Λύσεις PWHT - Διασφάλιση της αντοχής και της ακεραιότητας σε συγκολλητές κατασκευές

Η θερμική κατεργασία μετά τη συγκόλληση (PWHT) μειώνει τις παραμένουσες τάσεις που διαφορετικά θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε παραμόρφωση και ρωγμές στις συγκολλημένες κατασκευές, καθώς και να αποτρέψει την ανάπτυξη εύθραυστης θραύσης, ρωγμών διάβρωσης λόγω τάσεων και κόπωσης σε αυτά τα υλικά.Η pwht περιλαμβάνει τη θέρμανση του μετάλλου συγκόλλησης σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία για παρατεταμένο χρονικό διάστημα, και στη συνέχεια τον έλεγχο αυτής της διαδικασίας για την αποφυγή υπερβολικής μαλάκυνσης, ευθραυστότητας και ρωγμών.

Συγκόλληση και θερμική επεξεργασία

Η συγκόλληση αποτελεί αναπόσπαστο στοιχείο της δημιουργίας χαλύβδινων κατασκευών, αλλά οι παραμένουσες τάσεις της μπορεί να οδηγήσουν στην κατάρρευσή τους. Για να αντιμετωπιστεί αυτός ο κίνδυνος, θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση (PWHT) για να μειωθούν τα επίπεδα τάσεων εντός της δομής σας και να διατηρηθεί η ακεραιότητά της.

Οι λύσεις PWHT περιλαμβάνουν μια θερμική διαδικασία που περιλαμβάνει τη θέρμανση του συγκολλημένου μετάλλου σε συγκεκριμένες θερμοκρασίες για παρατεταμένο χρονικό διάστημα και, στη συνέχεια, τη σταδιακή ψύξη του με την πάροδο του χρόνου. Αυτό συμβάλλει στην ανακούφιση τυχόν υπολειπόμενων τάσεων στη συγκόλληση, ενώ ταυτόχρονα βελτιώνονται οι μηχανικές ιδιότητες και βελτιώνεται η μικροδομή.

Οι απαιτήσεις pwht εξαρτώνται από το κράμα σας, το πάχος της διατομής και άλλες μεταβλητές του έργου.Γενικά, ωστόσο, ο χάλυβας με μεγάλη διατομή τείνει να το απαιτεί συχνότερα λόγω των περιορισμών που προκαλούν πιο ευάλωτες επιφάνειες που θα μπορούσαν να προκαλέσουν ρωγμές σε εύθραυστη θραύση.

Η PWHT μπορεί να βοηθήσει σε αυτή την προσπάθεια με τη σκλήρυνση της σκληρής ζώνης συγκόλλησης (HAZ), συμβάλλοντας στην αποφυγή αστοχιών από εύθραυστη θραύση κατά τη διάρκεια της λειτουργίας και αυξάνοντας την αντοχή της συγκόλλησης.

Υπολειπόμενες τάσεις

Οι υπολειπόμενες τάσεις είναι αυτοεξισορροπημένες εσωτερικές τάσεις στα εξαρτήματα που προκύπτουν από ανομοιόμορφους ταυτόχρονους ρυθμούς θέρμανσης και ψύξης, τοπικές διακυμάνσεις στους ρυθμούς συρρίκνωσης μεταξύ των τμημάτων μιας συγκόλλησης, τάσεις που σχετίζονται με μετασχηματισμούς φάσεων στο μέταλλο ή εξωτερικά φορτία που παραμένουν μετά την ολοκλήρωση της συγκόλλησης. Όταν αυτές οι παραμένουσες τάσεις αυξάνουν τα εξωτερικά φορτία που ασκούνται εξωτερικά, αυξάνουν τα επίπεδα εφελκυστικών τάσεων σε κρίσιμα σημεία μιας κατασκευής, οδηγώντας σε υψηλές τάσεις σε κρίσιμα σημεία ανακούφισης από τις τάσεις, γεγονός που με τη σειρά του προκαλεί υψηλότερες εφελκυστικές τάσεις σε κρίσιμα σημεία, ενώ ταυτόχρονα μειώνει τις θλιπτικές τάσεις αλλού. Η συγκόλληση μπορεί να προκαλέσει παραμένουσες τάσεις λόγω ανομοιόμορφων ταυτόχρονων κύκλων θέρμανσης/ψύξης, τοπικών παραλλαγών μεταξύ των τμημάτων, διαφορετικών ρυθμών ψύξης μεταξύ των τμημάτων, τάσεων που σχετίζονται με μετασχηματισμούς φάσης μεταξύ των σταδίων της διαδικασίας συγκόλλησης ή τάσεων που σχετίζονται με μετασχηματισμούς φάσης λόγω ανομοιόμορφων ταυτόχρονων συνθηκών θέρμανσης/ψύξης μεταξύ των τμημάτων συγκόλλησης- τοπικών παραλλαγών μεταξύ της συρρίκνωσης λόγω διαφορετικών ρυθμών ψύξης σε διάφορα τμήματα ή τάσεων που σχετίζονται με μετασχηματισμούς φάσης που προκαλούνται από αλλαγές φάσης που συμβαίνουν λόγω διαφορών μεταξύ των θερμοκρασιών συγκόλλησης κατά τη διάρκεια των μετασχηματισμών φάσης της επεξεργασίας της συγκόλλησης- οδηγώντας τελικά σε δομική αστοχία λόγω των εξωτερικών φορτίων που εφαρμόζονται στις κατασκευές.

