Σύγκριση των απαιτήσεων ASME B31 3 PWHT

Πριν από το 2014, το πρότυπο ASME B31.3 απαιτούσε οι συγκολλήσεις από ανθρακούχο χάλυβα να υφίστανται θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση (PWHT). Ωστόσο, με τις πρόσφατες τροποποιήσεις του εν λόγω κώδικα που επιτρέπουν εξαιρέσεις όταν το πάχος της συγκόλλησης υπερβαίνει ορισμένα όρια, η θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση καθίσταται προαιρετική σε ορισμένες περιπτώσεις.

Το παρόν έγγραφο θα αναλύσει τα επιχειρήματα που χρησιμοποιούνται για τη δικαιολόγηση των εξαιρέσεων, δείχνοντας ότι πολλά από αυτά είναι άκυρα ή ελλιπή. Επιπλέον, θα παρατεθεί και η οπτική γωνία ενός αναδόχου EPC, καθώς και πρακτικές προσεγγίσεις που μπορούν να συμβάλουν στον μετριασμό των κινδύνων.

Απαιτήσεις PWHT

Η PWHT του ανθρακούχου χάλυβα μπορεί να είναι μια δαπανηρή και πολύπλοκη διαδικασία, ωστόσο υπάρχει αυξανόμενο ενδιαφέρον για την εξάλειψη της απαίτησής της από τα πρότυπα κατασκευής για ορισμένες εφαρμογές. Η τάση αυτή εντοπίζεται ιδιαίτερα στην πετροχημική βιομηχανία και στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μέσω του EGWP (The Electricity Generators Welding Panel). Το μέρος 1 αυτής της σειράς συγκρίνει και αντιπαραβάλλει διάφορα πρότυπα κατασκευής σχετικά με το πότε η PWHT καθίσταται υποχρεωτική για τις συγκολλήσεις, με ιδιαίτερη προσοχή σε τυχόν διαφορές στις απαιτήσεις μεταξύ των βιομηχανιών.

Η PWHT δεν χρησιμεύει μόνο για την ανακούφιση από τις τάσεις, αλλά μπορεί επίσης να προκαλέσει μετασχηματισμούς φάσεων και να μειώσει το μέγεθος των κόκκων, αυξάνοντας την αντοχή και την ανθεκτικότητα, ενώ ταυτόχρονα ανακουφίζει από τις τάσεις. Επομένως, η θερμοκρασία πρέπει να είναι αρκετά υψηλή για τη διαδικασία αυτή, αλλά όχι τόσο υψηλή ώστε να προκύψει ρηγμάτωση της συγκόλλησης ως αποτέλεσμα.

Όπως συμβαίνει με κάθε πρότυπο κατασκευής, η θερμοκρασία PWHT που απαιτείται σε μια συγκόλληση εξαρτάται από τα υλικά που χρησιμοποιούνται κατά τη συγκόλληση. Για παράδειγμα, το ASME B31.3 απαιτεί θερμοκρασίες PWHT για συγκολλήσεις σωλήνων διαφορετικού πάχους ανάλογα με τον αριθμό P και τον αριθμό ομάδας του υλικού του σωλήνα- οι παχύτεροι σωλήνες μπορεί να τύχουν απαλλαγής εάν χρησιμοποιείται προθέρμανση και συγκόλληση πολλαπλών περασμάτων με προθερμασμένο σύρμα, η συγκόλληση πολλαπλών περασμάτων είναι μια αποδεκτή επιλογή διεργασίας- οι θερμοκρασίες που επιτρέπονται σε αυτούς τους κώδικες κυμαίνονται από μόλις 1100 degF για χάλυβα P Νο 4 (ομάδα 1) έως περίπου χαμηλότερη κρίσιμη θερμοκρασία για χάλυβες 1-1/2 Cr.

