Θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση

Πολλοί κώδικες σωληνώσεων χρησιμοποιούν την ανθεκτικότητα σε θραύση των συγκολλήσεων ως βάση για την απαλλαγή από τις απαιτήσεις θερμικής επεξεργασίας μετά τη συγκόλληση (PWHT) σε τοπικό επίπεδο- ωστόσο, αυτή η μέθοδος μπορεί να μην ισχύει πάντα για όλα τα υλικά ή τις εφαρμογές.

Οι απαιτήσεις PWHT για το υλικό των σωληνώσεων ισχύος βασίζονται γενικά στη χαμηλότερη κρίσιμη θερμοκρασία μετασχηματισμού του βασικού μετάλλου.

Διαδικασίες συγκόλλησης

Η συγκολλησιμότητα των συγκολλημένων συνδέσεων εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, όπως η γεωμετρία, η επαναφορά της τάσης, οι θερμοκρασίες προθέρμανσης και ενδιάμεσης διέλευσης της συγκόλλησης, καθώς και η πυκνότητα ρεύματος. Επιπλέον, τα υλικά χαμηλού άνθρακα, όπως το AISI P-4 ή P-5A, επηρεάζουν επίσης τη συγκολλησιμότητα- η δυνατότητα σκλήρυνσης μπορεί επίσης να έχει επίδραση, όπως και το δυναμικό καθυστέρησης ρωγμών υδρογόνου.

Η θερμική κατεργασία μετά τη συγκόλληση (PWHT) χρησιμεύει στη βελτίωση της ανθεκτικότητας της εγκοπής με την ανακούφιση των υπολειμματικών τάσεων και τη χαλάρωση των προϋπαρχουσών τάσεων του τεμαχίου που προκαλούνται από τις διαδικασίες κατασκευής, συγκόλλησης και κοπής. Οι διεργασίες PWHT διαρκούν συνήθως μία ώρα ανά 25 mm πάχους σε θερμοκρασία 600degC.

Οι απαιτήσεις PWHT καθορίζονται συνήθως από κριτήρια συγκολλησιμότητας και οι κώδικες κατασκευής παρέχουν λεπτομερείς απαιτήσεις όσον αφορά την τοπική PWHT. Σημαντικό μέρος αυτών των κανονισμών επικεντρώνεται στις απαιτήσεις ορίων πάχους - μια υπόθεση που γίνεται με βάση το ότι η εύθραυστη θραύση είναι πιο πιθανή χωρίς PWHT παρά με αυτήν - ωστόσο η υπόθεση αυτή έχει αμφισβητηθεί μέσω της ανάλυσης μηχανικής θραύσης- πιο συγκεκριμένα, η σύγκριση των κύριων καμπυλών για συγκολλήσεις περιμετρικά σε χαλύβδινους σωλήνες κατέδειξε αυτό το συμπέρασμα και διαπίστωσε ότι τα τρέχοντα όρια πάχους PWHT είναι πολύ περιοριστικά σε ορισμένους κώδικες κατασκευής.

Προθερμάνετε το

Η προθέρμανση των χαλύβων πριν από τη συγκόλληση είναι απαραίτητη για την ελαχιστοποίηση των τάσεων συγκόλλησης και των παραμενουσών τάσεων, ανάλογα με το πάχος της συγκόλλησης και την περιεκτικότητα σε κράμα. Για την ακριβή παρακολούθηση αυτών των θερμοκρασιών θα πρέπει να χρησιμοποιούνται κραγιόν ένδειξης θερμοκρασίας ή πυρανόμετρα με θερμοστοιχεία.

Η προθέρμανση μειώνει την κρίσιμη κλίση της ταχύτητας για κάθε δεδομένο λόγο ισοδυναμίας και αυξάνει την ταχύτητα της φλόγας στρωτής, δημιουργώντας πιο σταθερά τόξα με μειωμένη διασπορά. (Σχ. 20).

Η προθέρμανση χρησιμοποιείται για την αύξηση της σκληρότητας του μετάλλου συγκόλλησης και της ζώνης που επηρεάζεται από τη θερμότητα (HAZ) για χάλυβες άνθρακα και χαμηλής περιεκτικότητας σε κράματα επιβραδύνοντας τον ρυθμό ψύξης τους, μειώνοντας έτσι τα ελαττώματα, όπως το πορώδες και τα κενά στην HAZ, βελτιώνοντας τις μηχανικές ιδιότητες και μειώνοντας τον κίνδυνο ρηγμάτωσης από αστάθεια υδρογόνου (που αναφέρεται επίσης ως καθυστερημένη ή υποβόσκουσα ρηγμάτωση) σε χάλυβες άνθρακα/χαμηλής περιεκτικότητας σε κράματα, καθώς και σε ωστενιτικούς ανοξείδωτους χάλυβες με υψηλή περιεκτικότητα σε νικέλιο, όπως ο τύπος 347/Incoloy 825.

