Teräksisten siltarakenteiden hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely (PWHT)

Hitsauksen jälkeinen paikallinen lämpökäsittely (PWHT) voi olla taloudellinen ja vähemmän invasiivinen tapa lieventää hitsausjäännösjännityksiä suurissa paineastioissa ja putkissa, mikä auttaa alentamaan laitteistokustannuksia pienentämällä laitteiden kokoa ja vähentämällä laitteistotarpeita.

Paikalliset PWHT-prosessit koostuvat tyypillisesti kolmesta erillisestä vyöhykkeestä, jotka on tarkoitettu lämpötilan vakauttamiseen, kuumentamiseen ja lämpötilagradientin säätelyyn – vaikka niiden leveyksille ei olekaan vakiomittausta.

Kustannukset

Tässä tutkimuksessa tarkasteltiin teräksisten siltarakenteiden paikallista hitsauksen jälkeistä lämpökäsittelyä (PWHT) sekä taloudellisesta että mekaanisesta näkökulmasta. Tutkimuksessa tehtiin kustannusarvioita ja vertailuja uunissa suoritettavan PWHT-käsittelyn ja paikallisen PWHT-käsittelyn välillä.

Paikallisen PWHT-käsittelyn kustannusten todettiin olevan huomattavasti alhaisemmat kuin uunissa suoritettavan PWHT-käsittelyn kustannukset; sen kesto vaihteli kuitenkin käytettävien lämmityslaitteiden lukumäärän mukaan; esimerkiksi jos viisi hitsattua osaa jäykisteiden ympärillä lämmitetään viidellä lämmityslaitteella kerralla, PWHT-käsittely voi kestää viisi tuntia.

Tämä tutkimus osoitti, että paikallinen PWHT on kustannustehokkaampaa kuin perinteinen menetelmä ja tuo merkittäviä säästöjä hankkeen kokonaisbudjettiin. Lisäksi paikallinen PWHT voi vähentää uusinta- ja korjaustöitä.

Aika

Paikallinen PWHT vie vähemmän aikaa ja on edullisempi kuin uunissa suoritettava PWHT, minkä vuoksi se on kustannus- ja aikakriteereiden kannalta parempi vaihtoehto. Näiden vaihtoehtojen välillä valittaessa on kuitenkin harkittava huolellisesti käytettävien lämmitysyksiköiden lukumäärää, sillä se vaikuttaa PWHT-prosessin kestoon – lämpötilagradientin säätöalueet, pitoalueet ja siirtoalueet riippuvat kaikki siitä, kuinka monta lämmitintä PWHT:n aikana käytetään.

Turvallisuus

Hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely (PWHT) on keskeinen tekijä paineastioiden ja putkistojen jäännösjännitysten vähentämisessä, erityisesti kun kyseessä ovat tietyn paksuusrajan ylittävät hiiliteräkset, heikosti seostetut materiaalit tai muut materiaalit, jotka ovat alttiita halkeamien syntymiselle ja hauraalle murtumiselle. PWHT voidaan suorittaa paikallisesti säiliön sisällä sen sijaan, että käsiteltäisiin kaikki painealueet kerralla; paikallisen PWHT:n virheellinen suunnittelu voi kuitenkin johtaa vääntymiseen ja halkeilemiseen vierekkäisten hitsaussaumojen välillä.

Tällaisten ongelmien välttämiseksi voidaan suorittaa edistyneitä laskennallisia simulaatioita, joilla tutkitaan paikallisten pistekohtaisten PWHT-kokoonpanojen lämpö- ja mekaanista käyttäytymistä. Tällaiset mallit auttavat varmistamaan, ettei PWHT aiheuta muodonmuutoksia, viereisten hitsien halkeilua tai vakavia jäännösjännityksiä; lisäksi näiden simulaatioiden tulokset voivat ohjata optimaalisen paikallisen PWHT-kokoonpanon valintaa.

Paikallinen PWHT-käsittely suoritetaan usein levytyyppisillä keraamisilla lämmittimillä, jotka voidaan räätälöidä nimenomaan kutakin lämmitettävää säiliötä varten ja jotka koostuvat sähkölämmitteisistä langoista ja lämpöeristemateriaaleilla päällystetyistä keraamisista osista. Kunkin hitsatun alueen lämpötilahistoria määritetään kohdekappaleisiin kiinnitettyjen lämpöparien avulla – samalla kun sekä lämmittimiä että lämpöeristemateriaaleja säädetään sopivan lämmitysalueen saavuttamiseksi – mikä tarjoaa taloudellisempia ja turvallisempia tuloksia kuin perinteiset uunissa suoritettavat PWHT-menetelmät.

Säännösten noudattaminen

Paikallinen hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely (PWHT) on menetelmä, jolla hitsattujen rakenteiden jäännösjännityksiä poistetaan lämmittämällä hitsaussauman ympärillä olevia alueita. PWHT:tä voidaan käyttää paineastioiden halkeamien korjaamiseen tai tulevien rakenteellisten vaurioiden ehkäisemiseen, vaikka sen alkuperäiset kustannukset voivat olla korkeammat verrattuna tuotantoon ilman PWHT:tä; kaikki lisäedut tulisi arvioida huolellisesti suhteessa niihin liittyviin kustannuksiin, erityisesti kun tarkastellaan pitkän aikavälin käyttöikää.

Paikallisessa PWHT-menetelmässä lämpövyöhykkeet sijoitetaan hitsaussauman molemmille puolille. Niiden leveyttä voidaan mukauttaa teräksen yksilöllisten metallurgisten ominaisuuksien mukaan ja muokata edelleen hitsauslaadun parantamiseksi.

Paikallinen PWHT eroaa perinteisistä hitsaustekniikoista siinä, että se ei vaadi hitsauksen jälkeistä karkaisua ja voidaan suorittaa nopeammin, minkä vuoksi se sopii erinomaisesti eri paksuisille rakenteille ja poistaa tehokkaasti hitsauskohtien jännityskertymiä. Lisäksi eräässä tutkimuksessa osoitettiin, että tällä tekniikalla onnistutaan lieventämään sekä kehä- että aksiaalisia jännityksiä.

Tässä tutkimuksessa selvitettiin paikallisen jälkilämmityksen (PWHT) taloudellisia ja mekaanisia vaikutuksia terässiltojen jäykistettyihin levyalueisiin. Tulokset osoittivat, että paikallinen PWHT-käsittely vaatii vähemmän rahaa ja aikaa kuin uunissa suoritettava PWHT-käsittely; sen kustannukset riippuvat kuitenkin siitä, kuinka monta lämmitysyksikköä käytetään; kun käytetään vain yhtä lämmitysyksikköä, PWHT-käsittelyn suorittaminen voi kestää 25 tuntia.