Keevitusjärgne kuumtöötlus ja pinge leevendamine

Keevitusjärgne kuumtöötlemine (PWHT) on oluline protsess, mida kasutatakse teraskomponentide sisepingete vähendamiseks ja tugevuse suurendamiseks, samuti materjalide pragunemise ja hapra murdumise vältimiseks.

PWHT (Pressure Wash Heating & Torching) hõlmab materjali kuumutamist alla selle kriitilise deformatsioonitemperatuuri ja seejärel selle ühtlast jahtumist teatud aja jooksul. Soovitud tulemuse saavutamiseks võib kasutada erinevaid PWHT-temperatuure ja leotusaegu.

Sisepingete vähendamine

Keevitamine võib tekitada materjalis suuri sisepingeid, mis kahjustab selle purunemiskindlusomadusi ja suurendab selle vastuvõtlikkust pingekorrosioonipragunemisele (SCC). PWHT on tõhus kuumtöötlusprotsess nende jääkpingete vähendamiseks; see hõlmab keevituspiirkonna kuumutamist alla selle ümberkujundamispiirkonna, enne kui seda aeglaselt jahutatakse, et vähendada sisepingeid ja samal ajal parandada keevisliidete mehaanilisi omadusi.

Keevitusjärgset kuumtöötlemist (PWHT) nõutakse tavaliselt koodeksiga surveseadmete puhul, mille paksus ületab teatud piirmäärasid, ning seda kasutatakse ka konstruktsioonikomponentide, näiteks mahutite, anumate ja torustike kaitsmiseks. Selle kindlaksmääramisel, kas projekt nõuab PWHT-d, tuleb arvesse võtta mitmesuguseid tegureid, näiteks materjali tüüpi, temperatuurinõudeid ja leotamisaegu.

PWHT-d kasutatakse sageli mõõtmete tolerantsuse taastamiseks ja ebaühtlastest kütte- ja jahutustingimustest põhjustatud moonutuste minimeerimiseks. Keevitatud metall võib jahtuda erineva kiirusega kui ümbritsev alusmetall, mis põhjustab ebaühtlaselt jaotunud pingeid, mida tuleb leevendada, et vähendada moonutusi. Pingevabastusega eemaldatakse ja jaotatakse need pinged ümber, et vähendada moonutusi.

PWHT võib vähendada ka vesinikust põhjustatud pragunemist (HIC). HIC tekib siis, kui plastilised metallid satuvad happelises keskkonnas tõmbepingele ja satuvad pinge alla, mis muudab diagnoosimise ja ravi keeruliseks. PWHT võib aidata vähendada HIC-i esinemissagedust, leevendades SCC-d põhjustavaid pingeid.

Kõvaduse vähendamine

Keevitamine võib põhjustada materjalides sisepingeid, mis põhjustavad pingekorrosiooni ja vesinikust põhjustatud pragunemist, ning selle ohu vähendamiseks kasutatakse sageli keevitusjärgset kuumtöötlemist (PWHT). PWHT toimib materjali pikemaajalise kuumutamise teel, enne kui see järk-järgult tagasi jahutatakse; lisaks vähendab see ka kõvadust, muutes seega keevitajate jaoks töötamise lihtsamaks.

Temperatuur ja kestus sõltuvad keevitatavast materjalist, kasutatavast keevitusprotsessist ja soovitud tulemusest. Tõhusaks PWHT-ks on hädavajalik, et kasutatakse sobivaid seadmeid ja rajatisi, kuumutamine toimub piisava aja jooksul vastuvõetaval temperatuuril ja jahutuskiirust kontrollitakse vastavalt.

Vale või hooletu PWHT-menetlus võib põhjustada jääkpingete kombineerumist koormuspingetega, mis ületab materjali projekteerimise piirväärtusi, põhjustades keevisõmbluse tõrkeid, suuremat pragunemispotentsiaali ja haavatavust hapra murdumise suhtes. See võib lõppkokkuvõttes põhjustada keevisõmbluse tõrkeid.

