Θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση και αντίσταση στη διάβρωση

Οι ειδικοί βιομηχανικοί κώδικες συγκόλλησης συχνά επιβάλλουν την PWHT για ορισμένα υλικά. Η PWHT συμβάλλει στη διασφάλιση της ακεραιότητας των συγκολλημένων εξαρτημάτων υπό ακραίες συνθήκες σε περιβάλλοντα όπως οι σταθμοί παραγωγής ενέργειας από ορυκτά καύσιμα, τα δοχεία πυρηνικών αντιδραστήρων και άλλοι τύποι εξοπλισμού υπό πίεση.

Η διαδικασία μπορεί να είναι χρονοβόρα και να απαιτεί ειδικό εξοπλισμό. Ως αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας μπορεί να προκύψουν παραμορφώσεις ή στρεβλώσεις του συγκολλημένου εξοπλισμού, οι οποίες απαιτούν διορθωτικές ενέργειες για την αποκατάστασή τους.

Μείωση των υπολειπόμενων τάσεων

Η θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση (PWHT) μειώνει τις παραμένουσες τάσεις, ελέγχει τη σκληρότητα του υλικού και ενισχύει τη μηχανική αντοχή μετά την ολοκλήρωση της συγκόλλησης. Η PWHT θα πρέπει να εκτελείται μετά τη συγκόλληση δοχείων πίεσης, σωλήνων και πυρηνικών σταθμών παραγωγής ενέργειας για τον μετριασμό των κινδύνων αστοχίας της συγκόλλησης, όπως η υψηλότερη πιθανότητα ρηγμάτωσης ή η ευαισθησία σε εύθραυστα σπασίματα- η αποτυχία αυτής της διαδικασίας μπορεί να οδηγήσει σε αστοχία της συγκόλλησης και αυξημένη ευαισθησία σε θραύση. Η PWHT προσφέρει μια αποτελεσματική και οικονομικά αποδοτική μέθοδο για την τήρηση των αυστηρών βιομηχανικών προτύπων, ενώ παράλληλα η τήρησή τους γίνεται με μεγαλύτερη ασφάλεια.

Ανάλογα με την εφαρμογή, τα επίπεδα υπολειπόμενων τάσεων στο μέταλλο συγκόλλησης, στη ζώνη θερμικής επίδρασης και στο παρακείμενο βασικό μέταλλο μπορεί να φτάσουν το όριο διαρροής - σε τέτοιες περιπτώσεις η PWHT μπορεί να ανακουφίσει και να αναδιανείμει αυτές τις υπολειπόμενες τάσεις για να βελτιώσει την τάση ενεργοποίησης των συγκολλήσεων, ενώ μιμείται δομική συμπεριφορά παρόμοια με του βασικού υλικού.

Η παρούσα εργασία διερευνά τις επιδράσεις της ομοιόμορφης PWHT σε συγκολλημένες πλάκες HSS με συγκόλληση Χ με ελαφρώς υπερπλήρωση του μετάλλου πλήρωσης. Τα τμήματα διαχωρίστηκαν μηχανικά και υποβλήθηκαν σε διάφορους κύκλους PWHT και δοκιμές εφελκυσμού πριν από τη διεξαγωγή μακροσκοπικής και μικροσκοπικής ανάλυσης σε αυτά. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι οι μεταβολές που προκαλούνται από την PWHT, όπως ο σχηματισμός δίδυμου μαρτενσίτη στην HAZ και την FZ, μπορούν να μειώσουν σημαντικά τα επίπεδα παραμενουσών τάσεων σε επίπεδα χαμηλότερα από εκείνα που βρέθηκαν στην BM, ενώ παράλληλα μειώνουν σημαντικά τις αυξήσεις τάσεων στην περιοχή της συγκόλλησης, καθώς και τη βελτίωση της τάσης ενεργοποίησης σε επίπεδα που προσεγγίζουν την τιμή που βρέθηκε στην BM.

Έλεγχος σκληρότητας

Η θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση (PWHT) μπορεί να μειώσει τις υπολειμματικές τάσεις που προκαλούνται από τις διαδικασίες συγκόλλησης που αφήνουν πίσω τους υπολειμματικές τάσεις, οι οποίες διαφορετικά θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε ρωγμές που προκαλούνται από υδρογόνο ή ρωγμές διάβρωσης λόγω τάσεων. Η PWHT περιλαμβάνει τη θέρμανση του υλικού και στη συνέχεια την αργή ψύξη του - συμβάλλοντας στην ανακατανομή και ανακούφιση των τάσεων, ενώ παράλληλα βελτιώνει την ολκιμότητα, η οποία αυξάνει την αντίσταση έναντι της ρηγμάτωσης λόγω τάσεων.

Η PWHT μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την πρόκληση μετασχηματισμών φάσης ή κατακρήμνισης που θα βελτιώσουν την αντοχή και την ανθεκτικότητα των υλικών, αλλά για να λειτουργήσει επιτυχώς αυτή η διαδικασία απαιτεί τον έλεγχο πολλών μεταβλητών, όπως η θερμοκρασία και η διάρκεια έκθεσης του υλικού.

Η διενέργεια δοκιμής σκληρότητας για να εκτιμηθεί εάν ένα τεμάχιο απαιτεί PWHT είναι σχετικά απλή. Γεμίστε μια κυψελίδα δείγματος με νερό, προσθέστε ρυθμιστικό διάλυμα και αντιδραστήρια δείκτη, ανακατέψτε, και στη συνέχεια μετρήστε πόσες σταγόνες ήταν απαραίτητες για να φτάσετε σε ένα τελικό σημείο (συνήθως κόκκινο και μπλε), το οποίο ορισμένα φωτόμετρα παρέχουν τη δυνατότητα δοκιμής της σκληρότητας ασβεστίου ξεχωριστά από τη συνολική σκληρότητα- αυτό δίνει μια ακριβή εικόνα της ποιότητας του υλικού σας. Ενίοτε μπορεί να πετύχετε μοβ τελικό σημείο αντί για μπλε- αυτό συνήθως προκαλείται από παρεμβολή χαλκού (από αλγοκτόνα ή σωλήνες), αλλά μπορεί να διορθωθεί με την προσθήκη επιπλέον σταγόνων τιτλοδοτικού στην αρχή.

