Hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely (PWHT) Koodit

Putkistojen ja paineastioiden nykyisissä suunnittelusäännöissä määrätään, että PWHT voi olla tarpeen, jos materiaalin paksuus ylittää tietyn raja-arvon, joka määritetään yleensä Charpy-energian mittauksella. Joidenkin hiili- ja niukkaseosteisten terästen osalta voidaan myöntää poikkeus, jos käytetään asianmukaista esilämmityssykliä.

Mohr on arvioinut teräsputkien ympäryshitsejä siten, että ne eivät välttämättä vaadi PWHT-käsittelyä.

Mikä on ASME PWHT?

Hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely (PWHT) on yhä suositumpi tekniikka paineastioiden ja putkistolaitteiden hitsausjäännösjännitysten lieventämiseksi. Se on usein määritelty säännöissä vaadittavaksi hiiliteräksestä valmistetuille hitsisaumoille, joiden paksuus ylittää tietyt paksuusrajat, jotta niiden halkeamien syntymis- ja haurasmurtuma-alttiutta voidaan vähentää. Valitettavasti PWHT:n suorittaminen suurille osille on joskus epäkäytännöllistä tai kallista, koska ne sijaitsevat kaukana tai komponenttien paino on suuri, jolloin sen sijaan voidaan käyttää pistemäisiä tai härkäpäisiä PWHT-kokoonpanoja.

Näissä kokoonpanoissa käytetään tyypillisesti liotus-, lämmitys- ja gradientinohjauskaistoja, jotka on mitoitettu ja sijoitettu siten, että estetään vääristymät, viereisten hitsaussaumojen halkeilu ja vakavien jäännösjännitysten syntyminen. Valitettavasti näiden rakenteiden monimutkaisuuden vuoksi niiden lämpömekaanisen vasteen tarkka ennustaminen tekee niiden suunnittelusta erittäin haastavaa. Tässä tutkimuksessa käytetyt kehittyneet laskennalliset simulointitekniikat tarjoavat analyytikoille keinon varmistaa, että laitteiden korjausten jälkeen toteutetut paikalliset PWHT-konfiguraatiot eivät aiheuta kalliita lisävahinkoja, kuten vääristymiä ja halkeilua, jotka pidentävät laitteiden seisokkiaikaa entisestään.

Nykyiset paineastioiden ja putkistojen suunnittelukoodit edellyttävät yleensä PWHT:tä, kun hitsin paksuus ylittää materiaalin Charpy-iskukoeominaisuuksien perusteella määritetyn määrän, mutta vaatimukset vaihtelevat eri koodien välillä, ja eri koodeissa määritettyjen paksuusrajojen välillä on huomattavia eroja. Tutkimuksemme osoitti, että PD5500:ssa käytetyn lähestymistavan kaltainen lähestymistapa voisi auttaa ratkaisemaan joitakin näistä epäyhtenäisistä vaatimuksista.

Mikä on ASME PWHT:n paksuusraja?

Kuten taulukosta 1 käy ilmi, putkistoja ja paineastioita koskevissa säännöissä edellytetään tyypillisesti PWHT:tä 19 mm:iin asti C-Mn-teräksille, mutta yleisissä rakennustekniikan standardeissa, kuten siltoja koskevassa BS 5400:ssa tai rakennuksia koskevassa BS 2633:ssa [25], saatetaan asettaa alemmat kynnysarvot PWHT-vaatimuksista vapauttamiseksi. Nämä erot johtuvat todennäköisesti terästen kemiallisen koostumuksen eroista sekä erilaisista murtumissitkeyttä koskevista vaatimuksista (kuten kuvassa on esitetty).

Hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely auttaa vähentämään jäännösjännitystä merkittävästi karkaisemalla sekä hitsiaineen että perusmetallin mikrorakenteita, mikä vähentää merkittävästi hitsin jäännösjännityksiä, lisää sen lujuutta ja sitkeyttä ja vähentää ympäristöstä johtuvia halkeiluriskejä.

PWHT voi myös vähentää lämpövääristymiä, jotka ovat kalliita painelaitteille ja pidentävät käyttökuntoisuuden palauttamiseen tarvittavaa korjauskeskeytysaikaa. PWHT:n onnistumisen kannalta on tärkeää, että esilämmitys ja jäähdytysnopeus saadaan tasapainoon.

