PWHT και συγκόλληση ανθρακούχου χάλυβα

Οι χάλυβες άνθρακα και άνθρακα-μαγγανίου και οι χάλυβες χαμηλού κράματος που πληρούν τα πρότυπα απαιτήσεων σκληρότητας γενικά δεν χρειάζονται επεξεργασία PWHT, αν και οι διαφορές μεταξύ των κωδίκων για δοχεία πίεσης και σωληνώσεις (όπως περιγράφονται λεπτομερώς στον Πίνακα 1) συχνά περιπλέκουν τις διαδικασίες εξορθολογισμού.

Σκοπός του παρόντος άρθρου είναι να περιγράψει και να περιγράψει τις απαιτήσεις και τις εξαιρέσεις PWHT που ισχύουν για τα υλικά από άνθρακα και χαμηλά κράματα.

Απαλλαγή από το στρες

Καθώς η συγκόλληση προκαλεί παραμένουσες τάσεις στα μέταλλα, ιδίως στους χαμηλά κραματωμένους ανθρακούχους χάλυβες, αυτές μπορεί να οδηγήσουν σε ρωγμές και αποδυνάμωση. Για να αμβλυνθούν αυτές οι εσωτερικές τάσεις, το υλικό υποβάλλεται σε θερμική επεξεργασία PWHT, όπου χρησιμοποιούνται θερμοκρασίες χαμηλότερες από τη θερμοκρασία μετασχηματισμού του και εμποτίζεται για παρατεταμένο χρονικό διάστημα προτού ψυχθεί ομοιόμορφα σε όλη τη διατομή και την επιφάνειά του.

Η PWHT απαιτεί θερμοκρασίες που μπορούν να ανακουφίσουν τις τάσεις που προκαλούνται από τη συγκόλληση, αποφεύγοντας ταυτόχρονα τις μεταλλουργικές αλλαγές φάσεων και την ευθραυστότητα της θερμοκρασίας, οπότε οι χρόνοι θέρμανσης και διατήρησης πρέπει να διαχειρίζονται στενά, προκειμένου να μεγιστοποιηθούν τα οφέλη και να διασφαλιστεί η υλοποίησή τους.

Η θερμική κατεργασία με κύματα πίεσης, που χρησιμοποιείται συνήθως σε εξοπλισμό υπό πίεση, αλλά εκτελείται και σε άλλες κατασκευές, όπως γέφυρες και κτίρια, πρέπει να γίνει κατανοητή, ώστε να λαμβάνετε τεκμηριωμένες αποφάσεις σχετικά με τις κατασκευές που κατασκευάζετε ή ανακαινίζετε. Είναι ζωτικής σημασίας το πότε είναι απαραίτητη αυτή η διαδικασία και τα οφέλη της, ώστε να λαμβάνετε αποφάσεις με τη μέγιστη δυνατή γνώση σχετικά με την κατασκευή τους.

Η μηχανική ανακούφιση από τις τάσεις (MSR) μπορεί να προσφέρει μια μέθοδο για την ανακούφιση από τις παραμένουσες τάσεις, αλλά δεν προσφέρει τα ίδια μεταλλουργικά πλεονεκτήματα που προσφέρει η PWHT- επομένως δεν θα πρέπει να θεωρείται εναλλακτική λύση. Η MSR μπορεί ακόμη να αποδειχθεί χρήσιμη όταν η μετακίνηση των εξαρτημάτων απευθείας σε φούρνο για PWHT δεν είναι πρακτική ή δεν είναι δυνατή, αλλά δεν πρέπει να θεωρείται ως εναλλακτική επιλογή επεξεργασίας.

Αλλαγή θερμοκρασίας

Ανάλογα με τις χρησιμοποιούμενες διαδικασίες συγκόλλησης, οι παραμένουσες τάσεις μπορεί να υπερβούν το όριο διαρροής του υλικού και να οδηγήσουν σε εύθραυστη αστοχία στην περιοχή της συγκόλλησης. Η PWHT μειώνει αυτές τις τάσεις με ανακατανομή, μειώνοντας έτσι τον κίνδυνο αστοχίας σε κατασκευές από ανθρακούχο χάλυβα που συγκολλούνται με διαδικασίες συγκόλλησης PWHT.

