Τύποι PWHT

Η θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση (PWHT) απαιτείται συχνά στους κώδικες και τις προδιαγραφές συγκόλλησης για ορισμένα υλικά όπως οι ανθρακούχοι χάλυβες. Η PWHT μειώνει τις παραμένουσες τάσεις, ενώ βελτιώνει την ανθεκτικότητα και την ολκιμότητα των συγκολλημένων μεταλλικών στοιχείων.

Η PWHT σε υψηλότερες θερμοκρασίες όχι μόνο μετριάζει και αναδιανέμει τις παραμένουσες τάσεις, αλλά μπορεί επίσης να προκαλέσει διεργασίες σκλήρυνσης, καταβύθισης ή γήρανσης που παράγουν αποτελέσματα σκλήρυνσης, καταβύθισης ή γήρανσης - αν και αυτές οι μεταλλουργικές αλλαγές θα μπορούσαν ενδεχομένως να υποβαθμίσουν τις μηχανικές ιδιότητες.

Σκλήρυνση

Η σκλήρυνση ανακουφίζει τις εσωτερικές τάσεις που εισάγονται κατά τη σκλήρυνση, βελτιώνοντας την ολκιμότητα και μειώνοντας τον κίνδυνο καταστροφικής αστοχίας. Η σκλήρυνση ενισχύει επίσης την ανθεκτικότητα, επιτρέποντας στα υλικά να αντέχουν αποτελεσματικότερα τις κρούσεις, τις πιέσεις, καθώς και τα κυκλικά φορτία.

Η σκλήρυνση είναι η διαδικασία κατά την οποία τα υλικά θερμαίνονται σταδιακά για να αποφευχθεί η δημιουργία ρωγμών και στη συνέχεια διατηρούνται σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία για παρατεταμένο χρονικό διάστημα, γενικά μία ώρα ανά ίντσα πάχους. Διαφορετικές θερμοκρασίες και χρόνοι οδηγούν σε διαφορετικές μηχανικές ιδιότητες- είναι καλύτερο να συμβουλευτείτε έναν εξειδικευμένο μεταλλουργό σχετικά με το ποιες είναι οι ιδανικές περίοδοι και θερμοκρασίες που πρέπει να χρησιμοποιηθούν κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας.

Η επίτευξη βέλτιστων αποτελεσμάτων απαιτεί ακριβή διαχείριση της θερμοκρασίας.Ο υπερβολικός χρόνος ή η υπερθέρμανση μπορεί να οδηγήσει σε παραμόρφωση ή απώλεια αντοχής, αφήνοντας υπολειμματικές τάσεις που υπερβαίνουν τα όρια σχεδιασμού, οδηγώντας σε αστοχίες της συγκόλλησης. Ο σκληρυμένος χάλυβας είναι απαραίτητος για την ανθεκτικότητα, την αξιοπιστία και την ποιότητα, είτε χρησιμοποιείται για την κατασκευή παραμάνων ασφαλείας είτε για την κατασκευή ενός σταδίου 80.000 θέσεων- οι αξιοσημείωτες οπτικές ενδείξεις του δίνουν άμεση εικόνα της μεταμόρφωσής του: οι ανοιχτές κίτρινες αποχρώσεις υποδηλώνουν απαλότητα, ενώ οι βαθιές μπλε αποχρώσεις υποδηλώνουν εξαιρετική αντοχή και ακαμψία.

Κανονικοποίηση

Οι θερμικές επεξεργασίες μετά τη συγκόλληση σε συγκολλημένα εξαρτήματα βελτιώνουν τη δομή των κόκκων, μειώνουν τα επίπεδα τάσεων στο εσωτερικό τους και ενισχύουν την ανθεκτικότητα, με αποτέλεσμα λιγότερες παραμορφώσεις κατά την τελική κατεργασία και εξοικονόμηση χρόνου και χρημάτων στην παραγωγή.

Η κανονικοποίηση είναι μια διαδικασία κατά την οποία το υλικό θερμαίνεται σε θερμοκρασίες άνω του ανώτερου κρίσιμου σημείου του (θερμοκρασία Ac3 για τους φερριτικούς-περλιτικούς χάλυβες), διατηρείται εκεί για χρονικό διάστημα ανάλογο του πάχους της διατομής και στη συνέχεια ψύχεται αργά σε ακίνητο αέρα. Αυτό δημιουργεί μια μικροδομή μαρτενσίτη, μπαινίτη και περλίτη για ισχυρότερα αλλά και ολκιζόμενα αποτελέσματα σε σύγκριση με την πλήρη ανόπτηση.

