Hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely

Monissa putkistomääräyksissä käytetään hitsausliitosten murtumissitkeyttä perusteena, jonka perusteella voidaan luopua paikallisesti hitsauksen jälkeistä lämpökäsittelyä (PWHT) koskevista vaatimuksista. Tämä menetelmä ei kuitenkaan aina sovellu kaikkiin materiaaleihin tai sovelluksiin.

Voimaputkiston materiaalin PWHT-vaatimukset perustuvat yleensä sen perusmetallin alempaan kriittiseen muutoslämpötilaan.

Hitsausmenetelmät

Hitsausliitosten hitsattavuus riippuu useista tekijöistä, kuten geometriasta, uudelleen rasituksesta, hitsauksen esilämmityslämpötiloista ja välikulkulämpötiloista sekä virrantiheydestä. Lisäksi myös vähähiiliset materiaalit, kuten AISI P-4 tai P-5A, vaikuttavat hitsattavuuteen; myös kovettuvuudella voi olla vaikutusta, samoin kuin vedyn viivästyneen halkeilun mahdollisuudella.

Hitsauksen jälkeisellä lämpökäsittelyllä (PWHT) parannetaan loven sitkeyttä poistamalla jäännösjännityksiä ja lieventämällä valmistuksen, hitsauksen ja leikkausprosessien aiheuttamia työkappaleen jännityksiä. PWHT-prosessit kestävät yleensä tunnin 25 mm:n paksuutta kohti 600 celsiusasteen lämpötilassa.

PWHT-vaatimukset perustuvat yleensä hitsattavuuskriteereihin, ja valmistusmääräyksissä on yksityiskohtaisia vaatimuksia paikallisen PWHT:n osalta. Merkittävä osa näistä määräyksistä keskittyy paksuusrajoitusvaatimuksiin - oletus perustuu siihen, että haurasmurtuma on todennäköisempi ilman PWHT:tä kuin sen kanssa - mutta tämä oletus on kuitenkin kyseenalaistettu murtumismekaanisen analyysin avulla; erityisesti teräsputkien ympärysmittahitsien pääkäyrien vertailu on osoittanut tämän päätelmän ja todennut, että nykyiset PWHT-paksuusrajat ovat liian rajoittavia joissakin valmistusmääräyksissä.

Esilämmitys

Terästen esilämmitys ennen hitsausta on tärkeää hitsausjännityksen ja jäännösjännitysten minimoimiseksi hitsattavan kappaleen paksuudesta ja seospitoisuudesta riippuen. Näiden lämpötilojen tarkkaan seurantaan on käytettävä lämpötilaa osoittavia värikyniä tai termopari-pyrometrejä.

Esilämmitys pienentää kriittistä nopeusgradienttia tietyllä ekvivalenssisuhteella ja lisää laminaarista liekkinopeutta, jolloin syntyy vakaampia kaaria ja vähemmän roiskeita. (Kuva 20).

Esikuumennusta käytetään lisäämään hitsiaineen ja lämpövaikutusalueen (HAZ) kovuutta hiili- ja niukkaseosteisissa teräksissä hidastamalla niiden jäähtymisnopeutta, jolloin HAZ:n huokoisuuden ja tyhjätilojen kaltaiset virheet vähenevät, mekaaniset ominaisuudet paranevat ja vetyhaurastumishalkeiluriski (jota kutsutaan myös viivästyneeksi tai alahalkeiluksi) vähenee hiili- ja niukkaseosteisissa teräksissä sekä runsaasti nikkeliä sisältävissä austeniittisissa ruostumattomissa teräksissä, kuten tyypin 347/Incoloy 825 teräksissä.

Esilämmityksen ja läpivientien välisten lämpötilojen alentaminen voi auttaa lisäämään hitsin paksuutta ilman hitsauksen jälkeistä lämpökäsittelyä (PWHT), erityisesti korkean paineen kestävissä hitsausliitoksissa, kuten kierteitettyjen liitosten ja suutinliitosten puskuhitseissä, pisto- ja muhvihitseissä sekä täytehitseissä. E2G:n haurasmurtumatutkimusten perusteella pakollisen PWHT:n poistaminen ASME B31.3:n mukaisista matalaseosteisista paineeseen hitsatuista osista vähentäisi hitsin sitkeyttä ja lisäisi haurasmurtumien riskiä.

Hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely

Hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely (Post Weld Heat Treatment, PWHT) on tehokas keino poistaa haitalliset jäännösjännitykset hitsatuista komponenteista, kuten painesäiliöistä ja putkista, ja samalla vähentää niiden alttiutta ympäristöolosuhteille, jotka aiheuttavat säröjen syntymistä tai haurasmurtumia. Valmistettujen hitsausosien eheyden säilyttämiseksi on aina noudatettava koodien vaatimuksia.

PWHT-prosessit vaaditaan yleensä hiiliteräksisille hitsisaumoille, joiden paksuus ylittää ennalta määritellyn kynnysarvon, jotta ne voidaan suojata vedyn aiheuttamalta viivästyneeltä murtumalta ja muilta jännityskorroosioilmiöiltä, mukaan lukien vedyn aiheuttama viivästynyt murtuma. PWHT-menetelmään liittyy lämmitys-, jäähdytys- ja liotusolosuhteita, jotka vaikuttavat prosessista johtuviin hitsiaineen ominaisuuksiin. Liian pitkät tai pitkäkestoiset liotusajat voivat johtaa hiilen irtoamiseen, haurastumiseen tai haurastumiseen, mikä vaikuttaa kielteisesti vetolujuuteen, virumislujuuteen tai loven sitkeysominaisuuksiin.

Hiiliterästen PWHT-vaatimukset vaihtelevat eri valmistus- ja korjauskoodeissa paksuus- ja halkaisijarajojen mukaan, ja vaihtelut johtuvat mahdollisesti teknisen tietokannan erilaisista tulkinnoista tai ajan myötä kehittyneistä valmistus-/hitsauskäytännöistä. Nykyiset ASME BP&V-koodit sallivat poikkeukset PWHT-testauksesta enintään 5/8 tuuman paksuisille materiaaleille, joita käytetään ydinvoimalaitoksissa, perustuen oletuksiin, kuten suurihalkaisijaisten, ohutseinäisten materiaalien parantuneeseen hitsattavuuteen, niiden luontaisiin murtumissitkeysominaisuuksiin ja siihen, että ne ovat riittäviä tukemaan matalaenergistä murtumista.

Jäähdytys

PWHT-menettelyt on räätälöitävä erikseen kutakin komponenttia varten, ja lämpötilat riippuvat sen paksuudesta; ASME VII -standardia sovelletaan yli 19 mm:n paksuuteen, kun taas BS EN 13445 ja BSPD 5500 -standardit kattavat 35 mm:n tai sitä paksummat paksuudet. Jäähdytysnopeudet riippuvat myös paksuudesta; yksi tunti jokaista 25 mm:n paksuutta kohden ja jäähdytys ilmassa on sallittua alle 800 asteen lämpötilassa. PWHT:ssä käytetään yleensä joko pysyviä kiinteitä uuneja tai siirrettäviä, teloilla varustettuja hattutyyppisiä uuneja suurille, tilaa vieville osille.