Μετά τη συγκόλληση θερμική επεξεργασία για χάλυβα άνθρακα

Η θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση (PWHT) συμβάλλει στην χαλάρωση και την ανακατανομή των υπολειμματικών τάσεων που δημιουργήθηκαν κατά τη διάρκεια των διαδικασιών συγκόλλησης, κάτι που συχνά απαιτείται από τους κανονισμούς για υλικά που υπερβαίνουν συγκεκριμένες προδιαγραφές πάχους.

Οι ρυθμοί θέρμανσης και ψύξης πρέπει να ελέγχονται προσεκτικά, προκειμένου να αποφεύγονται το θερμικό σοκ, η παραμόρφωση ή η άνιση αποσυμπίεση. Η θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση (PWHT) μπορεί να πραγματοποιηθεί είτε με τη χρήση κλιβάνου είτε με τοπικές ηλεκτρικές κουβέρτες ή μαξιλάρια αντίστασης.

Ανόπτηση

Η θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση (PWHT) μειώνει σημαντικά τα επίπεδα των υπολειπόμενων εφελκυστικών τάσεων στις περιοχές συγκόλλησης, χωρίς όμως να τις εξαλείφει εντελώς. Οι περισσότεροι κύκλοι κόπωσης εξακολουθούν να προκαλούν αποκλειστικά εφελκυστικές τάσεις, οι οποίες μπορεί να είναι εξαιρετικά επιβλαβείς.

Η πλήρης ανόπτηση περιλαμβάνει τη θέρμανση των υποευτεκτοειδών και ευτεκτοειδών φάσεων σε θερμοκρασίες περίπου 50 °C πάνω από τις αντίστοιχες θερμοκρασίες Ac3 και Ac1, και στη συνέχεια τη σταδιακή ψύξη τους μέχρι να επιτευχθούν δομές κοντά στην ισορροπία. Η διαδικασία αυτή συμβάλλει στην αποφυγή της ευθραυστότητας λόγω υδρογόνου, μειώνοντας ταυτόχρονα τους κινδύνους ρωγμάτωσης που προκαλούνται από το περιβάλλον.

Η τοπική θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση (PWHT) σε μικρά εξαρτήματα είναι εφικτή, αλλά πρέπει να πραγματοποιείται με προσοχή. Η μη ορθή διαστασιολόγηση και τοποθέτηση των ζωνών διατήρησης θερμοκρασίας, θέρμανσης και ελέγχου βαθμίδας θερμοκρασίας μπορεί να οδηγήσει σε παραμόρφωση ή κατάρρευση δομικών εξαρτημάτων ή να προκαλέσει καταστροφική αστοχία λόγω αστάθειας στην κατάσταση των υπολειπόμενων τάσεων. Πρέπει να χρησιμοποιείται μόνωση προκειμένου να διατηρούνται σταθερές οι θερμοκρασίες εντός των ζωνών θέρμανσης· πρέπει επίσης να χρησιμοποιούνται θερμόμετρα αυτόματης καταγραφής.

Κανονικοποίηση

Η επεξεργασία αυτή, η οποία εφαρμόζεται συνήθως σε χάλυβες χαμηλής κράμασης, απομακρύνει τη χονδροκοκκώδη δομή που δημιουργείται από τη συγκόλληση και βελτιώνει τις ιδιότητες του υλικού. Επιπλέον, μειώνει τον κίνδυνο ευθραυστότητας, ενώ παράλληλα εμποδίζει την ανάπτυξη ανεξέλεγκτων θερμικών τάσεων στην περιοχή της συγκόλλησης.

Θέρμανση του μετάλλου σε θερμοκρασίες πάνω από το ανώτερο κρίσιμο σημείο και, στη συνέχεια, διατήρηση της θερμοκρασίας αυτής για χρονικό διάστημα ανάλογο με το πάχος της διατομής, πριν από την ψύξη σε περιβάλλον θερμοκρασίας περιβάλλοντος υπό ελεγχόμενες συνθήκες ψύξης. Η διαδικασία αυτή δημιουργεί δομές λεπτού κόκκου και ομοιόμορφες μικροδομές που συμβάλλουν στην αποσυμπίεση των εσωτερικών τάσεων, καθιστώντας το υλικό πιο εύκαμπτο όσον αφορά τις εργασίες διαμόρφωσης και τη χρήση του.