Η ομαλοποίηση είναι μια βασική διαδικασία που χρησιμοποιείται για την προετοιμασία των υλικών για τις επόμενες εργασίες, όπως η διαμόρφωση, η χύτευση ή η συγκόλληση. Η κανονικοποίηση είναι επίσης ζωτικής σημασίας για τις διεργασίες ενανθράκωσης, καθώς συμβάλλει στην ελαχιστοποίηση των μεταβολών των διαστάσεων κατά τη διάρκεια των κύκλων ενανθράκωσης και εξασφαλίζει πιο ομοιόμορφη μικροδομή. Επιπλέον, οι χάλυβες ενανθράκωσης σε απόσβεση και μετρίαση παρουσιάζουν συνήθως αυξημένη ανθεκτικότητα μετά την κανονικοποίηση.

Γήρανση/κατακρήμνιση

Η σκλήρυνση με κατακρήμνιση είναι μια αποτελεσματική μέθοδος για την αύξηση της αντοχής ορισμένων οικογενειών κραμάτων. Λειτουργεί με την απομόνωση συγκεκριμένων ενώσεων οι οποίες δεσμεύουν τα υλικά μεταξύ τους και εμποδίζουν την κίνηση εντός της δομής του πλέγματός τους, αυξάνοντας την αντοχή και βοηθώντας ταυτόχρονα στην αποφυγή σχηματισμού ρωγμών.

Όπως και με τη σκλήρυνση, η ενίσχυση της κατακρήμνισης απαιτεί την επίτευξη μιας ευαίσθητης ισορροπίας μεταξύ των θερμοδυναμικών δυνάμεων που οδηγούν στην πυρηνοποίηση και των περιορισμών διάχυσης. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται περαιτέρω, τα διαλυμένα σωματίδια αρχίζουν να σχηματίζουν ζώνες χωρίς κατακρήμνιση (PFZ). Αυτές οι περιοχές χρησιμεύουν ως ετερογενείς θέσεις πυρηνοποίησης για το σχηματισμό κατακρημνισμάτων που μπορεί να αλλάξουν δραματικά τις μηχανικές ιδιότητες, όπως η αντοχή σε εφελκυσμό και η ολκιμότητα.

Το μέγεθος και το σχήμα των κατακρημνισμάτων καθορίζει τη σκληρότητα του υλικού. Μια PFZ με χοντρά ιζήματα b’ κατανεμημένα κατά μήκος των ορίων των κόκκων είναι ιδανική για την ενίσχυση και τη βελτίωση της ολκιμότητας- ωστόσο, η γήρανση υπό τάση συχνά παράγει πιο ομοιόμορφη κατανομή λεπτότερων ιζημάτων που μοιάζουν με βελόνες καθώς πλησιάζει το στάδιο της μέγιστης γήρανσης.

Απελευθέρωση υδρογόνου

Στην παρούσα μελέτη, κυλινδρικά εφελκυστικά δοκίμια κατεργάστηκαν από τμήματα συγκολλήσεων τόσο στην κατάσταση συγκόλλησης (AW) όσο και στην κατάσταση επανακανονικοποιημένου και σκληρυμένου υλικού PWHT-2 για κυκλικές δοκιμές σε θερμοκρασία δωματίου σε συνθήκες χωρίς υδρογόνο και σε συνθήκες ηλεκτρολυτικής φόρτισης με υδρογόνο σε θερμοκρασία δωματίου. Τα μηχανικά δεδομένα που παρήχθησαν συσχετίστηκαν στη συνέχεια με παρατηρήσεις μικροδομής καθώς και με ευρήματα θραυσματογραφίας.

Η επεξεργασία PWHT μείωσε σημαντικά την ευαισθησία των συγκολλήσεων σε ευθραυστότητα υδρογόνου σε σχέση με τις συνθήκες AW, λόγω των επιδράσεων αποδυνάμωσης που προκαλεί η PWHT στο μέταλλο συγκόλλησης, οδηγώντας σε πιο έντονη συσσώρευση τάσεων στο GBF κατά μήκος του HAGB κατά την κυκλική φόρτιση.

Αυτό ήταν εμφανές καθώς αυξανόταν η συγκέντρωση υδρογόνου, όπως μετρήθηκε από τη μείωση των καμπυλών μετατόπισης φορτίου “Rm” και “Rp0.2”, καθώς και της μέγιστης επιμήκυνσης κατά τη θραύση (“ELmax”). Επιπλέον, σε υψηλά επίπεδα υδρογόνου η ολκιμότητα μειώθηκε σημαντικά - ιδιαίτερα για τα επανακανονικοποιημένα και σκληρυμένα δείγματα PWHT-WM, όπου σημειώθηκε απροσδόκητη μείωση στα 4 ml/100g Fe.