Απαίτηση θερμικής επεξεργασίας μετά τη συγκόλληση

Η θερμική κατεργασία μετά τη συγκόλληση (PWHT) απαιτείται από τους κώδικες κατασκευής για ορισμένες κατασκευές για τη μείωση των υπολειμματικών τάσεων συγκόλλησης και τη μετρίαση σκληρών, δυνητικά εύθραυστων περιοχών μικροδομής, αλλά είναι μια δαπανηρή διαδικασία.

Ο Πίνακας 1 που ακολουθεί παρουσιάζει τις ελάχιστες απαιτήσεις πάχους πάνω από τις οποίες πρέπει να χρησιμοποιείται η PWHT για διάφορα πρότυπα δοχείων πίεσης και σωληνώσεων και το παρόν άρθρο τις εξετάζει μαζί με προτάσεις για πιθανές εκλογικεύσεις αυτών των απαιτήσεων.

1. Μειώνει τον κίνδυνο εύθραυστου σπασίματος

Η εύθραυστη θραύση είναι ένας καταστροφικός τρόπος αστοχίας για δοχεία, δεξαμενές και άλλα εξαρτήματα που συχνά οδηγεί σε σημαντικές απώλειες ζωής και περιουσίας του προσωπικού. Η εύθραυστη θραύση μπορεί να αποφευχθεί με κατάλληλες πρακτικές σχεδιασμού, κατασκευής και επιθεώρησης, όπως ο καθορισμός ελάχιστων ενεργειών Charpy των υλικών, ο σχεδιασμός για την αποφυγή υψηλών τάσεων, η ανακούφιση από τις τάσεις μετά τη θερμική κατεργασία συγκόλλησης των παχιών διατομών, η υιοθέτηση μεθόδων κατασκευής και επιθεώρησης που ελαχιστοποιούν τα ελαττώματα, αυξάνοντας παράλληλα τις πιθανότητες εντοπισμού τους, η διεξαγωγή δοκιμών δοκιμής ως μέρος των τακτικών εργασιών συντήρησης και ούτω καθεξής.

Η λειτουργία του εξοπλισμού και των σωληνώσεων εντός των σχεδιασμένων ορίων τους είναι ζωτικής σημασίας, ιδίως όταν οι θερμοκρασίες λειτουργίας πέφτουν κάτω από τη χαμηλότερη θερμοκρασία σχεδιασμού (LDT ή MDMT σύμφωνα με τους κώδικες ASME). Ο υφιστάμενος εξοπλισμός από ανθρακούχο χάλυβα θα πρέπει να υποβληθεί σε αξιολόγηση εύθραυστης θραύσης, όπως περιγράφεται λεπτομερώς στο API RP 579 Fitness for Service Part-3: Assessment of Existing Equipment for Brittle Fracture (Αξιολόγηση υφιστάμενου εξοπλισμού για εύθραυστη θραύση).

Η αξιολόγηση αυτή πρέπει να βασίζεται σε ορθή τεχνική αιτιολόγηση και όχι σε υποθέσεις, χρησιμοποιώντας τη μηχανική της θραύσης για τον καθορισμό των ορίων ασφαλούς λειτουργίας για τις συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης του εξοπλισμού. Μια προσέγγιση με βάση τον κίνδυνο είναι πολύ ανώτερη από την απλή τήρηση των κριτηρίων ελάχιστου πάχους που θέτουν οι κώδικες, οι οποίοι συχνά βασίζονται σε υποκειμενική εμπειρία αντί για τεχνική αιτιολόγηση.

2. Μειώνει τον κίνδυνο παραμόρφωσης

Πολλοί κώδικες και προδιαγραφές απαιτούν PWHT για τη μείωση των τάσεων στις συγκολλητές συνδέσεις, μειώνοντας έτσι τον κίνδυνο θραύσης, ενώ αυξάνουν την παραμόρφωση και την στρέβλωση του εξοπλισμού πίεσης, η οποία με τη σειρά της θέτει σε κίνδυνο την ακρίβεια των διαστάσεων, τη δομική ακεραιότητα και αυξάνει τον κίνδυνο διαρροών.

