PWHT-ratkaisut - lujuuden ja eheyden varmistaminen hitsatuissa rakenteissa

Hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely (PWHT) vähentää jäännösjännityksiä, jotka muutoin saattaisivat johtaa hitsattujen rakenteiden vääristymiseen ja halkeiluun, sekä estää haurasmurtuman, jännityskorroosiohalkeilun ja väsymyksen kehittymisen näissä materiaaleissa. pwht:ssä hitsattua metallia kuumennetaan tiettyyn lämpötilaan pitkäksi ajaksi, minkä jälkeen prosessia ohjataan liiallisen pehmenemisen, karkaisun haurastumisen ja halkeilun välttämiseksi.

Hitsaus ja lämpökäsittely

Hitsaus on olennainen osa teräsrakenteiden luomista, mutta sen aiheuttamat jäännösjännitykset voivat johtaa niiden romahtamiseen. Tämän riskin poistamiseksi hitsauksen jälkeistä lämpökäsittelyä (PWHT) olisi käytettävä hitsauksen jälkeen rakenteen jännitystasojen vähentämiseksi ja sen eheyden säilyttämiseksi.

PWHT-ratkaisuihin kuuluu lämpöprosessi, jossa hitsattua metallia kuumennetaan tiettyyn lämpötilaan pitkäksi aikaa ja jäähdytetään sitten vähitellen takaisin ajan myötä. Tämä auttaa lievittämään hitsausliitoksen jäännösjännityksiä ja parantaa samalla mekaanisia ominaisuuksia ja hienosäätää mikrorakennetta.

pwht-vaatimukset riippuvat seoksesta, poikkileikkauksen paksuudesta ja muista projektin muuttujista; yleensä paksut teräkset vaativat sitä kuitenkin useammin, koska rajoitukset aiheuttavat herkempiä pintoja, jotka voivat murtua haurasmurtumasta.

PWHT voi auttaa tässä pyrkimyksessä karkaisemalla kovaa hitsausvyöhykettä (HAZ), ehkäisemällä haurasmurtumia käytön aikana ja lisäämällä hitsin lujuutta.

Jäännösjännitykset

Jäännösjännitykset ovat komponenttien itsetasapainottuvia sisäisiä rasituksia, jotka johtuvat epätasaisista samanaikaisista lämmitys- ja jäähdytysnopeuksista, paikallisista kutistumisnopeuden vaihteluista hitsin osien välillä, metallin faasimuutoksiin liittyvistä rasituksista tai ulkoisista kuormituksista, jotka jäävät jäljelle hitsauksen päätyttyä. Kun nämä jäännösjännitykset lisäävät ulkoisesti kohdistuvia ulkoisia kuormituksia, ne nostavat jännitysjännitystasoja rakenteen kriittisissä kohdissa, mikä johtaa suuriin jännityksiin jännityksenpoiston kriittisissä kohdissa, mikä puolestaan aiheuttaa suurempia jännitysjännityksiä kriittisissä kohdissa samalla, kun puristusjännitys vähenee muualla. Hitsaus voi aiheuttaa jäännösjännityksiä, jotka johtuvat epäyhtenäisistä samanaikaisista lämmitys-/jäähdytysjaksoista, osien välisistä paikallisista vaihteluista, osien välisistä erilaisista jäähdytysnopeuksista, hitsausprosessin vaiheiden välisiin faasimuunnoksiin liittyvistä rasituksista tai hitsausosien välisiin epäyhtenäisiin samanaikaisiin lämmitys-/jäähdytysolosuhteisiin liittyvistä faasimuunnoksiin liittyvistä rasituksista, eri osien erilaisista jäähdytysnopeuksista johtuvista paikallisista vaihteluista kutistumisen välillä, tai eri osien erilaisista jäähdytysnopeuksista johtuvista paikallisia vaihteluista tai faasimuunnoksiin liittyvistä rasituksista, jotka johtuvat hitsausprosessin faasimuunnosten aikana hitsauslämpötilojen eroista aiheutuvista faasimuunnosten muutoksista, mikä johtaa viime kädessä rakenteiden vioittumiseen rakenteeseen kohdistuvien ulkoisten kuormitusten vuoksi.

Hitsauksen aiheuttamilla jäännösjännityksillä voi olla tuhoisia seurauksia, kuten vääristymiä, halkeilua ja haurasmurtumia. Jäännösjännityskeskittymät, jotka ylittävät materiaalin myötölujuuden, voivat johtaa yksiakselisten veto- tai puristushalkeamien muodostumiseen joko itse hitsausalueelle tai rakenteen viereisiin osiin.

