PWHT - välttämätön vaihe hitsausprosessissa

PWHT (hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely) on olennainen osa hitsausta, joka vähentää jäännösjännityksiä ja kuumentaa lämpövaurioalueen sekä parantaa hitsin sitkeyttä kylmähalkeamien välttämiseksi.

PWHT-menetelmässä materiaalia kuumennetaan tarkkaan lämpötilaan pitkäksi aikaa ja jäähdytetään sitten vähitellen ajan mittaan. Se on monimutkainen prosessi, joka vaatii erikoislaitteita ja -tiloja.

Hehkutus

Kuumennusmenetelmä ja metallin jäähtymisnopeus vaikuttavat suuresti sen lopullisiin ominaisuuksiin. Kokeneet asiantuntijat tietävät tarkalleen, miten nämä muuttujat tasapainotetaan, jotta tavallisesta metallista saadaan projektikohtaisia materiaaleja, jotka täyttävät kaikki vaatimuksesi.

Hehkutus pehmentää materiaalin rakennetta lisäämällä sen sitkeyttä ja vähentämällä sen kovuutta, jolloin se on paremmin työstettävissä. Tässä prosessissa materiaali kuumennetaan uudelleenkiteytymislämpötilan yläpuolelle ja jäähdytetään sitten vähitellen määrittelemättömällä nopeudella atomien uudelleenjakamiseksi ja sisäisten jännitysten poistamiseksi.

Teräksen ja rautamateriaalien kylmämuokkausta käytetään usein muodonmuutoksen aiheuttamien sisäisten jännitysten vähentämiseen ja samalla niiden muokkaamiseen ilman vääristymiä tai halkeamia. Tällä tekniikalla voidaan lievittää muodonmuutoksen aiheuttamia sisäisiä jännityksiä.

Hehkutus on myös ratkaiseva vaihe monien kriittisten komponenttien luomisessa, joita käytetään teollisuudessa, kuten energiantuotannossa ja öljy- ja kaasukuljetuksissa, sekä lääketieteellisissä laitteissa, kuten kirurgisissa ruostumattomasta teräksestä valmistetuissa instrumenteissa. Hehkutus varmistaa luotettavat hitsaussaumat putkissa, joita käytetään öljyn tai polttoaineen kuljettamiseen vaikeassa maastossa ja korkeissa paineissa; esimerkiksi polttoaineen kuljettamiseen käytettävien putkien on kestettävä kovaa maastoa ja kovaa painetta, joten ne yleensä hehkutetaan ennen käyttöä, jotta varmistetaan kestävät hitsaussaumat, jotka kestävät tällaiset vaatimukset.

PWHT-hehkutus voi myös parantaa hitsin lämpövaikutteisten vyöhykkeiden fysikaalisia ominaisuuksia, kuten vähentää haurautta ja metallikomponenttien taipumusta saostua tai jähmettyä vyöhykkeellä, mikä parantaa hitsattujen materiaalien lujuutta kokonaisuudessaan. Lisäksi raerakenteen hienosäätö parantaa mekaanisia ominaisuuksia myöhemmissä lämpökäsittelyissä tai kylmämuokkauksissa.

Normalisointi

Normalisointi on lämpökäsittelyprosessi, jossa metallia kuumennetaan hieman hehkutusta korkeampiin lämpötiloihin ja jäähdytetään sitten hitaasti takaisin, jotta sen mekaaniset ominaisuudet paranevat ja kovuus vähenee samalla kun sitkeys lisääntyy ja halkeiluriski pienenee. Sitä käytetään yleisesti kuumavalssattujen teräslevyjen, takomoiden, valukappaleiden sekä nikkelipohjaisten seosten yhteydessä.

Jännityksenpoisto on lämpökäsittely, jonka tarkoituksena on lievittää kappaleen jäännösjännityksiä. Prosessi voidaan suorittaa muuntamisen vähimmäislämpötilaa alhaisemmassa lämpötilassa. Jännityksenpoistoa voidaan käyttää hitsauksen sekä prosessien, kuten karkaisun, sammutuksen ja vanhentamisen aiheuttamien jännitysten poistamiseen sekä vedyn poistamiseen hitsatuista osista.

PWHT on olennainen prosessi monenlaisille laitteille, kuten paineastioille ja putkille. Se vähentää haurasmurtumariskiä, parantaa sitkeyttä ja voi vähentää jännityskorroosiohalkeilua; prosessi voi kuitenkin olla sekä kallis että aikaa vievä.

