PWHT Wärmebehandlung nach dem Schweißen

Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen ist ein Verfahren, das darauf abzielt, die beim Schweißen entstandenen Eigenspannungen zu minimieren und neu zu verteilen, da diese die Anfälligkeit für wasserstoffinduzierte Risse erhöhen oder andere Formen von Materialversagen verursachen könnten.

Die PWHT wird in der Regel mittels Induktionserwärmung durchgeführt. Bei der Induktionserwärmung werden hochfrequente Wechselströme genutzt, um Magnetfelder und Wirbelströme zur Erwärmung von Metall zu erzeugen – ähnlich wie bei der PWHT, jedoch schneller.

Glühen

Das Glühen ist eine der wirksamsten Wärmebehandlungen nach dem Schweißen und besteht darin, einen Bereich für eine bestimmte Zeit auf eine bestimmte Temperatur zu erhitzen und anschließend langsam abzukühlen. Durch das Glühen werden Spannungen im Werkstoff abgebaut, wodurch sich dieser im Laufe der Zeit gleichmäßiger ausdehnt und zusammenzieht.

Das Glühen trägt dazu bei, die physikalischen Eigenschaften der von der Schweißwärme betroffenen Zonen (HAZ) zu verbessern. Beim Schweißen scheiden bestimmte Elemente einer Legierung, wie beispielsweise Karbide, aus der Lösung aus und machen die HAZ spröder und korrosionsanfälliger; das Glühen kann diesen Effekt jedoch abschwächen und die strukturelle Integrität der HAZ einer Schweißnaht verbessern.

Die PWHT-Technologie kann das Risiko von wasserstoffinduzierten Rissen in Schweißnähten erheblich verringern und zudem andere Arten von Rissen, wie beispielsweise Torsions- oder zyklische Spannungsrisse, verhindern. Darüber hinaus erleichtert die PWHT-Technologie bei Bedarf Reparaturen oder den Austausch und steigert die allgemeine Produktionseffizienz.

Bei der Durchführung eines PWHT-Prozesses ist es von entscheidender Bedeutung, geeignete Erwärmungs- und Abkühlungsverfahren anzuwenden, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Insbesondere sollte die Erwärmung ausreichend sein, um die Temperatur im Schweißbereich anzuheben, während die Abkühlgeschwindigkeiten keine zusätzlichen thermisch bedingten Spannungen verursachen dürfen. Isoliermaterialien können dazu beitragen, die Schweißtemperaturen während des PWHT gleichmäßig zu halten.

Normalisierung

Das Normalisieren ist ein Verfahren zum Abbau innerer Spannungen und zur Erhöhung der Duktilität in Schweißnähten. Dabei wird die Temperatur schrittweise erhöht und anschließend wieder langsam abgekühlt – dies trägt dazu bei, Verformungen, Verziehrungen und Beeinträchtigungen der strukturellen Integrität von Druckgeräten zu vermeiden, indem durchgehend gleichmäßige Abkühlgeschwindigkeiten gewährleistet werden. Darüber hinaus ermöglicht das Normalisieren eine gleichmäßige Abkühlung des Materials, wodurch das Risiko von Rissbildungen verringert wird.

Beim Normalisieren werden die Legierungsbestandteile in einen homogeneren und isotroperen Zustand überführt, was dazu beiträgt, lokale Schwankungen der Eigenschaften hinsichtlich der Gesamtfestigkeit und Haltbarkeit von Schweißnähten zu verringern, während die Umverteilung der Atome während der Wärmebehandlung die Wasserstoffrissbildung in Schweißnähten reduziert.

Die Anforderungen an die Nachschweißwärmebehandlung (PWHT) hängen von der chemischen Zusammensetzung und der Dicke des Schweißguts ab. Die PWHT kann durch Vorschriften für kritische Rohrleitungs- oder Druckbehälterkomponenten vorgeschrieben sein; darüber hinaus kann ihre Anwendung die Lebensdauer verlängern, indem sie die Anfälligkeit für Korrosion verringert.