Είναι δυνατόν να μετριαστεί η παραμόρφωση κατά τη θερμική επεξεργασία με την παροχή κατάλληλης στήριξης και ψύξης του υλικού κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας, συνήθως μέσω υποστυλωμάτων διαμορφωμένων ειδικά για να ταιριάζουν σε ένα εξάρτημα και τοποθετημένων σε τακτά διαστήματα γύρω από τη διάμετρό του. Ο αριθμός των απαιτούμενων δοκών εξαρτάται από το μέγεθος, το σχήμα και το πάχος του.

Ως περαιτέρω προστασία από την παραμόρφωση, βεβαιωθείτε ότι η θερμοκρασία PWHT δεν υπερβαίνει τη θερμοκρασία που είχε αρχικά καθοριστεί για τη σκλήρυνση του χάλυβα. Οι υψηλότερες θερμοκρασίες μπορεί να προκαλέσουν ευθραυστότητα ή υπερ-μαλάκυνση της κράσης και αυτό θα μπορούσε να μειώσει την αντοχή του κάτω από τα καθορισμένα ελάχιστα επίπεδα με αποτέλεσμα την παραμόρφωση που μειώνει την αντοχή του κάτω από την καθορισμένη ελάχιστη τιμή. Ως εκ τούτου, συνιστάται η διενέργεια μηχανικών δοκιμών μετά την επεξεργασία του εξοπλισμού PWHT για να επιβεβαιωθεί η διατήρηση της αντοχής του.

3. Μειώνει τον κίνδυνο στρέβλωσης

Η PWHT περιλαμβάνει τη θέρμανση του συγκολλημένου υλικού σε υψηλές θερμοκρασίες πριν από την αργή ψύξη του και πάλι, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε στρέβλωση ή παραμόρφωση του εξοπλισμού πίεσης, οδηγώντας σε μειωμένη δομική ακεραιότητα, διαρροές ή αστοχίες και μεγαλύτερη χρήση ενέργειας και συμβάλλοντας στις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου. Επιπλέον, απαιτεί μεγάλες ποσότητες χρήσης ενέργειας, η οποία συμβάλλει στις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου καθώς και σε άλλες περιβαλλοντικές ανησυχίες.

Οι διεργασίες PWHT χρησιμοποιούνται παραδοσιακά για την ανακούφιση από τις τάσεις, την τροποποίηση της μικροδομής της συγκόλλησης και τη διάχυση του υδρογόνου για αντοχή στη διάβρωση και την οξείδωση. Ωστόσο, μελέτες έχουν αποκαλύψει ότι παρόμοια οφέλη μπορούν επίσης να επιτευχθούν σε χαμηλότερες θερμοκρασίες από αυτές που συνήθως χρησιμοποιούνται.

Παρόλο που η PWHT μπορεί να προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα, οι ισχύοντες κώδικες διαφέρουν σημαντικά ως προς τις απαιτήσεις απαλλαγής από την PWHT. Αυτή η διαφοροποίηση συχνά προέρχεται από τις πρακτικές μηχανικής και την εμπειρία σε διαφορετικές βιομηχανίες και όχι από συγκεκριμένες μεταλλουργικές ή δομικές εκτιμήσεις- κατά συνέπεια, μπορεί να υπάρξει σύγχυση και σύγκρουση μεταξύ των απαιτήσεων του κώδικα όσον αφορά την εξαίρεση από την PWHT για συγκολλήσεις σωλήνων που χρησιμοποιούν υλικά P-4 και P-5A σε διαφορετικούς κώδικες.