Θερμοκρασία προθέρμανσης

Οι θερμοκρασίες προθέρμανσης αποτελούν αναπόσπαστο στοιχείο των διαδικασιών συγκόλλησης. Συμβάλλουν στη μείωση των ρυθμών ψύξης στις περιοχές συγκόλλησης, ενώ ταυτόχρονα βελτιώνουν την ολκιμότητά τους για βελτιωμένη ποιότητα συγκόλλησης και αποτελέσματα στη ζώνη θερμικής επίδρασης (HAZ). Όμως, είναι ζωτικής σημασίας να γνωρίζετε πώς να καθορίσετε την κατάλληλη θερμοκρασία προθέρμανσης για το έργο σας.

Για παράδειγμα, κατά τη συγκόλληση χάλυβα χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα που είναι μικρότερος από 25,4 mm (1 in), οι 100 βαθμοί Κελσίου μπορεί να αρκούν ως θερμοκρασία προθέρμανσης.Ωστόσο, εάν συγκολλάτε κράμα χάλυβα ή άλλο υλικό υψηλής αντοχής, συνιστώνται υψηλότερες θερμοκρασίες προθέρμανσης.

Οι θερμοκρασίες προθέρμανσης ποικίλλουν ανάλογα με τη χημεία του βασικού μετάλλου και τη διαδικασία συγκόλλησης.Οι υπηρεσίες προστασίας συγκολλητών (WPS) συνήθως τις ορίζουν σύμφωνα με τον τύπο του υλικού και τις απαιτήσεις της διαδικασίας συγκόλλησης που καθορίζονται στις προδιαγραφές του έργου.

Για την παρακολούθηση και τον έλεγχο της θερμοκρασίας προθέρμανσης θα πρέπει να χρησιμοποιούνται μαρκαδόροι με ένδειξη θερμοκρασίας ή ψηφιακά θερμόμετρα υπερύθρων, με συσκευές που βρίσκονται σε απόσταση 4t (όπου t είναι το πάχος της γραμμής συγκόλλησης) από τις δύο πηγές θερμότητας σε κάθε πλευρά της γραμμής συγκόλλησης και σε ίση απόσταση από τις δύο πηγές. Είναι επίσης σημαντικό να έχετε κατά νου ότι η εφαρμογή και η διατήρηση ομοιόμορφων θερμοκρασιών σε όλο το μήκος της συγκόλλησης θα ελαχιστοποιήσει την υπερθέρμανση, την παραμόρφωση burn-through, καθώς και τυχόν επιδράσεις θερμικής διαβάθμισης στην ένωση.

Χρόνος αναμονής προθέρμανσης

Η προθέρμανση του χρόνου αναμονής αποτελεί αναπόσπαστο στοιχείο της διεξαγωγής των δοκιμών SW-846 για εξασθενές χρώμιο σε δείγματα εδάφους, καθώς ο καθορισμός μιας κατάλληλης περιόδου αναμονής θα αποτρέψει τις αλλαγές στις ιδιότητες που είναι αντιπροσωπευτικές του υλικού που συλλέχθηκε κατά τη στιγμή της συλλογής. Τα κεφάλαια 3 και 4 παρέχουν κατευθυντήριες γραμμές για τη διαδικασία αυτή- πρόσθετες μέθοδοι προετοιμασίας και προσδιορισμού μπορούν να καθοριστούν ανά έργο.

Πολύ χαμηλές θερμοκρασίες προθέρμανσης μπορεί να οδηγήσουν σε ρύπανση των δοκιμίων, οδηγώντας σε σημαντική επιμήκυνση της διάρκειας της δοκιμής και μειωμένη συνολική αποτελεσματικότητα της διαδικασίας. Επιπλέον, η ικανότητα μεταφοράς θερμότητας μπορεί να μειωθεί δραματικά ως αποτέλεσμα. Για να αποφευχθεί η επανάληψη αυτού του σεναρίου σε μελλοντικές διαδικασίες, οι μέθοδοι δοκιμής πρέπει να περιλαμβάνουν υψηλότερες θερμοκρασίες προθέρμανσης με μικρότερους χρόνους αναμονής - αναπληρώνοντας εκ των προτέρων τυχόν αναποτελεσματικότητες που προκαλούνται από κακές θερμοκρασίες προθέρμανσης.