Οι παραμένουσες τάσεις που προκαλούνται από τη συγκόλληση μπορεί να έχουν καταστροφικά αποτελέσματα, όπως παραμόρφωση, ρωγμές και εύθραυστη θραύση. Συγκεντρώσεις υπολειπόμενων τάσεων που υπερβαίνουν το όριο διαρροής του υλικού μπορεί να οδηγήσουν σε μονοαξονικές ρωγμές εφελκυσμού ή θλίψης που σχηματίζονται είτε στην ίδια την περιοχή συγκόλλησης είτε σε παρακείμενα τμήματα μιας κατασκευής.

Οι παραμένουσες τάσεις σε συγκολλημένα εξαρτήματα ή κατασκευές εξαρτώνται από πολλούς παράγοντες, όπως η γεωμετρία του συνδέσμου συγκόλλησης, τα υλικά που χρησιμοποιούνται κατά τις διαδικασίες συγκόλλησης, οι διαδικασίες κατασκευής/επισκευής που χρησιμοποιούνται, οι θερμικές επεξεργασίες μετά τη συγκόλληση που εφαρμόζονται μετά την ολοκλήρωση, οι συνθήκες φόρτισης και το ιστορικό χρήσης.

Οι περισσότερες παραμένουσες τάσεις παραμένουν άγνωστες ή υποεκτιμώνται λόγω των μεθόδων μέτρησης που στερούνται ακρίβειας, καθώς και λόγω της μη πλήρους τεκμηρίωσης ολόκληρου του κύκλου ζωής των κατασκευών. Η πρόβλεψη ή ο μετριασμός αυτών των τάσεων απαιτεί καλύτερη κατανόηση και μοντελοποίηση του τρόπου με τον οποίο τα δομικά στοιχεία αλληλεπιδρούν κατά τη διάρκεια της κατασκευής και της ιστορίας λειτουργίας, εκτός από την καλύτερη γνώση του πότε μπορεί να έχουν λάβει χώρα αυτές οι αλληλεπιδράσεις.

Μικρο-δομικές αλλαγές

Στο πλαίσιο της διαδικασίας συγκόλλησης, το λιωμένο μέταλλο συγκόλλησης εκτίθεται σε υψηλές θερμοκρασιακές κλίσεις, οι οποίες μπορεί να οδηγήσουν σε μικροδομικές αλλαγές που μειώνουν τις μηχανικές του ιδιότητες, όπως η ολκιμότητα και η ανθεκτικότητα - οδηγώντας σε κίνδυνο θραύσης κατά τη διάρκεια της λειτουργίας ή σε τρόπους αστοχίας λόγω διάβρωσης υπό τάση. Αυτό θέτει τις κατασκευές που συγκολλούνται με αυτή τη διαδικασία σε κίνδυνο θραύσης.