Kehittyneen epälineaarisen FEA-simuloinnin avulla voidaan määrittää optimaalinen PWHT-konfiguraatio painelaitteiden korjauksia varten. Simuloimalla hitsauskappaleiden lämpömekaanisia reaktioita eri esilämmitys- ja jäähdytysolosuhteiden vaikutuksesta tämä menetelmä tunnistaa optimaaliset paikalliset PWHT-järjestelyt, jotka minimoivat vääristymät ja jäännösjännityksen.

Mikä on ASME PWHT-esilämmityskynnys?

Nykyisissä painelaitteiden ja putkistojen suunnittelukoodeissa määrätään, että PWHT on suoritettava vain, jos hitsin paksuus ylittää tietyn rajan, joka yleensä määritetään materiaalin Charpy-testin ominaisuuksien tai vähimmäiskäyttölämpötilavaatimusten perusteella. Teollisuus on jo pitkään käyttänyt tätä rajoituspaksuuden lähestymistapaa, mikä on osoitus sen menestyksestä laitteiden suojaamisessa haurasmurtumilta.

PWHT:n käyttö kuluttaa kuitenkin merkittävästi energiaa ja lisää kasvihuonekaasupäästöjä ja muita ympäristökysymyksiä, mikä lisää sen käyttöön ja ylläpitoon liittyviä lisäkustannuksia. Lisäksi PWHT-käsittely voi olla tarpeen useiden PWHT-syklien suorittamiseksi laitteiden käyttöiän aikana, mikä lisää niiden ylläpitoon ja hallintaan liittyviä lisäkustannuksia.

Tämän vuoksi on ollut paljon innostusta pyrkimyksissä vähentää PWHT:n tarvetta luomalla anteeksiantavampia materiaaliominaisuuksia. Tämä mahdollistaisi vahvempia hiiliteräksiä käyttävien laitteiden käytön ja vähentäisi samalla sekä energiankulutusta että ympäristöavusteisiin halkeamisprosesseihin liittyviä riskejä.

Tämän tavoitteen saavuttamiseksi on kehitetty menetelmiä, kuten esilämmityslämpötilojen ja monikerroshitsauksen käyttö. Vuonna 2014 ASME B31.3 "Power Piping" -koodia muutettiin ja siihen lisättiin poikkeustaulukko pakollisesta PWHT:stä P-No 1 -materiaaliryhmän mukaisten hiiliterästen hitseille; näiden poikkeusten mukaan yli 25 mm:n (1 tuuman) paksuiset hiiliteräkset on esilämmitettävä 95 °C:ssa (200 °F) ennen hitsausta, ja monikerroshitsejä on käytettävä.

Mikä on ASME PWHT-paksuuspoikkeus?

Nykyisissä paineastioiden ja putkistojen valmistuskoodeissa määrätään yleensä, että PWHT voi olla tarpeen, jos hitsin paksuus ylittää tietyn arvon, ja tämä raja määritetään yleensä materiaalin Charpy-testin ominaisuuksien perusteella. Vaatimukset vaihtelevat kuitenkin eri säännöstöjen välillä; jotkin niistä voivat olla konservatiivisempia kuin toiset.

ASME B31.3 (2014) sallii nyt vapautuksen pakollisesta PWHT:stä materiaaliryhmän P1 hiiliteräsmateriaaleille, kun esilämmityslämpötila on 95 C ennen hitsausta, mikä on tärkeä muutos hyvässä insinöörikäytännössä. Tämä uusi säännös merkitsee huomattavaa muutosta hyvässä insinööritoiminnassa.

PWHT on energiaintensiivinen prosessi, jolla on merkittäviä ympäristövaikutuksia, kuten kasvihuonekaasupäästöjä. Lisäksi useat PWHT-syklit laitteen käyttöiän aikana voivat aiheuttaa vääntymiä tai vääristymiä, jotka edellyttävät laajoja korjauksia; komposiittikorjaukset tarjoavat vaihtoehdon PWHT:lle vaurioituneiden painelaitteiden osien korjaamisessa.

Komposiittikorjaukset tarjoavat useita ympäristöetuja verrattuna metallisiin vastineisiinsa. Komposiittikorjaukset voivat parantaa rakenteellista eheyttä ja vähentää vuotoriskiä, ja lisäksi ne ovat erittäin kestäviä korjauksia, jotka kestävät ikääntymiseen liittyviä vaikutuksia, kuten väsymistä, suorituskykyisten materiaalien yhdistämisen ansiosta. Näin ollen ne auttavat varmistamaan laitteiden turvallisen toiminnan vielä pitkään sen jälkeen, kun alkuperäinen PWHT-työ on saatu päätökseen.