Keevitusjärgse kuumtöötluse (PWHT) nõuded vastavalt ASME VIII jaotise 1. osale

ASME VIII jaotis, 1. osa on oluline tehniline standard, mis annab selged juhised surveanumate valmistamiseks, kontrollimiseks ja sertifitseerimiseks. See toetab standardseid inseneritavasid ning parandab samal ajal ohutust ja tõhusust erinevates tööstusharudes.

Keevitusjärgne kuumtöötlus (PWHT) on kontrollitud protsess, mille eesmärk on kõrvaldada keevitatud materjalides esinevad jääkpingeid ning mis on määratletud punktis 331.11 koos tabelitega 331.1.1.1 ja 331.1.3. See peab vastama punktis 331.11.1.2 sätestatud nõuetele, mis on allpool esitatud torustike puhul.

Minimaalne temperatuur

Keevitusjärgne kuumtöötlus (PWHT) hõlmab keevismetalli kuumutamist temperatuurini, mis on madalam kui selle alumine kriitiline faasimuutustemperatuur, ning selle hoidmist sellel temperatuuril pikema aja jooksul. See aitab vähendada keevitamise tagajärjel tekkinud jääkpingeid ja mikrostruktuurilisi muutusi; siiski viiakse PWHT-d sageli läbi kontrollimatult, kusjuures temperatuurigradiendid võivad keevisõmblust kahjustada, põhjustades pingekraake või suurendades selle vastuvõtlikkust rabedale murdumise suhtes.

Kehtivad eeskirjad, mis nõuavad energiatorustike järelkuumutamist (PWHT), sätestavad PWHT miinimumtemperatuuriks 1100degF, mis on liiga madal ja võib põhjustada enneaegseid korrosioonikahjustusi. Souderi, Lundini ja Khani poolt EPRI toetusel läbi viidud uuringus soovitatakse seda tõsta 1200 °F-ni; see tooks kaasa olulisi muutusi keevisõmbluse omadustes, nagu näiteks suurem sitkus ja väiksem kõvadus.

PWHT miinimumtemperatuuri alandamine võib oluliselt vähendada keevismetalli plastilisuse ja rabeduse üleminekutemperatuuri, mis võib kaasa tuua keevismetalli tõmbetugevuse ja plastilisuse lubamatut langust, mistõttu on vaja suurendada standardile vastava surveanuma projekteerimisrõhku ning see on väga kulukas nii torutootjate kui ka surveanumate tootjate jaoks. Seetõttu on hädavajalik, et tootjad leiaksid miinimum-PWHT-temperatuure määrates tasakaalu nende nõuete vahel.

Minimaalne hoidmisaja pikkus

PWHT (keevitusjärgne kuumtöötlus) on keevitusjärgne kuumtöötlusprotsess, mille käigus kuumutatakse terast selle alumise kriitilise faasimuutustemperatuurini ja hoitakse seal kindla aja jooksul, et vähendada keevisõmbluse jääkpingeid ja mikrostruktuurilisi muutusi. PWHT on sageli vajalik surveanumate ja torude valmistamisel; see võib aga olla kulukas ja aeganõudev. Kulude kokkuhoiuks võib olla mõttekas püüda võimaluse korral saada PWHT-st vabastus.

Surveanumad, torustikud ja hoiustamismahutid peavad vastama PWHT-nõuetele, mis on määratud nende ehitamisel kasutatud projekteerimisstandardites. Nõuded erinevad nendes standardites märkimisväärselt – näiteks erinevad BS 2633 nõuded oluliselt standarditest ASME VIII Div 1 või B31.1/B31.3, milles on maksimaalseks paksuseks kehtestatud 32 mm; samuti võib esineda märkimisväärseid erinevusi üldiste konstruktsioonistandardite, nagu BS 5400/5750, ning nende tööstusharude vahel, mis taotlevad erandit PWHT-nõuetest, näiteks naftakeemia- ja elektritootmissektor, mis on taotlenud laiemat erandit.

