Keevitusjärgse kuumtöötluse (PWHT) koodid

Kehtivad torustike ja surveanumate projekteerimiskoodeksid näevad ette, et PWHT võib olla vajalik, kui materjali paksus ületab kindlaksmääratud künnise, mis tavaliselt määratakse Charpy energia mõõtmise teel. Mõne süsiniku- ja madala legeeriga terase puhul kehtib erand, kui kasutatakse sobivat eelsoojendustsüklit.

Mohr on hinnanud terastorude keevisõmblusi, mis näitab, et need ei pruugi vajada PWHT-töötlust.

Mis on ASME PWHT?

Keevitusjärgne kuumtöötlemine (PWHT) on üha populaarsem meetod keevisõmbluse jääkpingete leevendamiseks surveanumates ja torustikaseadmetes, mis on sageli sätestatud koodeksis nõutuna süsinikterasest keevisõmbluste puhul, mille paksus ületab teatud paksuse piirmäära, et vähendada nende kalduvust pragude tekkimiseks ja hapraks purunemiseks. Kahjuks on PWHT teostamine suurte detailide puhul mõnikord ebapraktiline või kulukas, kuna need asuvad kaugel või on suure kaaluga, mistõttu võib selle asemel kasutada PWHT-konfiguratsioone punkt- või pulsisilmaga.

Nendes konfiguratsioonides kasutatakse tavaliselt leotus-, kuumutus- ja gradientide kontrollribasid, mis on dimensioneeritud ja paigutatud nii, et vältida moonutusi, kõrvalolevate keevisõmbluste pragunemist ja tõsiste jääkpingete tekkimist. Kahjuks muudab nende konstruktsioonide keerukuse tõttu nende termomehaanilise reaktsiooni täpne prognoosimine nende projekteerimise äärmiselt keeruliseks. Käesolevas uuringus kasutatud täiustatud arvutuslikud simulatsioonimeetodid annavad analüütikutele võimaluse tagada, et pärast seadmete remonti rakendatud kohalikud PWHT-konfiguratsioonid ei põhjusta kulukaid lisakahjustusi, näiteks moonutusi ja pragunemist, mis pikendavad seadmete seisakuaega veelgi.

Praegused surveanumate ja torustike projekteerimiskoodeksid näevad tavaliselt ette PWHT, kui keevisõmbluse paksus ületab materjali Charpy löögikatsete omaduste alusel määratud väärtuse, kuid nõuded on eri koodeksite puhul erinevad, kusjuures eri koodeksites sätestatud paksuse piirid erinevad märkimisväärselt. Meie uurimine näitas, et PD5500-le sarnane lähenemisviis võib aidata lahendada mõningaid neist erinevatest spetsifikatsioonidest.

Mis on ASME PWHT paksuse künnis?

Nagu tabelis 1 näidatud, nõuavad torustike ja surveanumate koodid C-Mn teraste puhul tavaliselt PWHT kuni 19 mm, kuid üldised ehitustehnilised standardid, nagu BS 5400 sildade puhul või 2633 [25] hoonete puhul, võivad kehtestada PWHT-ist vabastamiseks madalamad vabastuskünnised. Need erinevused tulenevad tõenäoliselt erinevustest teraste keemilises koostises ning erinevatest nõuetest purunemiskindlusele (nagu näidatud).

Keevitusjärgne kuumtöötlus aitab oluliselt vähendada jääkpingeid, karastades nii keevitusmetalli kui ka põhimetalli mikrostruktuuri, vähendades seega oluliselt jäävpingeid keevisliidese sees, suurendades selle tugevust ja sitkust ning vähendades keskkonna poolt põhjustatud pragunemisohtu.

PWHT võib vähendada ka termilist moonutust, mis on surveseadmete jaoks kulukas ja pikendab remonditööde seisakuaega, mis on vajalik töökõlblikkuse taastamiseks. Õige PWHT saavutamine, saavutades ideaalse tasakaalu eelsoojendamise ja jahutuskiiruse vahel, on selle edu võti.