Jos komponentti altistetaan PWHT:lle, on tärkeää, että se on tuettu tarpeettoman vääristymisen välttämiseksi. Tämä voidaan toteuttaa käyttämällä telineitä, jotka on muotoiltu erityisesti kyseiselle osalle sopiviksi ja jotka on sijoitettu tasaisin välein; lisäksi sen tuet olisi valmistettava materiaaleista, jotka vastaavat sen lämpölaajenemiskerrointa, jotta saavutetaan parhaat mahdolliset tulokset.

Käsittelyn jälkeinen tarkastus

Hitsaus on olennainen osa monia teollisuudenaloja, mutta se voi kuitenkin heikentää materiaaleja ajan myötä. Materiaalien lujuuden suojelemiseksi hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely (PWHT), jota kutsutaan yleisesti hitsauksen jälkeiseksi lämpökäsittelyksi tai PWHT:ksi, olisi suoritettava säännöllisesti hitsauksen päätyttyä. PWHT auttaa vähentämään jäännösjännitystä, hallitsemaan kovuutta ja parantamaan toiminnallisuutta, mutta samalla se vähentää jäännösjännitystä, jos se tehdään väärin; onnistumisen varmistamiseksi PWHT-käsittelyn tulisi aina tehdä PWHT-käsittelyyn koulutettujen asiantuntijoiden toimesta.

PWHT-hitsit kuumennetaan alemman kriittisen muutoslämpötilan yläpuolelle ja pidetään siellä tietyn ajan. Uudelleenlämmitys ja jäähdytys saavat materiaalit laajenemaan, jolloin hitsausjännitykset purkautuvat. Tätä prosessia edellytetään usein teollisuusmääräyksissä metalleille, kuten hiiliteräkselle, työkarkaistulle teräkselle ja korkeaseosteiselle teräkselle.

PWHT lisää materiaalien sitkeyttä ja vähentää niiden alttiutta jännityskorroosiohalkeilulle sekä vahvistaa niitä jakamalla jäännösjännitykset tasaisemmin ja homogenisoimalla niiden mikrorakennetta. Tämä prosessi on erityisen hyödyllinen korkeille lämpötiloille tai korroosiolle altistuville hitsauskappaleille; laserhitsattujen NiTi-näytteiden väsymiskestävyys on parantunut sen jälkeen, kun ne on käsitelty PWHT:n avulla; ks. kuva 37, jossa esitetään erot superelastisten jaksotuskäyrien eroissa molemmilla tyypeillä. Tämä voi johtua siitä, että kaarrealueella muodostuu Ni4Ti3-saostumia, jotka pehmentävät karkearakeisia alueita, jolloin ne ovat vähemmän alttiita jännityskorroosiohalkeilulle ja jännityskorroosiohalkeilulle.

Kustannukset

PWHT-testaus voi olla aikaa vievää ja kallista, mutta sen vaikutukset voivat vaikuttaa vakavasti tuleviin ongelmiin ja sopimusriitoihin. Tämän vuoksi PWHT:lle olisi otettava käyttöön tehokas laadunvalvontamenetelmä; tavanomaiset ainetta rikkomattomat testausmenetelmät (NDT) eivät vastaa tähän tarpeeseen.

Tässä tutkimuksessa pyrittiin selvittämään terässilloissa esiintyvien jäykistettyjen levyosien paikallisen hitsauksen jälkeisen lämpökäsittelyn (PWHT) taloudellista ja mekaanista kannattavuutta. Arvioimme sekä uunilämmityksen että paikallisen PWHT-käsittelyn kustannukset, minkä jälkeen verrattiin niiden vaikutuksia jäännösjännitykseen. Lämpöelastis-plastinen äärellisten elementtien analyysi osoitti, että paikallinen PWHT-käsittely vähensi tehokkaasti suurinta vetojännitystä ja tasosta poikkeavia muodonmuutoksia.

Hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely (PWHT) on kriittinen vaihe metalliteollisuudessa sovelluksissa, kuten putkistoissa ja putkijohdoissa, paineastioissa, varastosäiliöissä sekä offshore- ja onshore-lautoissa. PWHT-prosessien tarkoituksena on lievittää jäännösjännityksiä, lisätä sitkeyttä ja lieventää hitsin aiheuttamia jännityksiä sekä parantaa metallurgisia ominaisuuksia karkaisemalla, saostamalla tai vanhentamalla hitsin jälkilämpökäsittelyn avulla.