Η θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση (PWHT) είναι μια βασική διαδικασία που μπορεί να λύσει πολλά προβλήματα που σχετίζονται με τη συγκόλληση, ενώ παράλληλα ενισχύει και αυξάνει την αντοχή των κατασκευών. Για να έχετε βέλτιστα αποτελέσματα από την PWHT, είναι ζωτικής σημασίας να ακολουθήσετε τις βέλτιστες πρακτικές, όπως η επιλογή μιας αποτελεσματικής μεθόδου, οι κατάλληλες θερμοκρασίες θέρμανσης/ψύξης, ο ποιοτικός έλεγχος κατά τη διαδικασία επεξεργασίας καθώς και η διασφάλιση της ποιότητας κατά τη διαδικασία επιθεώρησης μετά τη συγκόλληση. Τηρώντας αυτούς τους κανόνες, η δομή σας θα γίνει ισχυρότερη και πιο αξιόπιστη με την πάροδο του χρόνου.

pwht μπορεί να βοηθήσει στη μείωση και ανακατανομή των υπολειπόμενων τάσεων, αλλά μπορεί επίσης να υπάρχουν πρόσθετα πλεονεκτήματα της PWHT σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Οι διεργασίες σκλήρυνσης ή καταβύθισης μπορούν να μειώσουν τη σκληρότητα, βελτιώνοντας παράλληλα την ολκιμότητα.

Ο τύπος ανόπτησης που θα επιλέξετε εξαρτάται τόσο από το υλικό όσο και από το σύστημα κραμάτωσής του. Καθώς αυξάνεται η περιεκτικότητα σε άνθρακα ή το πάχος, ενδέχεται να απαιτείται πιο πιθανή ανόπτηση PWHT- πολλοί κώδικες επιβάλλουν την επεξεργασία PWHT εάν το υλικό συγκόλλησης υπερβαίνει ένα συγκεκριμένο πάχος- οι πρόσθετες απαιτήσεις μπορεί να περιλαμβάνουν τη χημική σύσταση ή την ευαισθησία σε ρωγμές διάβρωσης λόγω τάσης.

Βελτιστοποίηση

Η συγκολλησιμότητα των χαλύβδινων εξαρτημάτων εξαρτάται από παράγοντες όπως η διαδικασία συγκόλλησης και οι ιδιότητες του υλικού.Οι μηχανικοί δομικού σχεδιασμού θα πρέπει να λαμβάνουν υπόψη τη συγκολλησιμότητα των εξαρτημάτων που σχεδιάζουν σε λειτουργία για να αποφύγουν τη δημιουργία χαρακτηριστικών που αυξάνουν τις τάσεις και οδηγούν σε πρόωρη αστοχία.

μπορεί να απαιτούνται λύσεις pwht για την αντιμετώπιση των υπολειμματικών τάσεων και των μικροδομικών αλλαγών που προκαλούνται από τις διεργασίες συγκόλλησης, συμπεριλαμβανομένων των υπολειμματικών τάσεων. Η PWHT περιλαμβάνει τη θέρμανση του υλικού σε καθορισμένη θερμοκρασία για παρατεταμένο χρονικό διάστημα προκειμένου να αναδιανεμηθούν οι εν λόγω τάσεις πιο ομοιόμορφα σε όλη τη δομή του, ενώ ταυτόχρονα μειώνονται τα επίπεδα σκληρότητας, βελτιώνονται τα επίπεδα ολκιμότητας και ανθεκτικότητας ώστε να πληρούνται οι προδιαγραφές σχεδιασμού.

Καθώς η θερμοκρασία PWHT εξαρτάται από τις μεταλλουργικές ιδιότητες ενός υλικού, ο προσδιορισμός της εξαρτάται από ένα συνδυασμό παραγόντων, συμπεριλαμβανομένης της συγκολλησιμότητας και των απαιτήσεων λειτουργίας. Για παράδειγμα, οι διαδικασίες συγκόλλησης που αφορούν ήπιους χάλυβες χαμηλού άνθρακα ή χάλυβες μολυβδαινίου χρωμίου με απαιτήσεις κρούσης καθορίζουν συνήθως ελάχιστες θερμοκρασίες προθέρμανσης και ενδιάμεσης διέλευσης που εξαρτώνται από το πάχος.

Η διαχείριση των θερμοκρασιών PWHT πρέπει να γίνεται προσεκτικά, προκειμένου να αποφευχθεί η υπερβολική παραμόρφωση και η ευθραυστότητα μεγάλων εξαρτημάτων, όπως δοχεία πίεσης και σωλήνες, τα οποία απαιτούν στήριξη από δοκούς που διαμορφώνονται ειδικά για κάθε εξάρτημα. Για να εξασφαλιστεί ομοιόμορφη κατανομή της θερμότητας σε όλη αυτή τη διαδικασία, οι εν λόγω βάσεις πρέπει να απέχουν μεταξύ τους σε τακτά διαστήματα, ώστε να παρέχουν επαρκή στήριξη.