Kasutades täiustatud mittelineaarset FEA-simulatsiooni, saab määrata optimaalse PWHT-konfiguratsiooni surveseadmete remondiks. Simuleerides keevisõmbluste termomehaanilisi reaktsioone vastuseks erinevatele eelsoojendus- ja jahutustingimustele, määratakse selle meetodiga kindlaks optimaalsed kohalikud PWHT-korraldused, mis minimeerivad nii moonutusi kui ka jääkpingeid.

Mis on ASME PWHT eelsoojenduskünnis?

Praegused surveseadmete ja -torustike projekteerimiskoodeksid näevad ette, et PWHT tuleb teostada ainult siis, kui keevisõmbluse paksus ületab teatava piiri, mis tavaliselt määratakse kindlaks materjali Charpy katse omaduste või minimaalse töötemperatuuri nõuete alusel. Tööstus on seda piirpaksuse meetodit juba ammu kasutanud, nagu näitab selle edukus seadmete kaitsmisel hapra murdumise eest.

Kuid PWHT kasutamine tarbib märkimisväärselt palju energiat ning suurendab kasvuhoonegaaside heitkoguseid ja muid keskkonnaprobleeme, mis lisab täiendavaid kulusid, mis on seotud selle käitamise ja hooldusega. Lisaks sellele võib olla vajalik mitu PWHT-tsüklit seadme eluea jooksul, mis lisab täiendavaid kulusid, mis on seotud selle hoolduse ja haldamisega.

Seetõttu on olnud palju entusiasmi seoses jõupingutustega vähendada PWHT vajadust, luues andestavamaid materjaliomadusi. See võimaldaks kasutada tugevamaid süsinikteraseid seadmeid, vähendades samal ajal nii energiakasutust kui ka keskkonnaga toetatud pragunemisprotsessidega seotud riske.

Selle eesmärgi saavutamiseks on välja töötatud lähenemisviise, näiteks eelsoojendustemperatuuride ja mitmepoolsete keevisõmbluste kasutamine. 2014. aastal muudeti ASME B31.3 "Power Piping" koodeksit, lisades erandite tabeli kohustuslikust PWHT-st keevituskeevituste puhul süsinikterasest, mis vastavad selle P-No 1 materjalirühmale; nende erandite kohaselt peab CS > 25 mm (1 tolli) paksune CS saama eelsoojenduse 95 kraadi C (200 kraadi F) enne keevitamist, kusjuures kasutatakse mitmepoolseid keevisõmblusi.

Mis on ASME PWHT paksuse erand?

Praegused surveanumate ja torustike valmistamise eeskirjad määravad tavaliselt kindlaks, et PWHT võib olla vajalik, kui keevisõmbluse paksus ületab teatava väärtuse, kusjuures see piir määratakse tavaliselt kindlaks materjali Charpy katse omaduste alusel. Nõuded on siiski eri eeskirjades erinevad; mõned neist võivad olla konservatiivsemad kui teised.

ASME B31.3 (2014) lubab nüüd erandit kohustuslikust PWHT-st materjalirühma P1 kuuluvate süsinikterasest materjalide puhul, kui enne keevitamist rakendatakse eelsoojendustemperatuuri 95C, mis on oluline muutus heas inseneripraktikas. See uus säte kujutab endast olulist muudatust heas inseneritavas.

PWHT on energiamahukas protsess, millel on märkimisväärne keskkonnamõju, sealhulgas kasvuhoonegaaside heitkogused. Lisaks sellele võivad PWHT-tsüklid seadme eluea jooksul põhjustada väändumist või moonutusi, mis nõuavad ulatuslikku remonti; komposiitremont pakub PWHT-le alternatiivi kahjustatud surveseadmete osade remondiks.

Komposiitremont pakub mitmeid keskkonnaalaseid eeliseid võrreldes metallist kolleegidega. Nad ei saa mitte ainult parandada konstruktsiooni terviklikkust ja vähendada lekkeohtu, vaid tänu kõrgtehnoloogiliste materjalide kombinatsioonile on komposiitremont väga vastupidav remont, mis peab vastu vanusega seotud mõjudele, nagu näiteks väsimus. Seega aitavad nad tagada seadmete ohutu töö veel kaua pärast algse PWHT-tööde lõpetamist.