Hitsattujen komponenttien tai rakenteiden jäännösjännitykset riippuvat monista tekijöistä, kuten hitsausliitoksen geometriasta, hitsausmenetelmissä käytetyistä materiaaleista, käytetyistä valmistus-/korjausprosesseista, hitsauksen jälkeisistä lämpökäsittelyistä, kuormitusolosuhteista ja käyttöhistoriasta.

Suurin osa jäännösjännityksistä on tuntemattomia tai aliarvioituja, koska mittausmenetelmien tarkkuus on puutteellinen ja koska rakenteiden koko elinkaarta ei ole dokumentoitu kattavasti. Jäännösjännitysten ennustaminen tai lieventäminen edellyttää parempaa ymmärrystä ja mallintamista siitä, miten rakenneosat ovat vuorovaikutuksessa valmistus- ja käyttöhistorian aikana, sekä parempaa tietoa siitä, milloin nämä vuorovaikutukset ovat saattaneet tapahtua.

Mikrorakenteelliset muutokset

Osana hitsausprosessia sula hitsiaine altistuu korkeille lämpötilagradienteille, jotka voivat aiheuttaa mikrorakennemuutoksia, jotka heikentävät hitsiaineen mekaanisia ominaisuuksia, kuten sitkeyttä ja muovattavuutta, mikä johtaa murtumisriskiin käytön aikana tai jännityskorroosiohalkeiluun. Näin ollen tällä menetelmällä hitsatut rakenteet ovat vaarassa murtua.

Hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely (PWHT) on tärkeä prosessi, jolla voidaan ratkaista monia hitsaukseen liittyviä ongelmia ja samalla vahvistaa ja lisätä rakenteiden lujuutta. Jotta PWHT:stä saataisiin optimaaliset tulokset, on tärkeää noudattaa parhaita käytäntöjä, kuten tehokkaan menetelmän valintaa, oikeita lämmitys-/jäähdytyslämpötiloja, laadunvalvontaa käsittelyprosessin aikana sekä laadunvarmistusta hitsauksen jälkeisen tarkastusprosessin aikana. Noudattamalla näitä sääntöjä rakenteestasi tulee ajan myötä vahvempi ja luotettavampi.

pwht voi auttaa vähentämään ja jakamaan jäännösjännityksiä, mutta PWHT:llä voi olla myös muita etuja korkeammissa lämpötiloissa. Karkaisu- tai saostusprosessit voivat vähentää kovuutta ja parantaa samalla sitkeyttä.

Valitsemasi hehkutustapa riippuu sekä materiaalista että sen seostuksesta. Hiilipitoisuuden tai paksuuden kasvaessa voidaan todennäköisemmin vaatia PWHT-hehkutusta; monet säännöt edellyttävät PWHT-käsittelyä, jos hitsiaine ylittää tietyn paksuuden; lisävaatimuksiin voi kuulua kemiallinen koostumus tai alttius jännityskorroosiohalkeilulle.

Optimointi

Teräskomponenttien hitsattavuus riippuu muun muassa hitsausprosessista ja materiaalin ominaisuuksista; rakennesuunnittelijoiden olisi otettava huomioon suunnittelemiensa komponenttien hitsattavuus käytössä, jotta vältetään ennenaikaiseen vikaantumiseen johtavien jännitystä lisäävien ominaisuuksien luominen.

pwht-ratkaisuja saatetaan tarvita hitsausprosessien aiheuttamien jäännösjännitysten ja mikrorakennemuutosten, myös jäännösjännitysten, käsittelemiseksi. PWHT tarkoittaa materiaalin lämmittämistä tietyssä lämpötilassa pidemmän ajanjakson ajan, jotta nämä jännitykset jakautuisivat tasaisemmin koko rakenteeseen ja samalla kovuus-, sitkeys- ja sitkeystasot alenisivat suunnittelun vaatimusten mukaisiksi.

Koska PWHT-lämpötila riippuu materiaalin metallurgisista ominaisuuksista, sen määrittäminen riippuu useista tekijöistä, kuten hitsattavuudesta ja käyttövaatimuksista. Esimerkiksi hitsausmenetelmissä, joissa käytetään vähähiilisiä mietoja teräksiä tai kromimolybdeeniteräksiä ja joissa on iskuvaatimuksia, määritetään tyypillisesti esilämmityksen ja läpiviennin vähimmäislämpötilat, jotka riippuvat paksuudesta.

PWHT-lämpötiloja on hallittava huolellisesti, jotta vältetään suurten komponenttien, kuten painesäiliöiden ja putkien, liiallinen vääntyminen ja haurastuminen, sillä ne on tuettava erityisesti kullekin komponentille muotoilluilla jalustoilla. Jotta lämpö jakautuisi tasaisesti koko prosessin ajan, nämä jalustat olisi sijoitettava tasaisin väliajoin riittävän tuen varmistamiseksi.