Η πλήρης ομαλοποίηση, η οποία εφαρμόζεται συνήθως σε χάλυβες άνθρακα και χάλυβες άνθρακα-μαγγανίου, μπορεί να αποτελέσει αποτελεσματική εναλλακτική λύση της σκλήρυνσης σε ορισμένες εφαρμογές. Δυστυχώς, όμως, η πλήρης ομαλοποίηση δεν εξαλείφει όλες τις υπολειμματικές τάσεις· οι κανονισμοί σχεδιασμού για την κόπωση ενδέχεται να απαιτούν περαιτέρω επαναομαλοποίηση προκειμένου να ληφθεί υπόψη αυτή η διαφορά.

Ανακούφιση από το άγχος

Η αποσυμπίεση χρησιμοποιείται για τη μείωση των εσωτερικών τάσεων του υλικού που προκαλούνται από διαδικασίες κατασκευής, όπως η διαμόρφωση και η μηχανική κατεργασία, π.χ. συμπίεση στην επιφάνεια ή εφελκυσμός στον πυρήνα του. Η αποσυμπίεση μοιάζει με την ανόπτηση, καθώς περιλαμβάνει τη θέρμανση του υλικού σε υψηλότερη θερμοκρασία για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα, πριν από την αργή ψύξη του για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα.

Η αποσυμπίεση προσφέρει διάφορα πλεονεκτήματα, όπως τη μείωση της αντοχής σε εφελκυσμό της συγκόλλησης και την ενίσχυση της αντοχής στην κόπωση σε τοπικές εγκοπές και σημεία συγκέντρωσης τάσεων, ενώ παράλληλα αυξάνει την εναπόθεση διακροτικών καρβιδίων. Ωστόσο, η ανακούφιση από τις τάσεις μπορεί να επηρεαστεί αρνητικά από ακατάλληλες τεχνικές ψύξης, ελέγχους θερμοκρασίας ή τεχνικές συγκόλλησης που χρησιμοποιούνται κατά τη διάρκεια των διαδικασιών PWHT· για τη μεγιστοποίηση των αποτελεσμάτων, είναι επιτακτική ανάγκη οι παράγοντες αυτοί να εφαρμόζονται στις κατάλληλες χρονικές στιγμές και θερμοκρασίες κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας.

Σκλήρυνση

Οι χαμηλά κραματοποιημένοι χάλυβες άνθρακα απαιτούν θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση (PWHT) προκειμένου να επιτευχθεί μια επαρκώς ανθεκτική και σκληρή μικροδομή. Η διαδικασία αυτή περιλαμβάνει τη θέρμανση του εξαρτήματος σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία για παρατεταμένο χρονικό διάστημα, πριν από τη σταδιακή ψύξη του.

Οι αλλαγές στη μεταλλουργική δομή ενδέχεται να συμβάλουν στη μείωση της πιθανότητας εμφάνισης καθυστερημένων ρωγμών και στην αύξηση της ολκιμότητας, καθώς και στη βελτίωση της αντοχής των συγκολλήσεων στη διάβρωση, της σκληρότητας, της αντοχής σε κρούση και της αντοχής σε εύθραυστες θραύσεις.

Η PWHT πραγματοποιείται συνήθως με τη χρήση ελεγχόμενων συστημάτων προθέρμανσης και θέρμανσης, με θερμοστοιχεία τοποθετημένα σε στρατηγικά σημεία ώστε να εξασφαλίζεται ομοιόμορφη θέρμανση χωρίς παραμόρφωση των εξαρτημάτων. Η τοπική PWHT μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε μεγαλύτερα εξαρτήματα, όπως οι περιφερειακές συγκολλήσεις σε σωλήνες ή οι συγκολλήσεις κλεισίματος σε μακρά δοχεία υπό πίεση, αν και η εφαρμογή αυτής της τεχνικής μπορεί να είναι πιο απαιτητική λόγω των διακυμάνσεων στη θερμική διαστολή, οι οποίες ενδέχεται να προκαλέσουν σημαντική παραμόρφωση.