Οι επεξεργασίες συγκόλλησης PWHT δεν μειώνουν μόνο την ανακούφιση από τις τάσεις, αλλά μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για να μαλακώσουν και να μαλακώσουν τις σκληρές συγκολλημένες δομές - αυξάνοντας την ολκιμότητα και μειώνοντας ταυτόχρονα τον κίνδυνο ρηγμάτωσης με περιβαλλοντική υποστήριξη - κάτι που είναι ιδιαίτερα χρήσιμο όταν συγκολλούνται συγκολλήσεις για εφαρμογές σωληνώσεων με ξινές ουσίες.

Οι αλλαγές PWHT μπορούν να συμβάλουν στη μείωση της διάβρωσης που προκαλείται από υδρογόνο στους ανθρακούχους χάλυβες και να αυξήσουν την απόδοση σε κόπωση, καθώς και να μειώσουν τον κίνδυνο. Θα πρέπει να σημειωθεί, ωστόσο, ότι η PWHT διαφέρει από τις διεργασίες σκλήρυνσης, επεξεργασίας με διάλυμα ή γήρανσης (αν και ορισμένα από τα αποτελέσματά τους μπορούν να επιτευχθούν μέσω της PWHT).

Οι απαιτήσεις PWHT ορίζονται σε διάφορους κώδικες, με τα όρια πάχους να ορίζονται συνήθως στα 32 mm για τα δοχεία πίεσης και τις εφαρμογές σωληνώσεων που απαιτούν PWHT. Μπορεί επίσης να υπάρχουν διαφορές μεταξύ των κωδίκων λόγω διαφορετικών ενεργειών Charpy ή προτύπων επιθεώρησης, καθώς και διαφοροποιήσεων στη χημική σύσταση των ανθρακούχων ή C-Mn χαλύβων που καλύπτουν, καθιστώντας έτσι τον εξορθολογισμό απίθανο.

Ελαττώματα συγκόλλησης

Οι υπολειπόμενες τάσεις μπορούν να προκαλέσουν ατέλειες συγκόλλησης που είναι τόσο ορατές όσο και αόρατες, συμπεριλαμβανομένων ασυνεχειών, πορώδους και πιτσιλίσματος.Οι ορατές ατέλειες περιλαμβάνουν ασυνέχειες συγκόλλησης, πορώδες και πιτσιλίσματα.Οι αόρατα ανιχνεύσιμες ατέλειες περιλαμβάνουν ατελή τήξη, χαμηλή ολκιμότητα και κακές μηχανικές ιδιότητες. Οι υπολειπόμενες τάσεις θέτουν επίσης σε κίνδυνο την αντοχή των συγκολλήσεων σε ρωγμές διάβρωσης λόγω τάσης, ενώ αυξάνουν την ευαισθησία τους σε αστοχία λόγω κόπωσης - ειδικά σε πολύπλοκες κατασκευές ή εφαρμογές μακροχρόνιας λειτουργίας.

Κατά κανόνα, όσο υψηλότερη είναι η περιεκτικότητα σε άνθρακα και κράματα στα υλικά συγκόλλησης και το πάχος διατομής των κατασκευών, τόσο μεγαλύτερη είναι η πιθανή ανάγκη για θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση (PWHT). Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι παραμένουσες τάσεις συγκόλλησης μειώνουν την ανθεκτικότητα θραύσης στην κατάσταση του σκληρυμένου μαρτενσίτη τους και συνεπώς απαιτούν PWHT.

