Anforderungen an die Wärmebehandlung nach dem Schweißen

von admin88in produktbezogenan Veröffentlicht am

Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT) wird von den Fertigungsvorschriften für bestimmte Strukturen gefordert, um Schweißeigenspannungen zu reduzieren und harte, potenziell spröde Gefügebereiche zu härten, ist aber ein teures Verfahren.

Tabelle 1 zeigt die Mindestanforderungen an die Dicke, bei deren Überschreitung die PWHT für verschiedene Druckbehälter- und Rohrleitungsnormen eingesetzt werden muss; in diesem Artikel werden sie überprüft und mögliche Rationalisierungen dieser Anforderungen vorgeschlagen.

1. Reduziert das Risiko von Sprödbrüchen

Sprödbruch ist eine katastrophale Versagensart bei Behältern, Tanks und anderen Komponenten, die oft zu erheblichen Verlusten an Menschenleben und Eigentum führt. Sprödbrüche können durch geeignete Konstruktions-, Fertigungs- und Prüfverfahren vermieden werden, z. B. durch die Festlegung von Mindest-Charpy-Energien für Werkstoffe, die Vermeidung hoher Spannungen bei der Konstruktion, die Spannungsreduzierung nach der Wärmebehandlung dicker Schweißnähte, die Anwendung von Fertigungs- und Prüfverfahren, die Fehler minimieren und gleichzeitig die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass sie gefunden werden, die Durchführung von Probetests im Rahmen regelmäßiger Wartungsarbeiten usw.

Der Betrieb von Ausrüstungen und Rohrleitungen innerhalb ihrer Auslegungsgrenzen ist von entscheidender Bedeutung, insbesondere wenn die Betriebstemperaturen unter die untere Auslegungstemperatur (LDT oder MDMT gemäß ASME-Codes) fallen. Bestehende Anlagen aus Kohlenstoffstahl sollten einer Sprödbruchbewertung unterzogen werden, wie in API RP 579 Fitness for Service Part-3: Assessment of Existing Equipment for Brittle Fracture beschrieben.

Diese Bewertung muss auf einer soliden technischen Begründung und nicht auf Annahmen beruhen, wobei die Bruchmechanik zur Festlegung sicherer Arbeitsgrenzen für die Temperatur- und Druckbedingungen der Ausrüstung verwendet wird. Ein risikobasierter Ansatz ist weitaus besser als die bloße Einhaltung von Mindestdickenkriterien, die in Vorschriften festgelegt sind und oft auf subjektiven Erfahrungen statt auf technischen Begründungen beruhen.

2. Verringert das Risiko von Verzerrungen

Viele Vorschriften und Spezifikationen verlangen PWHT, um die Spannung in Schweißverbindungen zu reduzieren und damit das Bruchrisiko zu verringern, während gleichzeitig die Verformung und der Verzug von Druckgeräten zunehmen, was wiederum die Maßgenauigkeit und die strukturelle Integrität beeinträchtigt und das Risiko von Leckagen erhöht.

Es ist möglich, den Verzug während der Wärmebehandlung zu verringern, indem das Material während der Bearbeitung angemessen gestützt und gekühlt wird, in der Regel durch speziell für das Bauteil geformte Böcke, die in regelmäßigen Abständen um den Durchmesser herum angeordnet sind. Die Anzahl der erforderlichen Böcke hängt von der Größe, Form und Dicke des Bauteils ab.

Als weitere Schutzmaßnahme gegen Verformung ist darauf zu achten, dass die PWHT-Temperatur nicht über die ursprünglich für das Anlassen von Stahl angegebene Temperatur hinausgeht. Höhere Temperaturen können zu einer Versprödung oder Übererweichung des Stahls führen, wodurch die Festigkeit unter den vorgeschriebenen Mindestwert sinken kann, was zu Verformungen führt, die die Festigkeit unter den vorgeschriebenen Mindestwert senken. Daher ist es ratsam, nach der Verarbeitung von PWHT-Geräten mechanische Prüfungen durchzuführen, um die Beibehaltung der Festigkeit zu bestätigen.