Οι χρόνοι αναμονής για προθέρμανση μπορούν να μειωθούν σημαντικά για χάλυβες χαμηλής κραματοποίησης με εύκολα διαλυτά καρβίδια, καθώς απαιτούνται μόνο λίγα λεπτά για την προθέρμανσή τους. Κατά τον υπολογισμό των χρόνων διαβροχής για κραματωμένα υλικά (π.χ. ήπιοι χάλυβες που περιέχουν υψηλές ποσότητες μαγγανίου, οι οποίες επηρεάζουν το ρυθμό με τον οποίο μπορεί να επιτευχθεί προθέρμανση), ωστόσο είναι σημαντικό να λαμβάνονται υπόψη οι παράγοντες κραματοποίησης όπως το μαγγάνιο- ο τόμος 4 του ASM Handbook προσφέρει έναν γενικό κανόνα 1 ώρα/ίντσα πάχους ως κατά προσέγγιση κατευθυντήρια γραμμή όταν υπολογίζονται οι χρόνοι διατήρησης προθέρμανσης.

Εύρος θερμοκρασίας PWHT

Στον πυρήνα της θερμικής επεξεργασίας μετά τη συγκόλληση βρίσκεται το εύρος της θερμοκρασίας της. Για να μεγιστοποιηθούν οι επιθυμητές ιδιότητες του υλικού και να αποφευχθεί η ρηγμάτωση με επαναθέρμανση, η θερμοκρασία-στόχος της PWHT πρέπει να ρυθμιστεί αρκετά υψηλή ώστε να τις προάγει χωρίς να οδηγήσει σε υπερθέρμανση και ρηγμάτωση των ιδιοτήτων του υλικού. Οι χρόνοι θέρμανσης και παραμονής πρέπει επίσης να διαχειρίζονται προσεκτικά προκειμένου να επιτευχθεί ομοιόμορφη κατανομή της θερμοκρασίας και επαρκής ανακούφιση από τις τάσεις. τυχόν σφάλματα με τον έλεγχο της θερμοκρασίας ή μη προγραμματισμένη ψύξη θα μπορούσαν να προκαλέσουν μετασχηματισμούς φάσεων που αυξάνουν τη σκληρότητα ενώ μειώνουν την ανθεκτικότητα ή να δημιουργήσουν πρόσθετες τάσεις που οδηγούν σε ρηγματώσεις.

Οι απαιτήσεις PWHT τείνουν να διαφέρουν μεταξύ διαφόρων υλικών σωλήνων και συνθηκών λειτουργίας, και μπορεί να διαφέρουν σημαντικά για μεμονωμένους σωλήνες. Παρόλο που αυτή η διακύμανση δεν θα μπορούσε απαραίτητα να δημιουργήσει ανησυχίες για την ασφάλεια, πραγματικές ανησυχίες προκύπτουν όταν οι κανονισμοί φαίνονται οριακοί από τεχνική άποψη.

Για παράδειγμα, οι απαιτήσεις PWHT στο πρότυπο B31.1 διαφέρουν σημαντικά μεταξύ των τμημάτων του κώδικα, με τις εφαρμογές παραγωγής ενέργειας να απαιτούν υψηλότερες θερμοκρασίες PWHT λόγω υπολογισμών ανθεκτικότητας θραύσης που χρησιμοποιούν διαφορετικά μεγέθη ελαττωμάτων αναφοράς και απαιτούν διαφορετικό εύρος θερμοκρασιών για τις απαιτήσεις PWHT.

Οι μελέτες που έχουν διεξαχθεί μέχρι σήμερα αποκαλύπτουν ότι οι τρέχουσες απαιτήσεις θερμοκρασίας PWHT για τα υλικά παραγωγής ενέργειας δεν παρέχουν επαρκή σκλήρυνση, λόγω των θερμοκρασιών που απαιτούνται από τους κώδικες, οι οποίες είναι πολύ χαμηλές για την επίτευξη σκλήρυνσης NiTi με συγκόλληση με λέιζερ με διαδικασίες συγκόλλησης με λέιζερ και των σύντομων χρόνων εμβάπτισης που δεν επιτρέπουν αρκετό χρόνο επανακατάψυξης ή σταθεροποίησης της μικροδομής.