Ωστόσο, οι απαιτήσεις PWHT έχουν ορισμένες εξαιρέσεις. Σύμφωνα με τους ισχύοντες κανόνες για τα πρότυπα υφάσματος, ορισμένες κατασκευές μπορούν να εξαιρεθούν από τις απαιτήσεις PWHT εάν συγκολληθούν με ειδικά σχεδιασμένες διαδικασίες επισκευής και καθοριστούν με συντελεστή ενέργειας που υπολογίζεται με προσεγγίσεις μηχανικής θραύσης.

Η συγκόλληση είναι μια ενεργή διαδικασία και οι συγκολλήσεις που παράγονται μπορεί να υποστούν σημαντική καταπόνηση κατά τη φάση ψύξης, δημιουργώντας τάσεις που πρέπει να αντιμετωπιστούν προκειμένου οι συγκολλήσεις αυτές να χρησιμοποιηθούν σε κρίσιμες εφαρμογές. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με τη μείωση της ταχύτητας κίνησης του ηλεκτροδίου, τον περιορισμό της χρήσης ρεύματος κατά τη διάρκεια των εργασιών συγκόλλησης και τη χρήση προστατευτικών αερίων με κατάλληλη σύνθεση για τον τύπο και το πάχος του υλικού.

Ασφάλεια

Οι συγκολλήσεις αποτελούν αναπόσπαστο στοιχείο της κατασκευής και της συντήρησης περιουσιακών στοιχείων επεξεργασίας πετρελαίου, φυσικού αερίου και χημικών προϊόντων. Ωστόσο, η ακατάλληλη απόδοση της συγκόλλησης μπορεί να αποδυναμώσει ακούσια τον εξοπλισμό προκαλώντας υπολειμματικές τάσεις στα υλικά και αποδυναμώνοντας την αντοχή. Για τον μετριασμό αυτού του αποτελέσματος, η θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση (PWHT) θα πρέπει να εκτελείται τακτικά μετά τη συγκόλληση, προκειμένου να ελαχιστοποιούνται οι υπολειμματικές τάσεις στο υλικό συγκόλλησης, να ελέγχονται τα επίπεδα σκληρότητας μετά τις διεργασίες συγκόλλησης και σε ορισμένες περιπτώσεις να αυξάνεται η μηχανική αντοχή.

Η PWHT είναι μια διαδικασία μόνωσης που χρησιμοποιεί θερμαντήρες αντίστασης υψηλής θερμοκρασίας για να αυξήσει τις θερμοκρασίες συγκόλλησης σε περίπου 300degF-1,125degF ανάλογα με τον τύπο του χάλυβα και την περιεκτικότητά του σε άνθρακα. Η θερμότητα εφαρμόζεται με τη χρήση ηλεκτρικού θερμαντήρα αντίστασης που έχει σχεδιαστεί για το μέγεθος του σωλήνα που ταιριάζει στη συγκόλληση προς επεξεργασία. Όλοι οι ηλεκτρολόγοι που εμπλέκονται σε μια εγκατάσταση πρέπει να κατανοούν τις επιπτώσεις της στην ασφάλεια κατά τη διάρκεια των εργασιών PWHT- όλες οι συνδέσεις πρέπει να αποκλείονται κατάλληλα, ενώ η περιοχή πρέπει να αποκλείεται ως επικίνδυνη ζώνη για την προστασία άγνωστων ατόμων που έρχονται σε επαφή με ηλεκτρικά καλώδια υψηλής τάσης.

Οι απαιτήσεις PWHT διαφέρουν μεταξύ των κωδικών κατασκευής. Για παράδειγμα, το όριο πάχους στο οποίο η PWHT καθίσταται αναγκαία ποικίλλει σημαντικά- για παράδειγμα, οι BS 1113 [22] και 2633 [23] την περιορίζουν για χάλυβες άνθρακα-μαγγανίου με περιεκτικότητα σε άνθρακα έως 0,25%, ενώ οι PD 5500 και Pr EN 13445 επιτρέπουν τη χρήση της σε συγκολλήσεις πάχους έως 140 mm, υπό την προϋπόθεση ότι πληρούν μια καθορισμένη απαίτηση ανθεκτικότητας μηχανικής θραύσης.