Θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση

Η θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση (PWHT) χρησιμεύει για την ανακούφιση και την ανακατανομή των υπολειπόμενων τάσεων που εισάγονται κατά τη συγκόλληση. Επιπλέον, σκληραίνει τη μικροδομή της συγκόλλησης και διαχέει το υδρογόνο για να μειώσει τους κινδύνους ρηγμάτωσης ή διάβρωσης κατά τη λειτουργία.

Η PWHT σε υψηλότερες θερμοκρασίες προσφέρει όχι μόνο ανακούφιση από τις τάσεις, αλλά και αποτελέσματα σκλήρυνσης ή καταβύθισης στο μέταλλο συγκόλλησης με αποτέλεσμα τη μείωση της σκληρότητας και τη βελτίωση της ολκιμότητας.

Ανόπτηση

Η μετρίαση είναι μια μορφή θερμικής επεξεργασίας που περιλαμβάνει τη θέρμανση της συγκόλλησης κάτω από την κρίσιμη θερμοκρασία μετασχηματισμού της για παρατεταμένο χρονικό διάστημα, προκειμένου να αναδιανεμηθούν οι παραμένουσες τάσεις που έχουν δημιουργηθεί κατά τη συγκόλληση, οι οποίες μπορεί να έχουν οδηγήσει σε ελαττώματα όπως η εύθραυστη θραύση ή στη βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων της θερμικά επηρεαζόμενης ζώνης (HAZ) μέσω της μειωμένης ευθραυστότητας και ευαισθησίας στη διάβρωση.

Η ανόπτηση καθιστά το μέταλλο ευκολότερο στην κατεργασία, μειώνοντας τη σκληρότητά του και αυξάνοντας την ολκιμότητά του, γεγονός που επιτρέπει στους χρήστες να χρησιμοποιούν λιγότερη δύναμη κατά τη διαμόρφωση ή τη σφράγισή του. Χρησιμοποιείται συχνά για την κατασκευή σύνθετων σχημάτων με χαμηλότερο κόστος από ό,τι με τις παραδοσιακές κατεργασίες.

Η ανακούφιση από τις τάσεις είναι μια άλλη συνήθης διαδικασία PWHT, κατά την οποία οι συγκολλήσεις θερμαίνονται κάτω από την κρίσιμη θερμοκρασία μετασχηματισμού τους για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα, ώστε να ανακουφιστούν από τις παραμένουσες τάσεις και να βελτιωθούν οι μηχανικές ιδιότητες της συγκόλλησής τους. Είναι ιδιαίτερα χρήσιμη όταν χρησιμοποιείται σε συγκολλήσεις εξοπλισμού υπό πίεση.

Η PWHT μπορεί να μην είναι πάντα απαραίτητη- η αναγκαιότητά της εξαρτάται από τη σύνθεση και τις απαιτήσεις ανθεκτικότητας των υλικών συγκόλλησης και των υλικών βάσης που χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές συγκόλλησης, όπως μετράται με δοκιμές απορρόφησης ενέργειας Charpy. Επιπλέον, η θερμοκρασία και ο χρόνος πρέπει να διαχειρίζονται προσεκτικά κατά την PWHT, καθώς η υπερβολική θερμοκρασία ή οι παρατεταμένοι χρόνοι εμβάπτισης θα μπορούσαν να προκαλέσουν ευθραυστότητα ή υπεραποδυνάμωση, οι οποίες υποβαθμίζουν σημαντικά την αντοχή των αποσκληρυμένων και σκληρυμένων υλικών.

Κανονικοποίηση

Η κανονικοποίηση είναι μια σύνθετη διαδικασία που αποσκοπεί στη βελτίωση της μικροδομής των χαλύβων και των σιδηρούχων μετάλλων. Ο στόχος είναι η μείωση της περιεκτικότητας σε άνθρακα, η αυξημένη ολκιμότητα και η αυξημένη αντοχή, καθώς και ο μειωμένος κίνδυνος ρωγμών ή θραύσεων που σχετίζονται με συγκολλήσεις. Η κανονικοποίηση αποτελεί αναπόσπαστο στοιχείο της προετοιμασίας συγκολλήσεων, αλλά πρέπει να γίνεται από έμπειρες εταιρείες για καλύτερα αποτελέσματα.

