Anforderungen an die Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT) für Rohre aus Kohlenstoffstahl

von admin88in pwht-Wissenan Veröffentlicht am

Viele Projekte, bei denen Rohre aus Kohlenstoffstahl zum Einsatz kommen, können die PWHT umgehen, indem sie die Toleranz der BS 2633 und ähnlicher Normen nutzen, die für niedrig legierte Stähle mit geringerem Kohlenstoffgehalt Dicken bis zu 19 mm ohne PWHT zulassen; diese Anforderungen entsprechen in der Regel denen der US-Normen oder übertreffen sie sogar.

Schweissverfahren

Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT) ist nicht nur ein weiterer Verfahrensschritt: Sie ist ein integraler technischer Prozess, der sich direkt auf die Integrität der Anlagen, die Sicherheit der Mitarbeiter und die langfristige Leistung auswirkt. Die PWHT reduziert die Eigenspannungen und verfeinert gleichzeitig die Mikrostruktur, um Spannungsrisskorrosion zu verhindern und Spannungsrisskorrosion gänzlich zu vermeiden.

Beim PWHT wird die Schweißnaht über einen längeren Zeitraum auf eine erhöhte Temperatur erhitzt, so dass die Metallmatrix innere Spannungen absorbieren und umverteilen kann, um das Risiko eines Sprödbruchs zu verringern, die Zähigkeit und Duktilität zu verbessern und Wasserstoffschäden zu verhindern.

Um optimale PWHT-Werte zu erreichen, müssen die Schweißverfahren Maßnahmen sowohl für die Vorwärmung als auch für die Wärmebehandlung nach dem Schweißen umfassen, einschließlich der Auswahl geeigneter Vorwärmarten und -temperaturen sowie der Überwachung der Erwärmungs-/Haltetemperaturen und der Durchführung von Qualitätskontrollmaßnahmen.

PWHT allein reicht möglicherweise nicht aus, um die Härte zu reduzieren und die Duktilität des Materials beim Schweißen zu erhöhen; zusätzliche Prozesse müssen von hochqualifiziertem Schweißpersonal durchgeführt werden.

Vorwärmen

Jüngste Forschungsarbeiten entwickelten eine experimentelle und analytische Methode zum Vorwärmen beim mehrlagigen Reparaturschweißen unter Verwendung von Thermovisionskameras und Wärmeübertragungsanalysen; beide Methoden erwiesen sich als genau.

Seit der Ausgabe 2014 der ASME B31.3 sind Rohre aus dickem Kohlenstoffstahl von der PWHT befreit, sofern sie auf eine Temperatur oberhalb der kritischen Austenit-Temperatur vorgewärmt werden und die Schweißnähte mit Mehrlagenschweißverfahren ausgeführt werden - ein wichtiger Unterschied zu früheren Anforderungen.

Diese neuen Ausnahmen können zwar helfen, Geld zu sparen, bergen aber auch Risiken, die sorgfältig abgewogen werden sollten, bevor man sich für sie entscheidet. Diese Schweißnähte könnten möglicherweise Korrosions- und Wartungsprobleme aufweisen; außerdem könnte das Fehlen von PWHT-Anforderungen zu einer unsachgemäßen Konstruktion führen, die in einigen Fällen ein erneutes Schweißen erforderlich macht; um dies zu verhindern, wird ein Vorwärmen empfohlen.

Wärmebehandlung nach dem Schweißen

Bei der Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT) werden die Schweißteile kurzzeitig auf eine bestimmte Temperatur erhitzt und dann langsam abgekühlt, um Spannungen abzubauen und die Zähigkeit der Schweißteile zu erhöhen. Die PWHT muss jedoch sorgfältig durchgeführt werden, um eine Über- oder Untertemperierung zu vermeiden, die die Materialeigenschaften schwächt.

Bei der PWHT wird das Schweißstück etwa eine Stunde lang pro Zoll Dicke auf Temperaturen zwischen 550 und 625 °C erhitzt, wodurch sich das Gefüge von austenitischem zu gleichachsigem, verdrilltem Martensit verändert und die mechanischen Eigenschaften durch Erhöhung der Zähigkeit bei gleichzeitiger Verringerung der Härte verändert werden.

In bestimmten Fällen von Schweißkonstruktionen kann eine Druckwasserhärtung erforderlich sein, in anderen Fällen ist sie nicht notwendig. ASME B31.1 und B31.3 erlauben die Begrenzung der Wanddicken von C-Mn-Stahlrohren, die in Druckbehältern, Rohrleitungssystemen und Lagertanks verwendet werden, ohne PWHT nach dem Schweißen, vorausgesetzt, es werden Mehrlagenschweißungen verwendet und Vorwärmungsmaßnahmen durchgeführt.

Qualifikationen

Tabelle 331.1.3 enthält Einzelheiten zu den wesentlichen Änderungen, die 2014 an den PWHT-Anforderungen für Prozessrohrleitungen aus Kohlenstoffstahl vorgenommen wurden, die PWHT-Messungen unterzogen wurden, um auf Bedenken zu reagieren, dass frühere Ausnahmen für die PWHT-Dickengrenze zu restriktiv oder zu konservativ gewesen sein könnten.

Von EPRI gesponserte Tests (Ref. 1) haben gezeigt, dass die Härte und Zähigkeit von P Nr. 4-Materialien mit zunehmender Wärmebehandlungstemperatur dramatisch schwankt, insbesondere bei Verbindungen zwischen P Nr. 1- und P Nr. 4-Materialien.

Die Änderungen von B31.3 aus dem Jahr 2014 erlauben es, alle Kohlenstoffstahlwerkstoffe, die in die Werkstoffgruppe P Nr. 1 fallen, sowie alle Kontrolldicken und Schweißnahtarten von der Wärmebehandlung nach dem Schweißen zu befreien, wenn vor dem Schweißen eine Vorwärmung von mindestens 95 Grad Celsius durchgeführt wird. Dieser Ansatz ähnelt den Empfehlungen der britischen Norm BS 2633; ein Prüfer für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung muss jedoch weiterhin überprüfen, ob alle Verfahren den Anforderungen des Kodex entsprechen.