Paikallinen hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely (PWHT)

Paikallinen PWHT-käsittely voi olla tehokas keino lieventää hitsauksen jäännösjännityksiä erittäin suurissa paineastioissa, kun uunipohjainen PWHT-käsittely ei ole käytännöllistä, mutta yleispätevän laskentaperusteen löytäminen sen lisälämmitysalueen leveydelle nykyisistä paikallisen PWHT-käsittelyn standardeista voi olla haastavaa.

Kun paikallinen PWHT-käsittely on suoritettu erittäin suurelle ilmakehän paineessa toimivalle tornille, verrataan sen aksiaalisissa ja kehärakenteissa esiintyviä jäännösjännityksiä ennen PWHT-käsittelyä ja sen jälkeen sekä simuloidaan ylimääräisen HB-leveyden vaikutuksia.

Kustannukset

Paikallinen hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely (PWHT) on tehokas keino lieventää hitsauksesta johtuvia jäännösjännityksiä suurissa ja erittäin suurissa paineastioissa. Sitä voidaan käyttää silloin, kun uunipohjainen PWHT ei ole käytännöllistä suurille komponenteille, kuten putkistojärjestelmien hitsaussaumoille tai työmaalla asennetuille osille, vaikka huolellinen suunnittelu onkin välttämätöntä, jotta lämmitettävän kaistan leveys ja lämpökäsittelynopeus jakautuvat tasaisesti; epätasainen lämpeneminen tai liian nopeat käsittelynopeudet voivat aiheuttaa haitallisia lämpötilagradientteja, jotka lisäävät jäännösjännityksiä komponentin jäähtyessä.

Suurten halkaisijoidensa ja pituuksiensa vuoksi standardeissa ja määräyksissä määriteltyjä nykyisiä paikallisia PWHT-menettelyjä voi olla haastavaa soveltaa erittäin suurten astioiden hitsausalueella. Tässä artikkelissa esitellään ensisijaisen ja toissijaisen lämmityksen periaatteeseen perustuva paikallinen PWHT-menetelmä, joka on osoittautunut tehokkaaksi hitsauksesta johtuvien jäännösjännitysten vähentämisessä ja jännityskorroosiomurtumien riskin hillitsemisessä hitsausalueella. Menetelmän toimivuuden arvioimiseksi suoritettiin sekä kokeellisia että äärellisten elementtien analyysejä AISI 316L -ruostumattomasta teräksestä valmistetulle hitsille.

Laite

Paikallista hitsauksen jälkeistä lämpökäsittelyä (PWHT) käytetään hitsattujen rakenteiden jäännösjännitysten vähentämiseen. Tämä menetelmä on erityisen hyödyllinen silloin, kun kaikkien osien sijoittaminen uuniin kerralla ei ole käytännöllistä, kuten suurten paineastioiden tai erittäin pitkien putkien tapauksessa. PWHT voi olla kalliimpaa kuin lämpökäsittelytön valmistus, mutta se pidentää rakenteiden käyttöikää. Jotta käsittely olisi tehokasta, lämmitysnopeuksia on kuitenkin hallittava huolellisesti, jotta myötölujuus ei ylity, mikä johtaisi uusien jäännösjännitysten muodostumiseen hitsatuissa kokoonpanoissa.

Tehokkain tapa suorittaa paikallinen PWHT-käsittely on käyttää joustavia, levymäisiä keraamisia lämmittimiä, jotka voidaan sijoittaa joustavasti, peittää lämpöeristeellä lämmön siirtymisen estämiseksi viereisille pinnoille ja kytkeä sähkövirtalähteeseen, joka on ohjelmoitu säätämään niiden lämpötiloja ennalta määriteltyjen ohjauskäyrien mukaisesti – näitä lämmittimiä voidaan sitten valvoa kohdeosien lämpöparien avulla ja ohjata automaattisesti.

Lämpökäsittelyprosessin yhteydessä komponentit tarvitsevat riittävää tukea ympäristöstään. Tätä varten on sijoitettava strategisesti niiden muotoon sopivat tukipalkit; niiden välinen etäisyys riippuu komponenttien koosta, muodosta ja paksuudesta – näin varmistetaan, ettei käsittelyn aikana tapahdu muodonmuutoksia.

Aika

Paikallisen hitsauksen jälkeisen lämpökäsittelyn (PWHT) suorittamiseen tarvittava aika riippuu käytettävien lämmitysyksiköiden lukumäärästä. Esimerkiksi viiden PWHT-käsittelyä vaativan hitsatun osan käsittely voi kestää jopa 25 tuntia yhdellä lämmitysyksiköllä, koska ne vaativat useita lämmityssyklejä käsittelyn aikana. Lisäämällä tai vähentämällä käytettävien lämmitysyksiköiden määrää käsittelyaikaa voidaan kuitenkin lyhentää merkittävästi.

Paikallista PWHT-käsittelyä käytetään hitsausjännitysten lieventämiseen ja relaksointiin, mutta sen tehokkuus riippuu alkuperäisistä hitsausjännityksistä. Siksi ennen paikallisen PWHT-käsittelyn suorittamista on ehdottomasti otettava huomioon alkuperäinen jännitysjakauma; paikallisen PWHT-käsittelyn apulämmönlähteiden leveys voi muuttaa tätä jännitysjakaumaa merkittävästi.