Ενίσχυση δύναμης

Η θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση όχι μόνο μειώνει και αναδιανέμει τις υπολειπόμενες τάσεις, αλλά μπορεί επίσης να προκαλέσει μεταλλουργικές αλλαγές που αυξάνουν την αντοχή. Στις υψηλότερες θερμοκρασίες που χρησιμοποιούνται κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας μπορεί να εμφανιστεί σκλήρυνση ή κατακρήμνιση, η οποία μειώνει τη σκληρότητα, ενώ βελτιώνει την ολκιμότητα και μειώνει τον κίνδυνο θραύσης.

Ο εξοπλισμός PWHT παρέχει σημαντικά πλεονεκτήματα στους χρήστες του. Μπορεί να βοηθήσει να διασφαλιστεί ότι οι συγκολλήσεις μπορούν να αντέξουν σε περιβάλλοντα υψηλής καταπόνησης χωρίς να αποτύχουν ή να διαρρεύσουν, γεγονός που είναι ιδιαίτερα σημαντικό για τα διυλιστήρια πετρελαίου και φυσικού αερίου, τις πετροχημικές εγκαταστάσεις και τα εργοστάσια πυρηνικής ενέργειας, όπου ο εξοπλισμός πρέπει να αντέχει σε δύσκολες συνθήκες.

Οι διεργασίες PWHT μπορεί να είναι δαπανηρές λόγω της εξάρτησής τους από εξειδικευμένες εγκαταστάσεις και εξοπλισμό, καθώς και από χρονοβόρους κύκλους θέρμανσης/ψύξης, αυξάνοντας το κόστος του έργου και καθυστερώντας τα χρονοδιαγράμματα. Οι επαναλαμβανόμενοι κύκλοι θέρμανσης/ψύξης μπορεί να προκαλέσουν θερμική κόπωση σε ορισμένα κράματα μειώνοντας τη διάρκεια ζωής τους με την πάροδο του χρόνου.

Η Intertek παρέχει υπηρεσίες PWHT για τη βελτίωση της μικροδομής της συγκόλλησης και τη μείωση των υπολειμματικών τάσεων στα συγκολλημένα εξαρτήματα. Διαθέτουμε εκτεταμένη εμπειρία στην εκτέλεση PWHT για εφαρμογές που καλύπτουν τις βιομηχανίες πετρελαίου και φυσικού αερίου, πετροχημικών, παραγωγής ενέργειας, χημικής επεξεργασίας και επεξεργασίας χάλυβα/μετάλλων - καθώς και για υλικά τόσο από άνθρακα όσο και από ανοξείδωτο/υψηλό κράμα, που πληρούν τις προδιαγραφές του τμήματος VIII του ASME ή συγκεκριμένα όρια πάχους.

Αντοχή στη διάβρωση

Η αντοχή στη διάβρωση είναι ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά που επιτρέπουν τη χρήση των μετάλλων σε πολυάριθμες πρακτικές εφαρμογές. Προκύπτει τόσο από τις εγγενείς αντιδιαβρωτικές τους ιδιότητες όσο και από τυχόν προστατευτικά μέτρα που λαμβάνονται κατά των βλαβών από τη διάβρωση.

Το χρώμιο στον ανοξείδωτο χάλυβα συμβάλλει στο σχηματισμό ενός παθητικού στρώματος οξειδίου του χρωμίου που εμποδίζει το οξυγόνο να εισχωρήσει στον πυρήνα του μετάλλου και έτσι αποτρέπει τη διάβρωση και τη σκουριά. Άλλα στοιχεία όπως το νικέλιο, το μαγγάνιο και το μολυβδαίνιο αυξάνουν επίσης την αντίσταση στη διάβρωση στους ανοξείδωτους χάλυβες.

Η έλλειψη αντίστασης στη διάβρωση μπορεί να αποβεί μοιραία για τον βιοϊατρικό εξοπλισμό. Τα μεταλλικά στεντ που χρησιμοποιούνται στις διακαθετηριακές καρδιακές βαλβίδες απαιτούν εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση- η μη τήρηση αυτού του προτύπου θα μπορούσε να οδηγήσει σε μηχανικές αστοχίες του στεντ και σε αρνητικές βιολογικές αντιδράσεις που απειλούν τόσο τον ασθενή όσο και τον πάροχο υγειονομικής περίθαλψης.

Η PWHT βελτιώνει την αντίσταση των υλικών στη διάβρωση με τη σκλήρυνση ή την καταβύθισή τους σε χαμηλότερα επίπεδα σκληρότητας, ενώ ταυτόχρονα βελτιώνει την ανθεκτικότητα και την ολκιμότητα, συμβάλλοντας στη μείωση των αστοχιών συγκόλλησης καθώς και του κινδύνου θραύσης από υπερφόρτωση. Η PWHT απαιτείται συχνά σε διάφορες βιομηχανίες - χάλυβες που έχουν σκληρυνθεί σε κατεργασία, χάλυβες από άνθρακα και χαμηλά κραματωμένους χάλυβες, καθώς και βιομηχανίες πετρελαίου και φυσικού αερίου και πυρηνικές βιομηχανίες επιβάλλουν συχνά την PWHT κατά την επισκευή εξοπλισμού υπό πίεση.