PWHT tähtsus torukeevitusprotsessides

Kõrgsageduslike mähiste tekitatud voolud tekitavad vajaliku soojuse ja jahutavad seda seejärel konvektsiooni kaudu.

Uuringud on näidanud, et keevisõmbluse jääkpinge ja HAZ-murru sitkusega seotud probleemid ei anna piisavat tehnilist põhjendust PWHT nõuete kohaldamiseks torumaterjalide suhtes, mille seinapaksus on alla 5/8 tolli.

1. Leevendab jääkpingeid

Keevitamine tekitab suuri kõrge tõmbejääkpinge piirkondi, mis võivad keevitatud teraskomplektides kaasa aidata keskkonna poolt toetatud pragunemisele või rabedale purunemisele. Keevitusjärgne kuumtöötlus (PWHT) leevendab need pinged ja võimaldab torul ohutult edasi töötada.

Tavapärane PWHT hõlmab keevisõmbluse allutamist temperatuuridele, mis ületavad selle minimaalset muundumistemperatuuri, et saavutada keevisõmbluse optimaalne tugevus, korrosiooni- ja väsimuskindlus või vesinikkahjustuste kaitse. Temperatuuri valik sõltub soovitud karastusefektist ning materjali nõutavast vastupidavusest korrosiooniväsimuse või vesinikukahjustuse vastu.

Kohaliku PWHT kasutamisel jääkpingete vähendamiseks väikesel alal on kuumutatud tsooni geomeetria valimine kriitilise tähtsusega. Uuringud on näidanud, et muutuva laiusega kuumutatud tsoonid vähendavad pingeid tõhusamalt kui konstantse laiusega ümbermõõdulised tsoonid, sest elastne analüüs näitab, et nende kasutamisel on jääkpinged pärast jahutamist suuremad kui muutuva laiusega kuumutatud tsoonide kasutamisel.

Need tulemused viitavad sellele, et praegused PWHT-vabastuse piirangud torustike koodeksites ei pruugi olla täpsed ja et PWHT nõudeid võib olla võimalik vähendada, ilma et see mõjutaks materjalide keevitatavust või väsimustõhusust, eriti kuna olemasolevad koodeksid ei näe ette murtumisvastupidavuse katsetamist keevisõmbluste puhul, mis on õhemad kui 5/8 tolli.

2. Tugevdab keevitust

Keevitusjärgne kuumtöötlus (PWHT) on keevitusprotsesside oluline osa. PWHT leevendab materjalides esinevaid jääkpingeid, mis muidu võivad põhjustada moonutusi ja pragunemist; lisaks suurendab PWHT tugevust, kõrvaldades pingekontsentratsioonid, mis muidu võivad dünaamilise koormuse korral keevisõmblusi nõrgestada ning muuta need hapraks ja ebaõnnestuda.

PWHT hõlmab metalli kuumutamist kindlaksmääratud temperatuuril kindlaksmääratud aja jooksul ja erinevate meetoditega, nagu lõõmutamine, normaliseerimine, karastamine ja karastamine, et suurendada tugevust ja vähendada samal ajal riski. PWHT eesmärk on tugevdada keevisõmblusi, vähendades samal ajal pragunemisohtu.

Kui neid töötlemisviise tehakse valesti, võivad need aga tegelikult keevisõmblust nõrgestada. See juhtub siis, kui termilisi gradiente ei kontrollita korralikult; kui see juhtub, on keevisõmbluse temperatuur mõnes kohas kõrgem kui teistes ja ta on sunnitud laienema ja tõmbuma erineva kiirusega, mis viib väiksema vastupidavuseni pingekorrosiooni ja vesinikust põhjustatud pragunemise vastu.

PWHT võib olla vajalik või mitte, sõltuvalt toru tüübist, kasutatud keevitusmaterjalist ja muudest teguritest. Süsinikterasest valmistatud torud vajavad tavaliselt PWHT-d, samas kui enne keevisõmbluste paigaldamist võib olla vajalik pingevaba kuumtöötlus, et tagada piisav tugevus keskkonnast tulenevate pingete suhtes.

3. Vähendab pragunemise ohtu

Keevitusjärgne kuumtöötlemine on terase valmistamise lahutamatu osa. See kontrollitud kuumutus- ja jahutusprotsess leevendab jääkpingeid, tempereerib keevisliite mikrostruktuuri, eemaldab hajutatud vesiniku, vähendab vastuvõtlikkust pingekorrosioonipragudele, suurendab tugevust ja kõvadust ning suurendab tugevust. Kui keevisõmblused tehakse valesti või jäetakse täielikult vahele, on nad vastuvõtlikud granulatsioonidevahelisele pragunemisele, mis võib katastroofiliselt rikkuda selliseid konstruktsioone nagu surveanumad või suured torukomponendid.

PWHT-keevitusmeetodid võivad vähendada ka külmapragunemist torukomponentides, suurendades keevisliidete plastilisust; selle eesmärgi saavutamiseks tuleks kasutada madala difusiooniväärtusega vesiniku tähisega täitemetalle (nt H4 või H8).

Uuringud on näidanud, et eelsoojenduse kasutamine võib märkimisväärselt vähendada jääkpingeid, vähendades seega väsimusrebenemise ohtu. Tuleb siiski meeles pidada, et PWHT avaldab olulist mõju ainult siis, kui sellele rakendatakse piisava suurusega koormusi, mis vahelduvad aja jooksul.

Selle uuringu põhjal muutub PWHT vähem oluliseks, kui toru läbimõõt suureneb mis tahes seinapaksuse puhul, mis viitab sellele, et praegused koodeksi erandid, mis piiravad PWHT teostamise aega, tuleks läbi vaadata, ilma et see mõjutaks elektrijaamade standardseid torustike ajakavasid.

4. Vähendab defektide riski

Paljud torustikusüsteemid peavad töötama kõrge temperatuuri ja rõhuga vaenulikes keskkondades, kus keevisõmblused võivad ilma PWHT-töötluseta termiliselt väsida või puruneda. PWHT-töötluse korral peab nende metall sellele pingele paremini vastu, vähendades rikkeohtu ja parandades samal ajal süsteemi ohutust ja töökindlust.

Kuigi PWHT pakub palju eeliseid, on oht, et seda võidakse teatud juhtudel rakendada liiga palju või valesti. Üleannustamine võib vähendada tõmbetugevust ja nihketugevust, vähendades samal ajal tõmbetugevust; ebaõige kasutamine võib isegi põhjustada betoonpindade pragunemist ja granulatsioonidevahelist pragunemist.

Seetõttu on torustike ja surveanumate puhul erinevates eeskirjades sageli erinevad nõuded PWHT-le. Näiteks ASME BP&V I ja VIII jaotises on P-4 ja P-5A materjalidest valmistatud keevisõmblused, mille paksus on alla 5/8 tolli, sellest nõudest vabastatud; samas kui teistes eeskirjades, näiteks ANSI B31.3, nõutakse PWHT ainult keevisõmbluste puhul, mille paksus on kuni 4 tolli.

Need erinevused võivad olla tingitud sellest, et eri kutseorganisatsioonid koostavad eeskirju ja lähtuvad oma insenerikogemusest ja -praktikast. Siiski on avastatud, et keevitatavus kipub suurenema torumaterjalide läbimõõdu kasvades; seega muutub PWHT vähem kriitiliseks paksuseinaliste keevisõmbluste puhul kui õhukeseinaliste puhul.