweißen von entscheidender Bedeutung. Andernfalls könnte die Schweißnaht durch Verringerung ihrer Festigkeit und Härte geschwächt werden; außerdem könnte es zu ungleichmäßigem Spannungsabbau oder Verzug kommen.

Die Arbeit mit großen und sperrigen Druckgeräten kann eine besondere Herausforderung darstellen. Alle Komponenten müssen gleichzeitig in einen Ofen gelegt werden, um dem gleichen Temperaturzyklus ausgesetzt zu sein. Schwankungen in der Wärmeausdehnung können zu Problemen führen, die eine zusätzliche Behandlung oder Reparatur erfordern.

Verhindern Sie Spannungsrisskorrosion

Durch die PWHT werden harte, potenziell spröde Gefügebereiche der Schweißnaht gehärtet, um die Spitzeneigenspannungen zu senken und damit die Ermüdungsrisswachstumsrate zu verringern; dies ist jedoch keine Garantie dafür, dass keine Ermüdung auftritt.

Jedes Metall hat einzigartige Eigenschaften, die bestimmen, welche Art und Dauer der Wärmebehandlung nach dem Schweißen erforderlich ist. Kohlenstoffstähle beispielsweise müssen spannungsarmgeglüht werden, um versteckte wasserstoffinduzierte Risse in hochfesten Rohrleitungen zu vermeiden; nichtrostende Stähle hingegen müssen lösungsgeglüht werden, um Chromkarbide, die sich auf ihren Oberflächen bilden, aufzulösen und ihre hervorragende Korrosionsbeständigkeit wiederherzustellen.

Die PWHT hängt stark von der Art des Ofens, dem Heizzyklus und der Eintauchzeit ab, da diese Variablen die während der PWHT zu entspannenden Eigenspannungen beeinflussen. Darüber hinaus kann sich die Anwendung lokaler Wärme auf die Ergebnisse auswirken: So kann eine lokale Erwärmung thermische Gradienten zwischen erwärmten und nicht erwärmten Bereichen erzeugen, wodurch sich die Spannung zwischen den Bereichen verschieben und die Gesamtrelaxation verringern kann. Um diesen Effekt abzuschwächen, sollten die Schweißnähte so positioniert werden, dass sie beim Erhitzen nicht mit anderen Komponenten oder angrenzenden Bereichen in Berührung kommen.

Verzerrung verhindern

Temperatur und Abkühlungsgeschwindigkeit haben einen enormen Einfluss auf den Verzug von Bauteilen. Dies gilt insbesondere dann, wenn sie aus mehreren Teilen bestehen, die durch Verbindungen miteinander verbunden sind.

Durch eine sorgfältige Planung der Schweißsequenzen kann ein übermäßiger Verzug vermieden werden. Gegebenenfalls sollten auch Vorrichtungen verwendet werden, um eine Bewegung der Bauteile zu verhindern. Gegebenenfalls kann es auch von Vorteil sein, Heftschweißungen durchzuführen.

Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen (Post Weld Heat Treatment, PWHT) kann den Verzug durch Umverteilung von Eigenspannungen verringern. Dabei wird das Schweißgut über einen längeren Zeitraum auf eine hohe Temperatur erhitzt und dann langsam abgekühlt. Die langsame Abkühlung ermöglicht eine gleichmäßige Ausdehnung und verringert die Belastung der inneren Werkstoffe. Einige Fertigungsvorschriften schreiben die PWHT für Schweißnähte aus kohlenstoffreichen Stählen vor, um die Schweißeigenspannungen zu verringern, die in Kombination mit den Belastungsspannungen die Konstruktionsgrenzen des Materials überschreiten und zu Verformungen und Verzug führen können.