Οι μειώσεις της θερμοκρασίας προθέρμανσης και της θερμοκρασίας μεταξύ των διελεύσεων μπορούν να βοηθήσουν στην αύξηση του πάχους της συγκόλλησης χωρίς θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση (PWHT), ειδικά για συγκολλήσεις που διατηρούν υψηλή πίεση, όπως συγκολλήσεις με σπείρωμα και συνδέσεις ακροφυσίων. Με βάση τις μελέτες της E2G για την εύθραυστη θραύση, η κατάργηση της υποχρεωτικής PWHT για τα συγκολλημένα με πίεση εξαρτήματα χαμηλού κράματος σύμφωνα με το πρότυπο ASME B31.3 θα μείωνε την ανθεκτικότητα της συγκόλλησης ενώ θα αύξανε τον κίνδυνο εύθραυστων αστοχιών.

Θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση

Η θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση (PWHT) είναι ένα αποτελεσματικό μέσο εξάλειψης των επιζήμιων υπολειπόμενων τάσεων σε συγκολλημένα εξαρτήματα, όπως δοχεία πίεσης και σωλήνες, ενώ παράλληλα μειώνει την ευαισθησία τους σε περιβαλλοντικές συνθήκες που προκαλούν έναρξη ρωγμών ή εύθραυστη θραύση. Θα πρέπει πάντα να τηρείται η συμμόρφωση με τις απαιτήσεις του κώδικα, ώστε να διατηρείται η ακεραιότητα των κατασκευασμένων συγκολλήσεων.

Οι διεργασίες PWHT απαιτούνται γενικά για συγκολλήσεις από ανθρακούχο χάλυβα με πάχος που υπερβαίνει ένα προκαθορισμένο όριο για την προστασία τους από την καθυστερημένη θραύση από υδρογόνο και άλλα φαινόμενα διάβρωσης λόγω τάσης, συμπεριλαμβανομένης της καθυστερημένης θραύσης από υδρογόνο. Η PWHT περιλαμβάνει συνθήκες θέρμανσης, ψύξης και εμβάπτισης, οι οποίες επηρεάζουν τις ιδιότητες του υλικού συγκόλλησης που προκύπτουν από αυτή τη διαδικασία - υπερβολικοί ή παρατεταμένοι χρόνοι εμβάπτισης μπορούν να οδηγήσουν σε αποχρύσωση, αποχαλίνωση ή ευθραυστότητα, οι οποίες θα επηρεάσουν αρνητικά τις ιδιότητες της αντοχής σε εφελκυσμό, της αντοχής σε ερπυσμό ή της ανθεκτικότητας σε εγκοπή.

Οι απαιτήσεις PWHT για τους ανθρακούχους χάλυβες ποικίλλουν στους διάφορους κώδικες κατασκευής και επισκευής ανάλογα με τα όρια πάχους και διαμέτρου, με τις διαφοροποιήσεις να οφείλονται ενδεχομένως σε διαφορετικές ερμηνείες της τεχνικής βάσης δεδομένων ή στις εξελισσόμενες πρακτικές κατασκευής/συγκόλλησης με την πάροδο του χρόνου. Οι ισχύοντες κώδικες ASME BP&V επιτρέπουν εξαιρέσεις από τη δοκιμή PWHT σε υλικό πάχους έως και 5/8 ιντσών που χρησιμοποιείται σε πυρηνική υπηρεσία, με βάση παραδοχές όπως η αυξημένη συγκολλησιμότητα από υλικά μεγάλης διαμέτρου και λεπτών τοιχωμάτων, τα εγγενή χαρακτηριστικά ανθεκτικότητας σε θραύση, που είναι αρκετά ικανοποιητικά για να υποστηρίξουν θραύση χαμηλής ενέργειας.

Ψύξη

Οι διαδικασίες PWHT πρέπει να προσαρμόζονται ειδικά για κάθε εξάρτημα, με τις θερμοκρασίες να εξαρτώνται από το πάχος του- το ASME VII ισχύει για πάχη άνω των 19 mm, ενώ το BS EN 13445 και το BSPD 5500 καλύπτουν πάχη 35 mm και άνω. Οι ρυθμοί ψύξης εξαρτώνται επίσης από το πάχος- μία ώρα για κάθε 25mm πάχους και η ψύξη με ακίνητο αέρα επιτρέπεται κάτω από 800degF. Η PWHT χρησιμοποιεί συνήθως είτε μόνιμους σταθερούς κλιβάνους είτε φορητούς κλιβάνους τύπου καπέλου για μεγάλα δύσχρηστα εξαρτήματα.