Was ist eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT) und warum ist sie beim Schweißen notwendig?

Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT) ist ein kontrollierter Prozess, bei dem geschweißte Werkstoffe wieder unter ihre kritische Umwandlungstemperatur erwärmt und für einen bestimmten Zeitraum dort gehalten werden. Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen ist ein wesentlicher Schritt bei Schweißprozessen, und viele Normen schreiben die Wärmebehandlung nach dem Schweißen als obligatorischen Schritt vor.

Definition

Beim Schweißen entstehen große Eigenspannungen in den Werkstoffen, die zusammen mit den Belastungsspannungen die Auslegungsgrenzen der Werkstoffe überschreiten. Infolgedessen sind geschweißte Konstruktionen anfälliger für wasserstoffinduzierte Risse und Spannungsrisskorrosion; zur Minderung dieses Risikos wird häufig eine Wärmenachbehandlung (PWHT) eingesetzt.

Bei der PWHT (Process for Weld Heat Heat-Treatment) wird eine Schweißnaht auf eine optimale Temperatur erwärmt und dann abgekühlt, wobei die Verweildauer bei den einzelnen Temperaturen je nach lokalen Gesetzen und Materialspezifikationen variiert. PWHT reduziert nicht nur Eigenspannungen, sondern kann auch dazu beitragen, die Zähigkeit und Duktilität von Schweißnähten zu erhöhen.

Schweißteile, die hohen PWHT-Temperaturen ausgesetzt sind, müssen während der Wärmebehandlung gut abgestützt werden. Speziell für das Bauteil geformte Böcke können diese Unterstützung bieten und regelmäßig entlang der Struktur platziert werden, um das thermische Gefälle zwischen den Abschnitten, die der PWHT unterzogen werden, und den noch kalten Abschnitten auszugleichen.

Die Anforderungen an die PWHT hängen in der Regel von der chemischen Zusammensetzung und der Dicke des Materials ab; ASME Section VIII schreibt sie für Materialien ab einer bestimmten Dicke vor, während andere Anforderungen von der Art des Einsatzes abhängen, dem die Struktur unterzogen wird, z. B. müssen Kernkraftwerke beim Zusammenschweißen von Komponenten strenge Sicherheits- und Zuverlässigkeitsstandards erfüllen.

Bedeutung

Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen (Post Weld Heat Treatment, PWHT) ist ein Verfahren, das die Mikrostruktur der Schweißnahtbereiche verändert, um Eigenspannungen zu verringern und die Festigkeit zu erhöhen sowie das Risiko von wasserstoffinduzierten Rissen und Spannungsrisskorrosion in Schweißstücken zu verringern. Die PWHT sollte als ein wesentlicher Schritt in Schweißprozessen angesehen werden, um einen sicheren Betrieb Ihrer Anlagen zu gewährleisten.

Die Notwendigkeit einer Druckwasserhärtung hängt von mehreren Faktoren ab, darunter Materialart und -dicke sowie das Potenzial für wasserstoffinduzierte Risse und Spannungsrisskorrosion. Die PWHT kann aufgrund von Vorschriften oder Normen erforderlich sein, die auf der chemischen Zusammensetzung des Materials und nicht nur auf der Dicke basieren.

Irgendwann während des Schweißens entsteht ein Temperaturgefälle zwischen dem Schweißgut und dem Grundwerkstoff, was zu Spannungen im Schweißgut führt, die schließlich Ihre Konstruktionsgrenzen überschreiten können. Die PWHT bietet Ihnen die Möglichkeit, diese innere Spannung zu reduzieren, indem Sie das Schweißgut über einen längeren Zeitraum bei einer bestimmten Temperatur erhitzen.

Obwohl die PWHT Eigenspannungen effektiv reduzieren kann, kann sich ihre Anwendung als gefährlich erweisen, wenn sie während des Erhitzungsprozesses nicht richtig unterstützt wird. Wenn ein Bauteil sein Eigengewicht bei PWHT-Temperaturen nicht tragen kann, muss es mit Böcken, die seiner Form und seinem Platz angemessen sind, angemessen abgestützt werden; übermäßige Verformungen können als Folge der unterschiedlichen Wärmeausdehnung verschiedener Teile einer Struktur auftreten.