Οι συμβατικές διεργασίες συγκόλλησης παράγουν σημαντικές κατανομές παραμενουσών τάσεων τόσο στα μέταλλα συγκόλλησης όσο και στα βασικά υλικά, οι οποίες μπορεί να φτάσουν σε επίπεδα που πλησιάζουν τα όρια διαρροής τους σε ορισμένες συνθήκες, οδηγώντας σε διατμηματική θραύση στις περιοχές συγκόλλησης και σε γενική δομική αστοχία. Αυτό μπορεί να παράγει σημαντικές παραμένουσες τάσεις στις συγκολλήσεις καθώς και στα βασικά μέταλλα, δημιουργώντας παραμένουσες τάσεις με σημαντικό μέγεθος που πλησιάζουν το όριο διαρροής τους ή πλησιάζουν το όριο διαρροής οποιουδήποτε υλικού προκαλώντας γενική αστοχία και των δύο συγκολλημένων κατασκευών.

Η θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση (PWHT) είναι απαραίτητη για την εξάλειψη των εύθραυστων υπολειμματικών τάσεων. Τα ισχύοντα πρότυπα κατασκευής για δοχεία πίεσης και σωληνώσεις απαιτούν PWHT όταν το πάχος συγκόλλησης υπερβαίνει ορισμένα όρια, ανάλογα με τις ιδιότητες απορρόφησης ενέργειας Charpy και την αναμενόμενη θερμοκρασία λειτουργίας.

Τα όρια PWHT είναι αρκετά συντηρητικά και μπορεί να υπάρχουν πολλά περιθώρια για εξαίρεση. Ωστόσο, η επιλογή των κατάλληλων θερμοκρασιών και χρόνων για τη θερμική κατεργασία είναι κρίσιμης σημασίας, καθώς αυτό θα επηρεάσει την εξίσωση, την κατακρήμνιση ή τη γήρανση των βασικών μετάλλων, καθώς και την τελική αντοχή σε εφελκυσμό και την ανθεκτικότητα των συγκολλημένων συγκροτημάτων.

Ψύξη

Οι συμβατικές διεργασίες συγκόλλησης παράγουν σημαντικές παραμένουσες τάσεις στις συγκολλήσεις που, υπό συνθήκες υψηλής συγκράτησης, μπορούν να προσεγγίσουν το όριο διαρροής των μητρικών υλικών και των υλικών συγκόλλησης. Η θερμική κατεργασία μετά τη συγκόλληση (PWHT) συμβάλλει στην ανακούφιση και την ανακατανομή αυτών των υπολειπόμενων τάσεων, καθώς και στη σκλήρυνση της μικροδομής του μετάλλου συγκόλλησης με ταυτόχρονη διάχυση του υδρογόνου, προκειμένου να αποτραπεί η ρηγμάτωση που προκαλείται από υδρογόνο στις συγκολλημένες περιοχές.

Η PWHT (Pressure Wash Heating Treatment) περιλαμβάνει τη θέρμανση τμημάτων (ή του συνόλου) συγκολλημένων κατασκευών σε υψηλές θερμοκρασίες για περίπου μία ώρα ανά ίντσα πάχους, συνήθως για τουλάχιστον μία ώρα ανά συγκόλληση. Οι συγκολλήσεις, καθώς και συχνά μια περιοχή γύρω από αυτές και στις δύο πλευρές τους, βυθίζονται σε αυτό το θερμαινόμενο περιβάλλον για να επιτραπεί στις υπολειπόμενες τάσεις να χαλαρώσουν και να αναδιανεμηθούν πιο ομοιόμορφα στο σώμα τους.

