Wärmebehandlung von Schweißnähten

Die Wärmebehandlung von Schweißnähten (PWHT) kann die Integrität der Schweißnähte verbessern, indem sie die Metallschichten in der Nähe der Schweißnähte aufschmilzt und verschmilzt, das Risiko von Korrosion oder Spannungsakkumulation in zukünftigen Schweißnähten verringert und die strukturelle Festigkeit erhöht.

Auch durch Erwärmung können Eigenspannungen abgebaut werden, indem die Stahlsorte langsam und gleichmäßig erwärmt wird, wobei Zeit und Temperatur von ihrer Zusammensetzung abhängen.

Vorheizen

Beim Vorwärmen werden Stahl- oder Metallteile, die geschweißt werden sollen, vor dem Zusammenfügen durch Schweißverfahren erwärmt, um ihre Abkühlungsgeschwindigkeit zu verringern, wodurch duktilere Strukturen mit höherer Rissbeständigkeit und geringerer Rissrate entstehen. Durch das Vorwärmen wird auch der Wasserstoff ausgetrieben, der zu einer Versprödung des Schweißgases führen kann, und die Schrumpfspannungen in stark eingespannten Verbindungen werden reduziert.

Das Vorwärmen kann mit verschiedenen Arten von Heizgeräten erfolgen, z. B. mit Gasbrennern, Autogenflammen, Induktionsheizungen und elektrischen Heizdecken. Unabhängig davon, welche Methode zum Vorwärmen verwendet wird, muss die Temperatur über alle Dicken hinweg gleichmäßig sein, da jede Inkonsistenz zu erhöhten Eigenspannungen, Verzug oder unerwünschten metallurgischen Veränderungen führen kann.

Die meisten Schweißvorschriften schreiben eine Mindestvorwärmtemperatur für einen bestimmten Grundwerkstoff, ein bestimmtes Schweißverfahren und eine bestimmte Querschnittsdicke vor. Gibt es jedoch keinen solchen Mindestwert, muss der Schweißfachingenieur entscheiden, ob eine Vorwärmung erforderlich ist und welche Einstellung in der jeweiligen Situation angemessen wäre.

Nachheizung

Das Nachwärmen während der Wärmebehandlung von Schweißnähten soll das Risiko von wasserstoffinduzierten Kaltrissen minimieren, indem die Vorwärmtemperatur nach dem Schweißen für einige Zeit erhöht und aufrechterhalten wird. Diese Methode trägt dazu bei, Wasserstoff, der sich zwischen dem Grundwerkstoff und dem Schweißgut angesammelt hat, zu diffundieren und den austenitischen Zustand wiederherzustellen, so dass potenzielle Rissrisiken vermieden werden.

Die Spannungsarmglühung dient dem Abbau und der Umverteilung von Eigenspannungen, die beim Schweißen entstehen, indem die Streckgrenze des Schweißguts verringert und der Schmelzpunkt des Grundwerkstoffs erhöht wird.

Eine lokale Nacherwärmung kann in der Regel mit keramischen Heizmatten erreicht werden, die in der Regel aus Widerstandsdrähten bestehen, die durch keramische Perlen gewebt und von einer elektronischen Leistungskonsole gesteuert werden, und die nach dem Schweißen angebracht werden. Sie sind ideal für große Bauteile wie Rundnähte an Rohren oder Verschlussnähte an langen Druckbehältern.

Stressabbau

Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen (Post Weld Heat Treatment, PWHT) ist ein Wärmebehandlungsverfahren nach dem Schweißen, das dazu dient, die beim Schweißen entstandenen inneren Spannungen abzubauen. Dies wird erreicht, indem Stahlteile für einen Zeitraum, der auf eine Stunde pro Zoll Dicke berechnet wird, in Temperaturen weit über ihrem Schmelzpunkt getaucht werden.

Im Wesentlichen bewirkt dies, dass das Material seine Eigenspannungen durch plastische Verformung abbaut, was zu geringeren Spannungsspitzen und einer Umverteilung um Kerben und Spannungskonzentratoren führt.

Bestimmte Legierungen erfordern diesen Schritt als Teil des Schweißprozesses, um ihre Integrität zu schützen. Ohne den Abbau hoher Spannungen kann es bei der maschinellen Bearbeitung zu Verformungen kommen, und kohlenstoffhaltige und niedrig legierte Stähle können sogar brechen. Viele Schweißzusatzwerkstoffe der American Welding Society erfordern daher eine Klassifizierungsprüfung im spannungsarmen Zustand (PWHT), bevor eine Klassifizierungsprüfung durchgeführt werden kann.

Alterung

Eine Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur unmittelbar nach dem Schweißen kann dazu beitragen, dass der Wasserstoff schneller aus der Schweißnaht und der wärmebeeinflussten Zone diffundiert, wodurch das Risiko wasserstoffinduzierter Kaltrisse verringert wird - insbesondere bei sehr rissempfindlichen Stählen und dicken Verbindungen.

Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen ist ein wesentlicher Schritt zur Gewährleistung der langfristigen Zuverlässigkeit geschweißter Bauteile. Sie baut Eigenspannungen ab und gleicht die Eigenschaften der Schweißnähte an die des Grundwerkstoffs an - sie erhöht die Duktilität, Festigkeit, Ermüdungsbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Verformbarkeit und Zugfestigkeit.

Die Druckwasserhärtung ist unerlässlich, wenn unter anspruchsvollen Bedingungen geschweißt wird, z. B. bei der Verwendung von Schweißzusatzwerkstoffen unterschiedlicher Form. Hobart Brothers bietet fachkundige metallurgische Beratung bei der Auswahl von Schweißzusatzwerkstoffen, die speziell auf Ihre Anwendung zugeschnitten sind, sowie eine Anleitung für das am besten geeignete PWHT-Verfahren und die Erwärmungs-/Abkühlungsraten, um Wärmeschock, Verzug oder ungleichmäßigen Spannungsabbau zu vermeiden. Für weitere Informationen über die Wärmebehandlung von Schweißnähten laden Sie unsere Job Knowledge Serie "PWHT for Welded Construction" herunter.