Keevitusjärgse kuumtöötluse nõue

Keevitusjärgne kuumtöötlemine (PWHT) on teatavate konstruktsioonide valmistamise koodide kohaselt nõutav, et vähendada keevitusjääkpingeid ja karastada kõvasid, potentsiaalselt hapraid mikrostruktuuri piirkondi, kuid see on kallis protsess.

Tabelis 1 on esitatud minimaalsed paksusnõuded, mille ületamisel tuleb erinevate surveanumate ja torustike standardite puhul kasutada PWHT-d. Käesolevas artiklis vaadatakse neid nõudeid läbi ja tehakse ettepanekuid nende nõuete võimalikuks ratsionaliseerimiseks.

1. Vähendab rabeda purunemise ohtu

Hõrenemine on surveanumate, mahutite ja muude komponentide katastroofiline purunemisviis, mis põhjustab sageli märkimisväärseid inim- ja varalisi kaotusi. Hõredat purunemist saab vältida nõuetekohase projekteerimise, valmistamise ja kontrollimise tavadega, nagu näiteks materjalide minimaalse Charpy energia määramine; kõrgeid pingeid vältiv projekteerimine; paksude sektsioonide keevitusjärgse kuumtöötluse pingevähendus; selliste valmistamis- ja kontrollimeetodite kasutamine, mis vähendavad defekte, suurendades samas nende leidmise võimalusi; katsete läbiviimine osana regulaarsest hooldustegevusest jne.

Seadmete ja torustike käitamine nende projekteeritud piirides on väga oluline, eriti kui töötemperatuur langeb alla nende madalama projekteerimistemperatuuri (LDT või MDMT vastavalt ASME koodidele). Olemasolevatele süsinikterasest seadmetele tuleks teha rabeda murdumise hindamine vastavalt API RP 579 "Fitness for Service Part-3: Assessment of Existing Equipment for Brittle Fracture" (Olemasolevate seadmete hindamine rabeda murdumise suhtes).

See hindamine peab põhinema pigem usaldusväärsel tehnilisel põhjendusel kui oletustel, kasutades murdemehaanikat, et määratleda seadmete temperatuuri- ja rõhutingimuste ohutud tööpiirid. Riskipõhine lähenemisviis on palju parem kui lihtsalt järgida eeskirjades sätestatud minimaalse paksuse kriteeriume, mis tuginevad sageli subjektiivsetele kogemustele, mitte tehnilistele põhjendustele.

2. Vähendab moonutamise ohtu

Paljudes eeskirjades ja spetsifikatsioonides nõutakse PWHT-d, et vähendada pinget keevisliidetes, vähendades seeläbi purunemisohtu, kuid suurendades samas surveseadmete moonutusi ja väändumist, mis omakorda ohustab nende mõõtmete täpsust, konstruktsiooni terviklikkust ja suurendab lekkeohtu.

Es on võimalik leevendada moonutusi kuumtöötlemise ajal, tagades materjali nõuetekohase toe ja jahutamise töötlemise ajal, tavaliselt spetsiaalselt komponendile sobiva kujuliste ja korrapäraselt selle läbimõõdu ümber paigutatud tugipostide abil. Vajalike tugipostide arv sõltub detaili suurusest, kujust ja paksusest.

Väändumise vältimiseks veenduge, et PWHT-temperatuur ei ületa terase karastamiseks algselt määratud temperatuuri. Kõrgemad temperatuurid võivad põhjustada temperatuuri hapnemist või liigset pehmenemist, mis võib vähendada terase tugevust alla ettenähtud miinimumtaseme, mille tulemuseks on moonutus, mis vähendab terase tugevust alla ettenähtud miinimumväärtuse. Seetõttu on soovitatav teha pärast PWHT-seadmete töötlemist mehaanilisi katseid, et kinnitada tugevuse säilimist.