PWHT võib aidata selliseid probleeme leevendada ja pakub selle käigus mitmeid eeliseid. Näiteks võib see vähendada metalli kõvadust, muutes selle kergemini töödeldavaks. Lisaks sellele võib PWHT aidata leevendada vesinikust põhjustatud pragunemist, tõrjudes välja igasuguse absorbeerunud vesiniku, mis võib teatud keevitusprotsesside puhul vesinikust põhjustatud pragunemist soodustada.

Suurenenud tugevus

Pingevähendus on sageli eeskirjadega ette nähtud kui tõhus viis teraskomponentide sisepingete leevendamiseks pärast keevitamist. See tava aitab parandada tugevust, vältides samal ajal pragunemist dünaamilistes koormustingimustes; lisaks sellele võimaldab pingevähendus keevisõmblustel säilitada oma plastilisuse ja sitkuse omadused.

Protsess hõlmab keevituspiirkonna kuumutamist teatud temperatuurini enne selle jahutamist, mis vähendab pingeid ja jaotab need ühtlaselt üle kogu metalli, parandades kõvadust ja plastilisust, mis suurendab väsimuskindlust ning aitab leevendada vesinikust põhjustatud pragunemist teatud teraseklassides.

Olenevalt töödeldava materjali ja keevisõmbluse tüübist võib kasutada erinevaid kuumtöötlusmeetodeid, nagu lõõmutamine, karastamine, karastamine ja normaliseerimine. Kõigil neist on omad eelised ja puudused, seega on oluline, et kasutataks sobivat meetodit ja järgitaks soovitatud aja/temperatuuri parameetreid.

Jääkpinge leevendusmehaanika uuringud on andnud vastuolulisi ja sageli arusaamatuid tulemusi, mis muudab tõlgendamise oodatust keerulisemaks. Endiselt on ebaselge, kas plastiline deformatsioon, mida näitavad voolavuspiiride ja Youngi mooduli muutused, mängib pinge lõdvenemisel mingit rolli; ning praegu puudub kvantitatiivne seos PWHT-temperatuuri ja ooteaja vahel, mis annaks soovitud tulemusi.

Väsimispragude vähendamine

Keevitamisest tulenevad pinged võivad kahjustada komponendi pikaajalist toimivust ja põhjustada väsimuspruuke, kuid pingevähendamine võib seda muret leevendada, kõrvaldades keevitusest tingitud pinged ja muutes komponendi vastupidavamaks tsükliliste koormuste korral tekkiva väsimusrikke suhtes. Lisaks sellele võimaldab pingevähendamine materjalides toimuda karastumis- või vananemisprotsessid, mis võivad parandada plastilisust, vähendades samal ajal hapra murdumise ohtu.

PWHT hõlmab detaili kuumutamist üle selle muundamistemperatuuri kindlaksmääratud aja jooksul. See tekitab temperatuurigradiendi, mis põhjustab sisepingete lõdvenemist, aidates vältida pingekorrosiooni ja vesinikust põhjustatud pragunemist, vähendades samal ajal keevisõmbluse tundlikkust kasutuses olevate koormuste suhtes. PWHT võib osutuda vajalikuks, kui töötatakse keerukate valmististe või valanditega, millel on kitsad mõõtmete tolerantsid ja kriitilised koormused, mis vajavad keevitus- või valuprotsessi ajal erilist tähelepanu.

Uuringud on näidanud, et ühtlane PWHT võib teatud keevisõmbluste puhul põhjustada märkimisväärset jääkpingete vähenemist, kusjuures erinevused sõltuvad erinevatest teguritest, nagu materjali omadused, geomeetria ja keevisõmbluste suurus. Ahjupõhises ühtlases PWHT-protsessis mängib roomavuse areng palju suuremat rolli kui plastiline deformatsioon - ja enamik roomavuse arengust toimub enne PWHT hoidmisaja algust; järelikult on ebatõenäoline, et lühem PWHT hoidmisaeg võiks saavutada samasugust pingevähendavat mõju nagu pikem.