Kehtivad projekteerimisnormid tuginevad Charpy löögikatsete tulemustele paksuse piirväärtuse kriteeriumina; sellised nõuded ei pruugi aga alati kajastada valmistamisel kasutatavate teraste tegelikku sitkust ja jääkpinge andmeid.

Minimaalne eelkuumutustemperatuur

Eelkuumutustemperatuur on otsustava tähtsusega keevitusjärgse kuumtöötluse (PWHT) õnnestumiseks. PWHT eesmärk on keevitamisel tekkinud jääkpingeid ümber jaotada, muutes materjali plastilisemaks ja leevendades samal ajal keevitusprotsessi käigus tekkinud jääkpingeid. Lisaks aitab keevitusjärgne kuumtöötlus eemaldada mikrostruktuurilisi muutusi, mis on tekkinud keevitusprotsessi käigus keevismetalli ja alusmaterjali vaheliste kõrge temperatuuri gradiendi tõttu.

PWHT-katse on praegu kohustuslik enamiku torude ja survemahutite materjalide puhul; selle nõuded järgivad tavaliselt Charpy energiaabsorptsiooni piirväärtusi; seetõttu võib PWHT-st vabastamise miinimumkõrguses esineda märkimisväärseid erinevusi, kuna naftakeemiatööstuses kasutatakse erinevaid projekteerimisstandardeid, mille spetsifikatsioonid on aja jooksul kujunenud kogemuste ja inseneritava põhjal.

Mõned nõuded on tehnilisest seisukohast muutunud ebaoluliseks ning eelkõige on tähelepanu alla sattunud PWHT miinimumtemperatuur. EPRI poolt rahastatud aruandes (viide 1) soovitati seda nõuet alandada 1100 °F-ni, mis tooks selle lähedale NBEP- ja B31.1-standardites keevitusmetallina kasutatava P nr 4 materjali jaoks kehtestatud Charpy minimaalse energia neeldumise piirväärtustele; kuid seda madalamat eelkuumutustemperatuuri on USA surveanumate allkomitee tagasi lükanud, kuna kardetakse, et keevitustööde käigus võib keevismetallis tekkida pragunemine, mis võib põhjustada korduskuumutamisel pragunemist (viide 1).

Minimaalne eelkuumutusaeg

ASME koodeksi VIII jaotise 1. osa kohaselt peavad keevisõmblused vastama kahele kriteeriumile, et neid saaks käsitada keevitusjärgse kuumtöötlusest (PWHT) vabastatutena. Enne vabastuse saamist peavad need vastama nii minimaalse eelkuumutustemperatuuri kui ka hoidmise aja nõuetele. PWHT-töötlemine vähendab rabedat murdumist, alandades keevitusjärgseid jääkpingeid ning pehmendades samal ajal kõvaid ja potentsiaalselt rabedaid mikrostruktuure, aidates seeläbi vältida võimalikke rikkeid.

Erinevad tootmisstandardid kehtestavad terasele erinevad erandinõuded. Mõned nõuavad PWHT-t isegi õhemate keevisõmbluste puhul kui teised, sõltuvalt süsinikusisaldusest; näiteks standardid BS 1113 [23] ja 2633 [24] ei nõua seda, kui keevitatakse keevisõmblusi, mille süsinikusisaldus ületab 0,25 protsenti.

Kuigi PWHT-protsessi olemus on üldiselt arusaadav, on selle täpsed nõuded endiselt vaieldavad. Eelkõige elektritootmise valdkonnas on selle vajalikkus sattunud arutelu alla. Erinevused valmistamisstandardite erandinõuete vahel võivad tuleneda asjaolust, et erinevad kutseorganisatsioonid on need koostanud oma individuaalsete kogemuste põhjal; sellised erinevused siiski eksisteerivad ja tundub ebatõenäoline, et PWHT-st vabastamise osas jõutaks kunagi ühtsele nõudele; käesolevas artiklis uuritakse neid sarnasusi ja erinevusi ning pakutakse välja võimalikke ratsionaliseerimisstrateegiaid.