3. Vähendab väändumisohtu

PWHT hõlmab keevitatud materjali kuumutamist kõrgetele temperatuuridele, enne kui see aeglaselt tagasi jahutatakse, mis võib põhjustada surveseadmete väändumist või moonutamist, mille tagajärjel väheneb konstruktsiooni terviklikkus, tekivad lekked või rikked ning suureneb energiakulu ja suureneb kasvuhoonegaaside heitkogus. Lisaks nõuab see suurt energiakasutust, mis suurendab kasvuhoonegaaside heitkoguseid ja muid keskkonnaprobleeme.

PWHT-protsesse on traditsiooniliselt kasutatud pingete leevendamiseks, keevisliidete mikrostruktuuri muutmiseks ja vesiniku hajutamiseks, et tagada korrosiooni- ja oksüdatsioonikahjustuste vastupidavus. Uuringud on siiski näidanud, et sarnaseid eeliseid on võimalik saavutada ka madalamatel temperatuuridel kui tavaliselt kasutatakse.

Kuigi PWHT võib pakkuda palju eeliseid, on kehtivate seadustike PWHT-st vabastamise nõuded väga erinevad. See erinevus tuleneb sageli pigem eri tööstusharude inseneritavadest ja kogemustest kui konkreetsetest metallurgilistest või konstruktsioonilistest kaalutlustest; sellest tulenevalt võib esineda segadust ja konflikti koodeksi nõuete vahel, mis käsitlevad PWHT-st vabastamist P-4 ja P-5A materjale kasutavate torude keevisliitmike puhul eri koodeksites.

4. Vähendab lekete ohtu

PWHT nõuab seadmete toetamist nende kokkupuute ajal kõrgete temperatuuridega, et vältida nende liigset moonutamist, sageli nende kuju, suuruse ja paksuse järgi kujundatud tugipostide abil. Selle protsessi käigus kuumutatakse materjal kõrgetele temperatuuridele, enne kui see korrapäraselt jahtub järk-järgult ümberringi, et jaotada pingeid ümber ja tekitada nõrkusi, mis võivad vähendada keevisliite tugevust või isegi põhjustada lekkeid nende struktuurides.

Erinevad koodid kehtestavad erinevaid PWHT nõudeid, kusjuures teatud spetsifikatsioonid vabastavad teatud materjalid või keevisõmblused sellest täielikult selliste tegurite nagu paksus tõttu. Sellised nõuete erinevused on tõenäoliselt tingitud pigem erinevatest inseneritavadest ja rakenduskogemustest kui tehniliste andmete erinevast tõlgendamisest või katsetamisest; kui materjali või keevisliidet kasutatakse tuumakasutuses, on soovitatav, et selle vabastuskriteeriumid vähendatakse paksusest sõltumata nullini.

5. Vähendab korrosiooniriski

Korrosioon võib kahjustada seadmeid, reostada pinnast ja veevarusid, paisata õhku kahjulikke toksiine, nõrgendada konstruktsioone, näiteks mahuteid ja torusid, mis võivad suurema tõenäosusega rikki minna, ning suurendada ohtu seadmetele ja töötajatele. Võttes ennetavaid meetmeid korrosiooni vastu, saate vähendada neid riske seadmetele ja töötajatele.

atmosfäärikorrosioon tekib siis, kui metallesemed puutuvad kokku hapniku ja niiskuse tingimustega, mida nimetatakse ka ühtlaseks või üldkorrosiooniks, kuna protsess toimub kogu ulatuses. Teised korrosioonivormid, nagu pitting-, pragude- ja pingekorrosioon, võivad olla ettearvamatumad, kuna need tekivad metallesemete konkreetsetes kohtades.

Korrosioonikaitse sõltub nii metalli koostisest kui ka kasutatavatest kaitsemeetoditest. Katoodiline kaitse hõlmab metalli katmist aktiivsemate elementidega, näiteks tsingiga, mis korrodeerub ja oksüdeerub, kui see reageerib ümbritsevaga, et kaitsta aluspõhja metallkoostist roostetamise eest. Muude ennetusviiside hulka võib kuuluda õhu või veeallikate keemiliste ainete sisalduse kontrollimine või suurema kulumiskindlusega materjalide kasutamine, näiteks korrosioonivastaste kattematerjalide ja värvide kasutamine.