Umfang

Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen (Post Weld Heat Treatment, PWHT) ist ein kontrollierter Prozess, bei dem das geschweißte Material über seine untere kritische Umwandlungstemperatur erhitzt und für einen längeren Zeitraum auf dieser Temperatur gehalten wird. Das Hauptziel der PWHT besteht darin, Eigenspannungen abzubauen und das Gefüge im Schweißbereich neu auszurichten, um die Anfälligkeit für Risse, Ermüdung und Korrosion zu verringern.

PWHT-Prüfungen sind häufig bei der Konstruktion von Druckbehältern und Rohrleitungssystemen erforderlich. Branchenvorschriften wie die ASME Pressure Vessel and Piping Codes schreiben die Durchführung von PWHT-Prüfungen bei bestimmten Materialien vor, um sichere Konstruktionen mit optimalen mechanischen und metallurgischen Eigenschaften zu gewährleisten.

Abhängig von der chemischen Zusammensetzung und der Dicke des Materials sowie den Betriebsbedingungen, unter denen das Bauteil eingesetzt wird, kann eine Druckwasserhärtung erforderlich sein. Die Druckwasserhärtung baut die beim Schweißen entstandenen Eigenspannungen ab und richtet das Schweißgut neu aus, um die Duktilität, Zähigkeit und Festigkeit im Schweißbereich zu verbessern.

Mit zunehmendem Spannungsniveau steigen auch die Anforderungen an die PWHT. Der Abbau von Schweißspannungen hängt sowohl von der Zeit als auch von der Temperatur während der PWHT-Behandlungszyklen ab. Um Verzug, Anlassversprödung und Übererweichung zu minimieren und gleichzeitig die Vorteile der PWHT ohne Beeinträchtigung der geprüften mechanischen Eigenschaften zu nutzen, müssen die Erwärmungs-/Abkühlungsraten/Toleranz/Tauchzeiten richtig gesteuert werden, damit alle Vorteile genutzt werden können.

Terminologie

Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen (Post Weld Heat Treatment, PWHT), auch bekannt als Wärmekonditionierung nach dem Schweißen, ist ein Verfahren zum Abbau und Ausgleich von Eigenspannungen, die durch das Schweißen verursacht wurden, sowie von mikrostrukturellen Veränderungen, die durch das Schweißen selbst in das Material eingeführt wurden. Die PWHT kann auch zur Kontrolle der Härte oder zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit eingesetzt werden. Sie ist ein integraler Bestandteil der meisten Schweißverfahren und wird häufig von Branchenvorschriften wie den ASME Pressure Vessel and Piping Codes vorgeschrieben.

PWHT hilft, wasserstoffinduzierte Risse (HIC) zu verhindern, indem der Wasserstoff aus der Umgebung in die Schweißnaht diffundiert und die Gesamtfestigkeit der Verbindung erhöht.

PWHT (Pressure Wash Heat Treating) ist ein weiteres Verfahren zur Verringerung der Spannungsrisskorrosion an Schweißnähten, bei dem die Schweißnähte schrittweise auf Temperaturen unterhalb der kritischen Umwandlungstemperatur erwärmt und langsam abgekühlt werden, wodurch die Spannungen in der Schweißnaht schrittweise abgebaut werden. Die PWHT ist integraler Bestandteil aller Spezifikationen für Schweißverfahren - jede Änderung der Temperatur- oder Einwirkzeitanforderungen erfordert eine erneute Zertifizierung. Ebenso spielt sie eine wesentliche Rolle beim Schweißen von Behälternähten mit kombinierten Rillen- und Kehlnähten, die aufgrund des volumetrischen Schweißgutverbrauchs im Vergleich zu einzelnen Rillen-/Kehlnähten oft höhere Eigenspannungen erzeugen als einzelne Rillen- oder Kehlnähte.