Θα πρέπει να ζητείται η συμβουλή ειδικού σχετικά με τις κατάλληλες θερμοκρασίες και χρόνους συγκόλλησης για διάφορους χάλυβες, ώστε να αποφεύγονται φαινόμενα σκλήρυνσης ή γήρανσης που μειώνουν την ανθεκτικότητα ή την ολκιμότητα, τα οποία θα μπορούσαν να θέσουν σε κίνδυνο την αντοχή της συγκόλλησης έναντι φορτίων τάσης και κόπωσης, οδηγώντας στη θραύση της λόγω εύθραυστης θραύσης.

Οι ισχύοντες κώδικες δοχείων πίεσης και σωληνώσεων προβλέπουν ότι οποιοδήποτε συγκολλημένο εξάρτημα δεν υπερβαίνει ένα καθορισμένο όριο πάχους, το οποίο καθορίζεται γενικά από τις ιδιότητες του υλικού του κατά τη δοκιμή Charpy. Δυστυχώς, όμως, αυτό το κριτήριο περιορισμού του πάχους βασίζεται σε συντηρητικές παραδοχές- υπάρχουν ανωμαλίες. Σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί ακόμη και να χρησιμοποιηθεί για να επιτευχθεί απαλλαγή από τις απαιτήσεις PWHT- αλλά, για να γίνει αυτό με ασφάλεια.

Προετοιμασία

Η θερμική κατεργασία μετά τη συγκόλληση (PWHT) είναι μια διαδικασία κατά την οποία τμήματα μιας συγκόλλησης θερμαίνονται σε υψηλές θερμοκρασίες για παρατεταμένο χρονικό διάστημα, ώστε να ανακουφιστούν οι παραμένουσες τάσεις και να σκληρυνθεί η μικροδομή του μετάλλου συγκόλλησης. Μειώνει τη ρηγμάτωση που προκαλείται από υδρογόνο καθώς και τη ρηγμάτωση από διάβρωση λόγω τάσης ενισχύοντας την αντοχή και την ολκιμότητα - ενδεχομένως μετριάζοντας τα αποτελέσματα της ρηγμάτωσης που προκαλείται από υδρογόνο ή της ρηγμάτωσης από διάβρωση λόγω τάσης.

Οι συμβατικές διεργασίες συγκόλλησης δημιουργούν σημαντικές παραμένουσες τάσεις μέσα σε μια συγκόλληση που συχνά προσεγγίζουν το όριο διαρροής της, δημιουργώντας σημαντικές κατανομές παραμένουσας τάσης σε όλη την έκταση. Η PWHT μετριάζει αυτές τις εφελκυστικές παραμένουσες τάσεις μέσω μηχανισμών πλαστικής παραμόρφωσης, όπως ο ερπυσμός και η διάχυση τάσεων, ώστε να επιτρέπει την ανακατανομή τους πιο ομοιόμορφα στην περιοχή της ένωσης.

Οι περισσότεροι ισχύοντες κώδικες σχεδιασμού για σωληνώσεις και δοχεία πίεσης επιβάλλουν την PWHT μέχρι μια οριακή τιμή πάχους, ανάλογα με την ποιότητα/σύνθεση του χάλυβα/συνθήκες συγκόλλησης/πιθανό τρόπο αστοχίας. Ενώ η PWHT μειώνει σημαντικά τις παραμένουσες τάσεις, αυτές δεν μπορούν να εξαφανιστούν εντελώς παρά την εφαρμογή της PWHT.

Η PWHT είναι κατάλληλη για εξαρτήματα με επιμήκη μορφή, όπως οι περιφερειακές συγκολλήσεις σε σωλήνες ή οι συγκολλήσεις κλεισίματος σε δοχεία πίεσης μεγάλου μήκους. Για την εφαρμογή αυτής της μορφής PWHT, το εξάρτημα συγκολλάται γύρω από ένα στοιχείο που θερμαίνεται μέσω τεχνολογίας επαγωγής - αυτή η μέθοδος θέρμανσης είναι πολύ ταχύτερη από τους παραδοσιακούς καυστήρες ή τους θερμαντήρες ηλεκτρικής αντίστασης.