Wärmebehandlung nach dem Schweißen

Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen, kurz PWHT, reduziert und verteilt die durch das Schweißen eingebrachten Eigenspannungen und sorgt gleichzeitig dafür, dass in bestimmten Werkstoffen Anlaß-, Ausscheidungs- und Alterungsprozesse stattfinden.

Diese Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung des Materials tragen dazu bei, die Eigenspannung zu verringern und die Festigkeit zu erhöhen, wodurch letztlich Spannungen bei Schweißprozessen und Materialien abgebaut werden, die sonst unnötige Spannungen auf sie ausüben würden. Die korrekte Durchführung der PWHT in Übereinstimmung mit den Schweißverfahren und den Materialstärken ist für die Entlastung und den Abbau von Spannungen während dieses Prozesses unabdingbar.

Eigenspannungsreduzierung

Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen (Post Weld Heat Treatment, PWHT) trägt dazu bei, die durch das Schweißen verursachten Restspannungen zu verringern, indem die Temperatur für eine angemessene Dauer erhöht wird (normalerweise 1 Stunde pro Zoll Dicke).

Eigenspannungsniveaus in Kombination mit Belastungsspannungen können die Auslegungsgrenzen eines Werkstoffs überschreiten und seine Anfälligkeit für Sprödbruch erhöhen. Um sich davor zu schützen, wird häufig eine PWHT durchgeführt, bevor die geschweißten Teile einer Ermüdungsbelastung ausgesetzt werden.

Studien zum Vergleich des Ermüdungsrissausbreitungsverhaltens von Ti-6Al-4V-Proben, die durch lineares Reibschweißen mit und ohne PWHT geschweißt wurden, haben gezeigt, dass die Scherkomponenten der inneren Eigenspannung, insbesondere in der Schweißnahtmittelzone (WCZ), zur Ablenkung der Ermüdungsrisse von den gewünschten Pfaden beitragen; bei einer Behandlung bei 750 Grad Celsius senkt die PWHT diese Spannungskomponenten jedoch erheblich, was zu einer besseren Spannungsrelaxation und Entspannung führt.

Verringerung der Spannungsrisskorrosion (SCC)

SCC unterscheidet sich von herkömmlicher Korrosion dadurch, dass es die Mikrostruktur des Metalls angreift, anstatt das Material einfach nur abzutragen, so dass feine Risse entstehen, die sich schnell ausbreiten und zu einem katastrophalen Versagen führen. Die Rissbildung wird häufig durch Spannungen in Verbindung mit hochkorrosiven Umgebungen wie H2S oder Chloriden verursacht.

Fertigungsverfahren wie Schweißen, Kaltumformung und Walzprofilieren können Werkstoffe inneren Zugspannungen aussetzen, die sich ihrer Streckgrenze nähern, was in einer aggressiven korrosiven Umgebung zur Entstehung von Spannungsrisskorrosion (SCC) führen kann. pwht kann dazu beitragen, SCC zu verringern, indem es innere Spannungskonzentrationspunkte wie scharfe Ecken oder Kerben entlastet, die als Rissauslöser wirken - und indem es diese inneren Spannungen abbaut.

SCC kann auch durch eine sorgfältige Konstruktion reduziert werden, die eine gleichmäßige Lastverteilung begünstigt, um Spannungsspitzen zu vermeiden und Schwankungen der Lastbedingungen zu minimieren - beides Faktoren, die dazu beitragen, die spannungsinduzierte Rissbildung zu begrenzen.

Verbesserung der mechanischen Eigenschaften

Neben dem Abbau und der Umverteilung von Eigenspannungen kann eine ordnungsgemäße PWHT auch die mechanischen Eigenschaften wie Duktilität und Zähigkeit erheblich verbessern. Dies ist größtenteils auf Anlassen, Ausscheidungen oder Alterungseffekte zurückzuführen, die die Härte des Materials verringern, die Duktilität erhöhen und es gleichzeitig widerstandsfähiger gegen Risse machen.

Die PWHT-Technologie kann dazu beitragen, die Bruchzähigkeit zu verringern, indem sie die Bildung von nadelförmigem Martensit anstelle von Korngrenzenferrit fördert und so die Plastizität im Schweißgut deutlich verringert und die Ermüdungsfestigkeit der Strukturen erhöht.

Durch die Befolgung bewährter Verfahren, die auf dem Material und der Festigkeit der zu schweißenden Werkstoffe basieren, können PWHT-Verfahren so zugeschnitten werden, dass der Spannungsabbau maximiert wird. Dazu gehören die Auswahl einer effektiven Wärmebehandlungsmethode mit geeigneten Erwärmungs- und Abkühlungsraten und die Verwendung geeigneter Geräte und Anlagen, die Überwachung der Temperatur, die Einhaltung einer akzeptablen Schweißtemperatur während des Schweißprozesses sowie die Einführung von Qualitätskontrollmaßnahmen zur Einhaltung von Qualitätsstandards.

Erhöhte Langlebigkeit

Unabhängig von Ihrem Projekt - Druckbehälter, Pipelines oder Komponenten für die Luft- und Raumfahrt - ist die PWHT eine bewährte Technik zur Erhöhung der Haltbarkeit von Schweißverbindungen durch Abbau von Eigenspannungen und Verbesserung der mechanischen Eigenschaften. In korrosiven Umgebungen wird auch das Risiko der Spannungsrisskorrosion verringert, indem Eigenspannungen abgebaut werden, bevor sie umverteilt werden, wodurch transgranulare Risse verhindert werden. Bei richtiger Anwendung werden auch Eigenspannungen abgebaut, um das Auftreten von Spannungsrisskorrosion zu verhindern, so dass Spannungsrisskorrosion letztlich seltener auftritt.

Die PWHT ermöglicht Anlassen, Ausscheidungen oder Alterungseffekte, die die Härte verringern und gleichzeitig die Duktilität und Bruchfestigkeit von Materialien im geschweißten Zustand erhöhen können. Fraktographie-Analysen an NiTi-Drähten zeigen, dass die Wärmebehandlung zu glatteren Bruchflächen führt als bei ungeschweißten Drähten - ohne Flussmuster.

Es ist zu beachten, dass eine unsachgemäße Wärmebehandlung die Zugfestigkeit, Kriechfestigkeit und Kerbschlagzähigkeit von Schweißnähten erheblich herabsetzen und ihre Anfälligkeit für Wasserstoffrisse erhöhen kann. Daher darf die PWHT nur nach einem festgelegten Verfahren mit definierten Erwärmungs- und Abkühlungsraten, Temperaturbereichen und -dauern durchgeführt werden.