Die PWHT kann an verschiedenen Werkstoffen und Legierungen durchgeführt werden, darunter auch an kohlenstoffarmen und kohlenstoffreichen Stählen. Je nach Werkstoff und Verwendungszweck kann die PWHT dazu beitragen, Restspannungen abzubauen, Schweißnähte zu tempern, den Wasserstoffgehalt zu senken sowie die Zugfestigkeit, die Kriechfestigkeit und die Kerbschlagzähigkeit von Schweißnähten zu verbessern.

Stressabbau

Die Spannungsarmglühung (PWHT, kurz für „Post Weld Heat Treatment“) ist ein zusätzliches Wärmebehandlungsverfahren, das zum Abbau von Eigenspannungen in geschweißten Metallbauteilen eingesetzt wird. Um dieses Ziel zu erreichen, wird das Metall im Rahmen dieses Verfahrens über einen längeren Zeitraum unterhalb seines Umwandlungsbereichs erhitzt und anschließend langsam wieder abgekühlt – wodurch die Härte verringert, die Flexibilität erhöht und die Duktilität verbessert wird; das Material wird dadurch weniger rissanfällig und weniger anfällig für Spannungsrisskorrosion unter rauen oder sauren Umgebungsbedingungen.

Prüfungen zur Ermittlung von Restspannungen nach dem Schweißen (PWHT) können durch Schweißvorschriften und Konstruktionsnormen für Druckbehälter und Rohrleitungen vorgeschrieben sein, da die kumulativen Belastungen die Auslegungsgrenzen des Werkstoffs überschreiten und möglicherweise zu Schweißnahtversagen, strukturellen Schäden und Personenschäden führen können.

Die Spannungsentlastung hat zudem den zusätzlichen Vorteil, dass sie dazu beiträgt, wasserstoffinduzierte Rissbildung (HIC) zu verhindern, die durch hohe Wasserstoffkonzentrationen in der Umgebung verursacht wird, die während des Schweißprozesses in die geschweißten Werkstoffe eindringen. HIC lässt sich vermeiden, indem die Werkstoffe unmittelbar nach dem Schweißen erhitzt werden, wodurch der Wasserstoff aus dem Schweißbereich verdrängt wird, bevor er HIC verursacht. Aus diesem Grund werden PWHT-Behandlungen wie diese in der Regel bei langen Bauteilen wie Rohren oder Verschlussnähten von Druckbehältern angewendet.

Kühlung

Bei vielen Schweißverfahren entsteht während des Schweißvorgangs Wasserstoff, der aus dem Schweißgut und der Wärmeeinflusszone (HAZ) abtransportiert werden muss, um wasserstoffinduzierte Risse (HIC) zu vermeiden. In der Regel erfolgt dies durch Anheben der Temperatur bis zum Höchstwert und anschließendes langsames Absenken; allerdings müssen auch weitere Maßnahmen ergriffen werden, wie beispielsweise die Einhaltung geeigneter Vorwärm- und Zwischenlagentemperaturen, damit dies effektiv funktioniert.

Mit diesem Verfahren lassen sich die Restspannungen im Schweißgut auf ein akzeptables Maß reduzieren, wobei die vorhandenen Zugrestspannungen jedoch nicht vollständig beseitigt werden.

Üblicherweise wird das Material je nach Dicke und Art für eine angemessene Zeitspanne bei seiner Höchsttemperatur gehalten. Je länger diese Haltezeit dauert, desto geringer werden die Restspannungen.

Das Normalisieren ist ein weiteres wirksames Verfahren zur Verringerung der Härte von Schweißnähten. Es eignet sich besonders für Werkstoffe, die hohen Salzkonzentrationen und Witterungseinflüssen ausgesetzt sind, und trägt dazu bei, Verformungen in der Struktur zu reduzieren. Bei diesem Verfahren wird der Werkstoff auf seine Höchsttemperatur erhitzt und anschließend langsam wieder abgekühlt – dadurch wird zudem eventuell angesammelter überschüssiger Wasserstoff entfernt, um HIC zu verhindern.