4. Μειώνει τον κίνδυνο διαρροών

Η PWHT απαιτεί τη στήριξη του εξοπλισμού κατά τη διάρκεια της έκθεσής του σε υψηλές θερμοκρασίες, προκειμένου να αποφευχθεί η υπερβολική παραμόρφωσή του, συχνά με τη βοήθεια υποστυλωμάτων που διαμορφώνονται ανάλογα με το σχήμα, το μέγεθος και το πάχος του. Στο πλαίσιο αυτής της διαδικασίας, το υλικό θερμαίνεται σε υψηλές θερμοκρασίες, προτού κρυώσει σταδιακά σε τακτά χρονικά διαστήματα στην περίμετρό του, προκειμένου να αναδιανεμηθούν οι τάσεις στο εσωτερικό του και να δημιουργηθούν αδυναμίες που θα μπορούσαν να μειώσουν την αντοχή των συγκολλήσεων ή ακόμη και να οδηγήσουν σε διαρροές στις δομές τους.

Διαφορετικοί κώδικες επιβάλλουν διαφορετικές απαιτήσεις PWHT, με ορισμένες προδιαγραφές να εξαιρούν ορισμένα υλικά ή συγκολλήσεις από αυτήν συνολικά λόγω παραγόντων όπως το πάχος. Αυτές οι διαφορές στις απαιτήσεις είναι πιθανόν το αποτέλεσμα αποκλινουσών τεχνικών πρακτικών και εμπειρίας εφαρμογής και όχι διαφορετικών ερμηνειών των τεχνικών δεδομένων ή πειραμάτων- συνιστάται, εάν ένα υλικό ή μια συγκόλληση θα χρησιμοποιηθεί σε πυρηνική υπηρεσία, τα κριτήρια εξαίρεσής του να μηδενίζονται ανεξάρτητα από το πάχος.

5. Μειώνει τον κίνδυνο διάβρωσης

Η διάβρωση μπορεί να προκαλέσει ζημιά στον εξοπλισμό, να μολύνει το έδαφος και τα αποθέματα νερού, να απελευθερώσει βλαβερές τοξίνες στον αέρα, να αποδυναμώσει δομές όπως δεξαμενές και σωλήνες που είναι πιο πιθανό να αποτύχουν και να αυξήσει τους κινδύνους για τον εξοπλισμό και το προσωπικό. Λαμβάνοντας προληπτικά μέτρα κατά της διάβρωσης, μπορείτε να μειώσετε αυτούς τους κινδύνους για τον εξοπλισμό και το προσωπικό.

η ατμοσφαιρική διάβρωση συμβαίνει όταν τα μεταλλικά αντικείμενα εκτίθενται σε συνθήκες οξυγόνου και υγρασίας, γνωστή και ως ομοιόμορφη ή γενική διάβρωση, καθώς η διαδικασία λαμβάνει χώρα στο σύνολό της. Άλλες μορφές διάβρωσης, όπως η διάβρωση από διάβρωση, η διάβρωση από ρωγμές και η διάβρωση λόγω τάσης, μπορεί να είναι πιο απρόβλεπτες, καθώς σχηματίζονται σε συγκεκριμένα σημεία ενός μεταλλικού αντικειμένου.

Η προστασία από τη διάβρωση εξαρτάται τόσο από τη σύνθεση του μετάλλου όσο και από τις μεθόδους προστασίας που χρησιμοποιούνται. Η καθοδική προστασία περιλαμβάνει την επικάλυψη του μετάλλου με πιο ενεργά στοιχεία, όπως ο ψευδάργυρος, ο οποίος θα διαβρωθεί και θα οξειδωθεί καθώς αντιδρά με το περιβάλλον του για να προστατεύσει την υποκείμενη μεταλλική σύνθεση από τη σκουριά. Άλλοι τρόποι πρόληψης μπορεί να περιλαμβάνουν τον έλεγχο των χημικών επιπέδων στον αέρα ή στις πηγές νερού ή τη χρήση υλικών που προσφέρουν μεγαλύτερη αντοχή στην τριβή, όπως η χρήση αντιδιαβρωτικών επιστρώσεων και χρωμάτων.