Paikallisen jälkilämmityksen (PWHT) sopivan lisälämmitysleveyden tulisi olla yhtä suuri tai hieman pienempi kuin pohjalevyn suurin vetojännitys, ja lämpötilagradienttia tulisi rajoittaa vastaavasti; tämä arvo voidaan määrittää vertaamalla hitsatun osan suurinta vetolujuutta paikallisen jälkilämmityksen lämpötilagradienttiin; 3Rt olisi sopiva raja-arvo tapauksissa, joissa osan paksuus ylittää 30 mm.

Lämpötila

Paikallista hitsauksen jälkeistä lämpökäsittelyä tulisi käyttää vain silloin, kun kaikkien komponenttien sijoittaminen uuniin ei ole käytännöllistä, kuten suurten paineastioiden tai erittäin pitkien putkien käsittelyssä. On huolehdittava siitä, että lämmitys- ja jäähdytysnopeudet pysyvät vakioina ja tarkkoina ja että komponenttiin saavutetaan tasainen lämpötila koko paksuuden läpi. Epätasainen lämpeneminen voi aiheuttaa vaarallisia lämpötilagradientteja, jotka luovat jäännösjännityksiä, jotka ylittävät myötöjännityksen, mikä johtaa vikaantumiseen, mekaanisen eheyden menetykseen tai käyttölaitteiden rikkoutumiseen.

Käyttämällä paikallista PWHT-käsittelyä voidaan epätasapaksuisissa levyissä esiintyviä kehä- ja aksiaalisia jännityksiä vähentää merkittävästi. Apulämmitysalueen leveyden määrittämiselle ei kuitenkaan ole olemassa yhtenäistä laskentaperustetta, mikä johtaa vaihteleviin tuloksiin jäännösmuodonmuutosten poistamisessa PWHT-käsittelyn jälkeen. Siksi ihanteellisen leveyden määrittäminen on välttämätöntä. Jotta tämä voitaisiin tehdä tehokkaasti paksuudeltaan epätasaisilla levyillä, on olennaisen tärkeää määrittää sopiva PWHT-leveys paksuudeltaan epätasaisille levyille, joissa seinämän paksuus vaihtelee, käyttämällä halkaisijaltaan suuria, seinämän paksuudeltaan vaihtelevia päittäisliitoksella hitsattuja sylintereitä. Tässä tutkimuksessa analysoitiin eri kriteerien vaikutuksia jäännösmuodonmuutosten vähentämistuloksiin sekä jäännösaksiaalisten jännitysten poistumistuloksiin paikallisella PWHT-käsittelyllä suurihalkaisijaisissa päittäisliitosilla liitetyissä sylintereissä, jotka oli yhdistetty käyttämällä paikallista PWHT-käsittelyä suurihalkaisijaisissa päittäisliitosilla liitetyissä-hitsattuihin sylintereihin, joissa on erilaiset seinämän paksuudet. Tässä tutkimuksessa selvitettiin eri kriteerien vaikutuksia jäännösmuodonmuutokseen ja jännitysten poistumiseen paikallisen PWHT-käsittelyn jälkeen suurihalkaisijaisissa päittäishitsatuissa sylintereissä, jotka on yhdistetty käyttämällä paikallista PWHT-käsittelyä suurihalkaisijaisissa päittäishitsatuissa sylintereissä, joissa on erilaiset seinämän paksuudet-paksuisia sylintereitä, joissa on eripaksuiset seinämät, paikallisen PWHT-käsittelyn avulla, kun sitä käytettiin suurihalkaisijaisissa päittäisliitoksissa, joissa on eripaksuiset seinämät; päittäisliitoksissa suurihalkaisijaisista päittäisliitoksista; tuloksia arvioitiin sitten, kun paikallista PWHT-käsittelyä sovellettiin suurihalkaisijaisiin, seinämän paksuudeltaan erilaisiin päittäisliitoksin hitsattuihin sylintereihin yhdistetyllä PWHT-käsittelyllä, kun paikallista PWHT-käsittelyä sovellettiin päittäisliitoksissa suurihalkaisijaisiin-hitsattuihin sylintereihin, joissa on eripaksuisia seinämiä, eripaksuisia seinämiä, eripaksuisia seinämiä, paikallisilla PWHT-käsittelyillä, eripaksuisia seinämiä sisältäviin päittäisliitoksilla varustettuihin sylintereihin, joissa on eripaksuisia seinämiä, väheni päittäishitsauksen lämpövaikutuksen kautta PWHT-käsittelyn avulla, kun päittäishitsattuja-päätyhitsatut päätyhitsatut päätyhitsatut päätyhitsausliitokset, joissa käytettiin paikallista PWHT-käsittelyä päätyhitsatuissa päätyhitsatuissa päätyhitsatuissa päätyhitsatuissa päätyhitsatuissa päätyhitsatuissa päätyhitsatuissa päätyhitsatuissa päätyhitsausliitoksissa olivat päätyhitsatut-päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, päätyhitsaus, pää-hitsattuja sylintereitä, joissa käytettiin PWHT:tä, kun päittäishitsatut sylinterit, joissa oli eripaksuiset seinämät, päittäishitsattiin päittäisliitoksilla käyttäen päittäishitsaustekniikkaa paikallisella PW-hitsauksella hitsatut päittäishitsatut sylinterit päittäishitsaus päittäishitsatuissa päittäisliitoksissa päittäisliitoksissa-hitsausliitoksissa, kun suoritetaan päittäishitsaus päittäishitsauksessa käyttäen päittäishitsattuja päittäishitsattuja suurihalkaisijaisia päittäishitsattuja päittäishitsausliitoksia, päittäishitsausprosessilla käyttäen paikallista PWHT-käsittelyä paikallisen PW:n vuoksi