ASME B31.3 Anforderungen an die Wärmebehandlung nach dem Schweißen für Rohre aus Kohlenstoffstahl

von admin88in pwht-Wissenan Veröffentlicht am

Seit der Ausgabe 2014 der ASME B31.3 sind Rohre aus dickem Kohlenstoffstahl von den Anforderungen an die Wärmebehandlung nach dem Schweißen ausgenommen, so dass nur mehrlagiges Schweißen und kein Vorwärmen erforderlich ist. Es wurden Bedenken geäußert, dass solche Ausnahmen unsicher sein könnten.

Dieses Papier, das von EPRI gesponsert und von Mitgliedern des RRAC-Teams verfasst wurde, soll Änderungen der Mindestanforderungen an die PWHT-Temperatur in den Normen B31.1 und B31.3 sowie ähnliche Änderungen in anderen Normen unterstützen.

Minimale Vorwärmtemperatur

Die Mindestanforderungen der ASME B31.3 an die Vorwärmtemperatur unterscheiden sich erheblich zwischen den einzelnen Normen und Standards, was möglicherweise auf die unterschiedlichen Betriebsbedingungen zurückzuführen ist, die in den einzelnen Normen und Standards behandelt werden. Echte Bedenken entstehen, wenn die Anforderungen einer Norm oder eines Standards aus technischer Sicht übertrieben erscheinen - ein Beispiel sind die Anforderungen an die Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT) für Kohlenstoffstahlwerkstoffe.

Die in den Normen geforderte Temperatur für die Druckwasserhärtung liegt nahe an den unteren kritischen Temperaturen für Kohlenstoffstähle, was zu Rissbildung durch Wiedererwärmung in den Schweißzonen führen kann und deren Festigkeit erheblich schwächt. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass die Härte und Zähigkeit von P Nr. 4-Schweißnähten auch nach der Druckwasserhärtung bei niedrigeren Temperaturen als den in den geltenden Vorschriften festgelegten erhalten bleiben kann.

Obwohl es Bedenken geben mag, gibt es starke Unterstützung für die Beibehaltung der derzeitigen Anforderungen an Vorwärmung und Druckwasserhärtung für P Nr. 4. Eine von EPRI gesponserte Studie ergab, dass die Druckwasserhärtung bei niedrigeren Temperaturen als den derzeit in den Normen B31.1 und B31.3 geforderten durchgeführt werden kann und dennoch akzeptable Materialeigenschaften aufweist. Dies bietet mehr Flexibilität bei der Konstruktion, eine größere Sicherheitsspanne für Verbindungen aus unterschiedlichen Materialien und verhindert die Rissbildung in Schweißnahtbereichen von anfälligen P No 4-Materialien.

Maximale Vorwärmtemperatur

ASME B31.3 verlangt, dass die Werkstoffe eine Mindestvorwärmtemperatur erfüllen, bei der die Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT) beginnen kann. Die PWHT ist ein kontrollierter Prozess, bei dem Schweißteile für eine bestimmte Zeit unter ihre untere kritische Umwandlungstemperatur erwärmt werden, um Eigenspannungen und durch das Schweißen verursachte Gefügeveränderungen zu verringern. Außerdem kann die PWHT durch verstärkte Härtungsprozesse während der Behandlung zu einer Erhöhung der Härte beitragen.

Mit der Ausgabe 2014 der ASME B31.3 wurden mehrere wichtige Änderungen an den PWHT-Anforderungen für Prozessrohrleitungen eingeführt, insbesondere für Schweißnähte aus Kohlenstoffstahl, die den Anforderungen von ASME Section VIII Div 1 entsprechen und zuvor ein Nachglühen (PWA) erforderten.

Diese Änderung wurde auf Ersuchen des RRAC vorgenommen, der darauf hinwies, dass die PWHT-Temperaturen nach ASME B31.1 und B31.3 in der Nähe der unteren kritischen Umwandlungstemperaturen ihrer Werkstoffe liegen, was zu unnötigen Verlusten der Härtekapazität aufgrund von Überhitzung führt. Um dieses Problem anzugehen, empfahl der Bericht, die PWHT-Anforderungen auf 1200-1300 Grad Celsius zu ändern. Außerdem sollten 150 Grad als Höchstwert oberhalb der PWHT festgelegt werden, was mehr den Anforderungen der BS 2633 entspricht.

