Hitsauksen jälkeinen lämpökäsittelyvaatimus

Hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely (PWHT) vähentää jäännösjännityksiä ja parantaa sekä perusmetallin että hitsiaineen sitkeyttä samalla kun se poistaa hitsin alueelle kertynyttä vetyä.

Useimmissa nykyisissä putkistoja ja paineastioita koskevissa säännöissä määrätään PWHT:stä, kun materiaalin paksuus ylittää mielivaltaisen rajan, joka yleensä määritetään sekä Charpy-energian absorptio- että kovuusvaatimusten perusteella.

Estää vedyn aiheuttaman halkeilun

Vetyä sisältävä korroosio (HIC) syntyy, kun hitsauksen aikana vetyä pääsee hitsausalueille esimerkiksi kosteudesta, epäpuhtauksista ja suojakaasuista. Tämä vetypäästö aiheuttaa haurastumista, joka johtaa halkeiluun hitsiaineessa ja hitsin lämpövaikutusalueella (HAZ).

Vetyjen poistaminen on PWHT-hitsauksessa käytetty menettely, joka auttaa estämään hitsin vetyjen aiheuttaman halkeilun. Siinä hitsit kuumennetaan tiettyyn lämpötilaan tietyksi ajaksi, minkä jälkeen niitä pidetään tässä tilassa jonkin aikaa.

Uloshitsauslämpötilat ja -ajat riippuvat materiaalityypistä ja hitsaustekniikasta; useissa säännöissä, kuten ASME Section VIII Div. 1, määrätään kuitenkin, että hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely on pakollinen, jos komponentin paksuus ylittää tietyn raja-arvon.

Tämän vaatimuksen täyttyminen varmistetaan parhaiten käyttämällä elektrodeja, joiden vetypitoisuus on alhainen, ja esilämmityksiä, jotka täyttävät vähimmäisvaatimukset. Varmista myös, että langankela on turvallisesti suljettu käyttämällä matkalaukkutyyppisiä syöttölaitteita, eikä sitä saa koskaan koskettaa likaisilla käsillä, koska se voi tuoda ylimääräistä vetyä hitsauksen aikana.

Vahvista hitsaus

PWHT voi vähentää hitsauksen aikana esiintyviä jäännösjännityksiä, mikä auttaa välttämään haurasmurtumia ja vääristymiä, joita voi syntyä työstöstä tai jännityskorroosiosta, ja näin ehkäistä haurasmurtumia ja poistaa vääristymiä, joita näistä prosesseista aiheutuu.

PWHT-menetelmässä hitsin ja lämpövaikutteisten vyöhykkeiden kuumentaminen lämpötiloihin, jotka aiheuttavat niiden alemman kriittisen muutoslämpötilan alenemisen, jolloin sisäiset jännitykset vähenevät ja mekaaniset ominaisuudet paranevat.

Johdonmukainen ja tarkka lämpötilan säätö on ratkaisevan tärkeää tehokkaiden hitsauksen jälkeisten lämpökäsittelyjen aikaansaamiseksi. Jos näin ei tehdä, hitsin lujuus ja kovuus voivat heikentyä, ja lisäksi seurauksena voi olla epätasainen jännityksenpoisto tai vääristymä.

Työskentely suurten ja tilaa vievien painelaitteiden kanssa voi aiheuttaa ainutlaatuisia haasteita. Kaikki osat on asetettava uuniin kerralla, jotta ne altistuvat samalle lämpötilajaksolle. Lämpölaajenemisen vaihtelut voivat aiheuttaa ongelmia, jotka edellyttävät lisäkäsittelyä tai korjauksia.

Estää jännityskorroosiohalkeilua

PWHT-menetelmällä käsitellään kovia, mahdollisesti hauraita hitsin mikrorakennealueita, jolloin jäännösjännitysten huippuarvo pienenee ja väsymissäröjen kasvunopeus vähenee. Tämä ei kuitenkaan takaa, ettei väsymystä pääse koskaan tapahtumaan.

Kullakin metallilla on ainutlaatuiset ominaisuudet, jotka määräävät, millaista ja kuinka pitkää hitsauksen jälkeistä lämpökäsittelyä se vaatii; esimerkiksi hiiliteräkset vaativat jännityksenpoistoa, jotta vältettäisiin piilossa oleva vedyn aiheuttama halkeilu lujien putkistojen putkistoissa; toisaalta ruostumattomat teräkset vaativat liuoksen hehkutusta liuottaakseen pinnalleen muodostuvat kromikarbidit ja palauttaakseen niiden erinomaisen korroosionkestävyyden.

PWHT-menetelmässä on suuri merkitys uunin tyypille, lämmityssyklille ja liotusaikaan muuttujina, jotka vaikuttavat PWHT-menetelmän aikana poistettaviin jäännösjännityksiin. Lisäksi paikallinen lämmitys voi vaikuttaa tuloksiin: esimerkiksi paikallinen lämmitys voi luoda lämpögradientteja lämmitettyjen ja lämmittämättömien alueiden välille, mikä voi siirtää jännityksiä alueiden välillä ja vähentää kokonaisrelaksaatiota. Tämän vaikutuksen lieventämiseksi hitsaussaumat olisi sijoitettava niin, että ne eivät ole kosketuksissa muihin komponentteihin tai viereisiin alueisiin, kun niitä lämmitetään.

Estä vääristyminen

Lämpötilalla ja jäähdytysnopeudella on valtava vaikutus komponenttien vääristymiseen. Tämä pätee erityisesti silloin, jos ne sisältävät useita osia, jotka on liitetty toisiinsa liitoksilla.

Hitsausjaksojen huolellisella järjestämisellä voidaan välttää liiallinen vääristyminen. Tarvittaessa olisi myös käytettävä kiinnittimiä osien liikkumisen estämiseksi. Tarvittaessa voi myös olla hyödyllistä käyttää puikkohitsauksia.

Hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely (PWHT) voi vähentää vääntymistä jakamalla jäännösjännityksiä uudelleen. Siinä hitsausmetallia kuumennetaan pitkään korkeassa lämpötilassa ja jäähdytetään sitten hitaasti. Hidas jäähdytys mahdollistaa tasaisen laajenemisen ja vähentää sisäisiin materiaaleihin kohdistuvaa rasitusta. Jotkin valmistuskoodit määräävät PWHT:n korkean hiilipitoisuuden teräksistä koostuville hitsisulakkeille, jotta voidaan vähentää hitsausjäännösjännityksiä, jotka yhdessä kuormitusjännitysten kanssa ylittävät materiaalin suunnittelurajat ja johtavat vääristymiin ja vääntymiin.