Hitsauksen jälkeisen lämpökäsittelyn (PWHT) vaatimukset hiiliteräsputkille

Monissa hiiliteräsputkistohankkeissa voidaan kiertää PWHT hyödyntämällä BS 2633:n ja vastaavien sääntöjen sallimaa paksuutta 19 mm:iin asti ilman PWHT:tä matalaseosteisille teräksille, joiden hiilipitoisuus on alhaisempi; tällaiset vaatimukset täyttävät tai ylittävät yleensä Yhdysvaltain säännöissä asetetut vaatimukset; BS 2633:ssa määrätään kuitenkin korkeammasta esilämmitysvaatimuksesta.

Hitsausmenetelmät

PWHT (hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely) ei ole vain yksi menettelyvaihe: se on olennainen tekninen prosessi, joka vaikuttaa suoraan laitteiden eheyteen, työntekijöiden turvallisuuteen ja pitkän aikavälin suorituskykyyn. PWHT vähentää jäännösjännityksiä ja parantaa samalla mikrorakenteita jännityskorroosiohalkeilun estämiseksi ja jännityskorroosiohalkeilun välttämiseksi kokonaan.

PWHT-menetelmässä hitsisulaa kuumennetaan pitkään kohotetussa lämpötilassa, jolloin sen metallimatriisi absorboi ja jakaa sisäiset jännitykset uudelleen haurasmurtumariskin pienentämiseksi, sitkeyden ja muovattavuuden parantamiseksi ja vetyvaurioiden estämiseksi.

Optimaalisten PWHT-tasojen saavuttamiseksi hitsausmenetelmiin on sisällyttävä sekä esilämmitykseen että hitsauksen jälkeiseen lämpökäsittelyyn liittyviä toimenpiteitä, mukaan lukien sopivien esilämmitystyyppien ja -lämpötilojen valinta sekä lämmitys- ja pitolämpötilojen seuranta ja laadunvalvontatoimenpiteiden toteuttaminen.

Pelkkä PWHT ei välttämättä riitä vähentämään hitsauksessa käytettävän materiaalin kovuutta ja lisäämään sen sitkeyttä; korkeasti koulutetun hitsaushenkilöstön on ehkä suoritettava lisäprosesseja.

Esilämmitys

Viimeaikaisessa tutkimuksessa kehitettiin kokeellinen ja analyyttinen esilämmitysmenetelmä monikerroksisen korjaushitsauksen aikana käyttäen lämpökameroita ja lämmönsiirtoanalyysiä; molemmat menetelmät osoittautuivat tarkoiksi.

ASME B31.3:n vuoden 2014 painoksesta lähtien paksut hiiliteräsputkistot on vapautettu PWHT:stä, kunhan ne esilämmitetään kriittisen austeniittisen lämpötilan yläpuolelle ja hitsaukset tehdään monikerroshitsausprosesseilla - tämä on merkittävä ero aiempiin vaatimuksiin verrattuna.

Vaikka nämä uudet vapautukset voivat auttaa säästämään rahaa, niihin liittyy riskejä, joita on harkittava huolellisesti ennen niiden valitsemista. Nämä hitsit voivat mahdollisesti kärsiä korroosiosta ja huolto-ongelmista; lisäksi PWHT-vaatimusten puuttuminen voi johtaa virheelliseen suunnitteluun, joka edellyttää joissakin tapauksissa uudelleen hitsaamista; esilämmitys on suositeltavaa tämän estämiseksi.

Hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely

Hitsauksen jälkeisessä lämpökäsittelyssä (PWHT) hitsaussaumoja kuumennetaan tiettyyn lämpötilaan lyhyeksi ajaksi ja jäähdytetään sitten hitaasti, mikä auttaa lievittämään jännityksiä ja lisäämään hitsaussaumojen sitkeyttä. PWHT on kuitenkin suoritettava huolellisesti, jotta vältetään materiaaliominaisuuksia heikentävä yli- tai alilämpöistäminen.

PWHT-menetelmässä hitsisulaa kuumennetaan 550-625 celsiusasteen lämpötiloihin noin tunnin ajan tuumaa kohti, jolloin sen mikrorakenne muuttuu austeniittisesta tasakierteiseksi kaksoiskierteiseksi martensiitiksi ja sen mekaaniset ominaisuudet muuttuvat lisäämällä sitkeyttä ja vähentämällä kovuutta.

PWHT voi olla tarpeen tietyissä rakenteellisissa hitsaussaumoissa, mutta toisissa tapauksissa se ei ole tarpeen. ASME B31.1 ja B31.3 sallivat paineastioissa, putkistojärjestelmissä ja varastosäiliöissä käytettävien C-Mn-teräsputkien seinämäpaksuuksien rajoittamisen ilman hitsauksen jälkeistä PWHT:tä edellyttäen, että käytetään monikerroshitsausta ja toteutetaan esilämmitystoimenpiteitä.

Tutkinnot

Taulukossa 331.1.3 esitetään yksityiskohtaiset tiedot merkittävistä muutoksista, jotka tehtiin vuonna 2014 PWHT-mittausten kohteena olevien hiiliteräksisten prosessiputkistojen PWHT-vaatimuksiin vastauksena huolenaiheisiin, joiden mukaan aiemmat PWHT-paksuusrajaa koskevat poikkeukset ovat saattaneet olla liian rajoittavia tai liian konservatiivisia.

EPRI:n sponsoroimat testit (viite 1) osoittivat, että P No 4 -materiaalien kovuus ja sitkeys vaihtelivat dramaattisesti lämpökäsittelylämpötilan noustessa, erityisesti P No 1 - ja P No 4 -materiaalien erilaisten materiaalien välisissä liitoksissa.

B31.3:een vuonna 2014 tehdyt muutokset mahdollistavat sen, että kaikki hiiliteräsmateriaalit, jotka kuuluvat materiaaliryhmään P N:o 1, sekä kaikki ohjauspaksuudet ja hitsaustyypit voidaan vapauttaa hitsauksen jälkeisestä lämpökäsittelystä, jos ennen hitsausta käytetään vähintään 95 asteen esilämmitystä. Tämä lähestymistapa on samankaltainen kuin mitä BS 2633 suosittelee Isossa-Britanniassa; NDE-tarkastajan on kuitenkin edelleen tarkistettava, että kaikki prosessit ovat koodin vaatimusten mukaisia.