Mindesthaltezeit

Wärmebehandlung von Rohrleitungen aus Kohlenstoffstahl nach dem Schweißen durch Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT). Damit soll die umweltbedingte Rissbildung an Rohrverbindungen aus Kohlenstoffstahl vermieden und die durch das Schweißen entstandenen Eigenspannungen verringert werden, während die Zähigkeit des Schweißguts erhöht wird. Darüber hinaus trägt die PWHT dazu bei, die Umweltbelastung zu verringern und vor Korrosion zu schützen.

Die Anforderungen an die PWHT variieren je nach Code und Werkstoffgruppe. Zum Beispiel schreibt B31.3 Mindesthaltezeiten von 15 Minuten für niedrig legierte Stähle und 20 Minuten für 2.25%Cr-1%Mo-Stähle vor, basierend auf den in jeder Gruppe zulässigen maximalen Kohlenstoffgehalten und Schweißnahtdicken; diese Mindesthaltezeitanforderung gilt sowohl für einlagige als auch für mehrlagige Schweißnähte.

Eine PWHT ist nicht immer erforderlich, beispielsweise bei geschweißten Stahlbehältern wie Öllagertanks. Obwohl sie für Drücke bis zu 5.000 psi ausgelegt sind, besteht aufgrund extremer Temperaturgradienten und Spannungen an den Schweißnähten weiterhin die Gefahr eines spröden Versagens.

PWHT-Verfahren können kostspielig und unpraktisch sein; aus diesem Grund sehen einige Rechtsordnungen Ausnahmen für Rohre aus Kohlenstoffstahl vor. Darüber hinaus zielen die Anforderungen der Normenreihe B31.3 darauf ab, ein effizientes Gleichgewicht zwischen Sicherheit und Effizienz zu schaffen, wenn es um die Anforderungen an die Druckwasserhärtung geht.

Maximale Haltezeit

ASME B31.3 ist eine amerikanische Norm, die Anforderungen für Rohrleitungen in Erdölraffinerien, Chemie-, Pharma-, Wasserstoff-, Textil-, Papier- und Zellstofffabriken, Kernreaktoren, Halbleiteranlagen sowie Stromerzeugungsanlagen, Erdgaskompressorstationen und Stromerzeugungsanlagen enthält. Sie befasst sich mit Materialien und Komponenten für die Konstruktion, Fertigung, Montage, Inspektion und Prüfung von Rohrleitungen.

Wie bei den Schweißnähten sollten die Vorwärmtemperaturen auf der Grundlage der Dicke der einzelnen Schweißnähte angepasst werden. Für dünne Schweißnähte können niedrigere Vorwärmtemperaturen erforderlich sein als für dickere Schweißnähte; die für jede Stufe erforderliche Zeit bleibt jedoch konstant.

Vor der Überarbeitung wurden verbindliche Grenzwerte für die PWHT-Schweißnahtdicke auf der Grundlage guter technischer Praxis und Erfahrung festgelegt. Da sich die Bruchmechanik seit der ursprünglichen Einführung dieser Grenzwerte in Übereinstimmung mit der guten Ingenieurpraxis und den Erfahrungen weiterentwickelt hat, wurden diese Grenzwerte unter Berücksichtigung der auf der Zähigkeit basierenden Freistellungskurven überarbeitet, die für Kohlenstoffstähle höhere Mindestwanddicken vorschreiben, als dies bei den älteren Grenzwerten der Fall war.

Für das PWHT-Schweißen ist in den meisten Fällen eine maximale Schweißnahtdicke von 19 mm vorgeschrieben - deutlich weniger als in allgemeinen Bauvorschriften (z. B. BS 5400 für Brücken) oder in anderen speziellen Vorschriften wie ASME B31.1 für Druckbehälter und Energierohrleitungen und API 650 für den Bau großer Lagertanks.