3. Reduziert das Risiko des Verziehens

Beim PWHT-Verfahren wird das geschweißte Material auf hohe Temperaturen erhitzt und anschließend langsam wieder abgekühlt, was zu Verformungen der Druckgeräte führen kann, was wiederum die strukturelle Integrität beeinträchtigt, Leckagen oder Ausfälle zur Folge hat und den Energieverbrauch erhöht und zu Treibhausgasemissionen beiträgt. Darüber hinaus werden große Mengen an Energie verbraucht, was ebenfalls zu Treibhausgasemissionen und anderen Umweltproblemen beiträgt.

PWHT-Verfahren werden traditionell eingesetzt, um Spannungen abzubauen, das Gefüge von Schweißnähten zu verändern und Wasserstoff zu diffundieren, um Korrosions- und Oxidationsschäden zu vermeiden. Studien haben jedoch gezeigt, dass ähnliche Vorteile auch bei niedrigeren Temperaturen als den üblicherweise verwendeten erreicht werden können.

Obwohl die Druckwasserhärtung viele Vorteile bieten kann, unterscheiden sich die aktuellen Regelwerke stark in ihren Anforderungen zur Befreiung von der Druckwasserhärtung. Diese Unterschiede sind oft auf technische Praktiken und Erfahrungen in verschiedenen Branchen zurückzuführen und nicht auf spezifische metallurgische oder strukturelle Erwägungen. Folglich kann es zu Verwirrung und Konflikten zwischen den Vorschriften bezüglich der Befreiung von der Druckwasserhärtung für Rohrschweißnähte mit P-4- und P-5A-Werkstoffen in verschiedenen Vorschriften kommen.

4. Reduziert das Risiko von Leckagen

Bei der PWHT ist eine Stützvorrichtung erforderlich, um zu verhindern, dass sich das Material während der hohen Temperaturen übermäßig verformt, häufig in Form von Böcken, die an die Form, Größe und Dicke des Materials angepasst sind. Bei diesem Verfahren wird das Material auf hohe Temperaturen erhitzt, bevor es in regelmäßigen Abständen an seinem Umfang allmählich abkühlt, um die Spannungen im Material umzuverteilen und Schwachstellen zu bilden, die die Festigkeit der Schweißnähte verringern oder sogar zu Undichtigkeiten in den Strukturen führen könnten.

Die verschiedenen Regelwerke stellen unterschiedliche Anforderungen an die Druckwasserhärtung, wobei einige Spezifikationen bestimmte Werkstoffe oder Schweißnähte aufgrund von Faktoren wie der Dicke ganz davon ausnehmen. Solche unterschiedlichen Anforderungen sind wahrscheinlich eher das Ergebnis abweichender Konstruktionspraktiken und Anwendungserfahrungen als unterschiedlicher Interpretationen technischer Daten oder Experimente; es wird empfohlen, dass die Ausschlusskriterien für Werkstoffe oder Schweißteile, die im Nuklearbereich eingesetzt werden, unabhängig von der Dicke auf Null reduziert werden.

5. Verringert das Risiko von Korrosion

Korrosion kann Ausrüstungen beschädigen, den Boden und die Wasserversorgung verschmutzen, schädliche Giftstoffe in die Luft freisetzen, Strukturen wie Tanks und Rohre schwächen, die eher versagen, und die Risiken für Ausrüstung und Personal erhöhen. Wenn Sie proaktive Maßnahmen gegen Korrosion ergreifen, können Sie diese Risiken für Anlagen und Personal vermindern.

Atmosphärische Korrosion tritt auf, wenn Metallgegenstände Sauerstoff und Feuchtigkeit ausgesetzt sind. Sie wird auch als gleichmäßige oder allgemeine Korrosion bezeichnet, da der Prozess in seiner Gesamtheit stattfindet. Andere Formen der Korrosion wie Lochfraß, Spalt- und Spannungskorrosion können unvorhersehbarer sein, da sie sich an bestimmten Stellen eines Metallobjekts bilden.

Der Schutz vor Korrosion hängt sowohl von der Metallzusammensetzung als auch von den verwendeten Schutzmethoden ab. Beim kathodischen Schutz wird das Metall mit aktiveren Elementen wie Zink beschichtet, das in Reaktion mit der Umgebung korrodiert und oxidiert, um die darunter liegende Metallzusammensetzung vor Rost zu schützen. Andere Möglichkeiten der Vorbeugung bestehen in der Kontrolle des Chemikaliengehalts in der Luft oder im Wasser oder in der Verwendung von Materialien, die eine höhere Abriebfestigkeit aufweisen, wie z. B. Korrosionsschutzbeschichtungen und -anstriche.