Vähennä PWHT-paksuusvaatimusta ASME B31 3:n mukaisesti.

1. Materiaalin paksuus

Sekä petrokemian teollisuus että energiantuottajat ovat ilmaisseet kiinnostuksensa vähentää hitsauksen jälkeistä lämpökäsittelyä (PWHT) vaativien hitsausliitosten määrää. Kustannusten ja ydinvoimalaitosten mahdollisten seisokkiongelmien vuoksi useat EPRI:n tilaajat ovat ehdottaneet, että olisi syytä tutkia nykyisiä vaatimuksia ja poikkeuksia ja selvittää, olisiko niiden lieventäminen teknisesti toteutettavissa.

Tutkijat ovat tulleet siihen tulokseen, että PWHT-vaatimukset perustuvat yleensä enemmän alan käytäntöihin kuin erityisiin metallurgisiin ja rakenteellisiin näkökohtiin, kun vaatimuksia asetetaan, ja PWHT-vaatimusten ulkopuolelle jättämistä koskevien säännöstön osien välillä voi olla huomattavia epäjohdonmukaisuuksia. Näiden havaintojen perusteella nykyisten vaatimusten lieventäminen voi olla mahdollista ydinkäyttöön tarkoitetuissa sovelluksissa, mutta ensin on kuitenkin suoritettava huolellinen tarkastelu, jotta voidaan varmistaa, että PWHT-käsittelyllä saavutetaan riittävä halkeilunkestävyys ja jäännösjännityksen poisto.

2. Lämpökäsittely

Korkean lämpötilan PWHT-käsittelyn läpikäyneet putkihitsit voivat olla kalliita käyttää, ja ydinvoimalaitosten seisokkikustannukset voivat olla huomattavat, joten olisi ihanteellista, jos mahdollisimman monille hitsauskappaleille tehtäisiin tällaisia käsittelyjä, koska se voi vähentää seisokkikustannuksia merkittävästi.

Useissa säännöstöissä, kuten B&P Vessel Code Section III:ssa ja joissakin petrokemian alan säännöstöissä, edellytetään hitsauksen jälkeistä lämpökäsittelyä, kun hitsin paksuus ylittää tietyn rajan; yleensä tämä raja liittyy Charpy-energialla mitattuihin sitkeysvaatimuksiin. Tässä asiakirjassa tutkitaan, onko ja missä poikkeusvaatimuksissa on eroja eri voimassa olevissa säännöissä; sen jälkeen ehdotetaan järkeistämisvaihtoehtoja mahdollisiksi ratkaisuiksi.

PWHT-vaatimuksia koskevat tutkimukset osoittavat, että ne heijastavat pikemminkin teollisuuden perinteisiä käytäntöjä kuin erityisiä metallurgisia tai rakenteellisia näkökohtia. Esimerkiksi CR-Mn-teräksistä valmistettujen hitsaussaumojen osalta ASME B31.3 "Power Piping" -standardin mukaista alempaa paksuusrajaa ja EEMUA 158 -standardin mukaista 40 mm:n raja-arvoa voitaisiin lieventää ilman, että hitsattujen hitsaussaumojen rakenteellinen eheys kärsisi; tämä alentaisi huomattavasti PWHT-kustannuksia ja säästäisi hitsauspalveluista aiheutuvia huomattavia kustannuksia.

3. Hitsausmenetelmä

Hitsausta edeltävät ja hitsauksen jälkeiset lämpökäsittelyt ovat olennainen osa vahvoja, turvallisia ja vaatimustenmukaisia hitsejä. Esilämmityksessä perusmateriaalia lämmitetään ennen hitsausta lämpögradienttien pienentämiseksi ja vedyn aiheuttaman halkeilun estämiseksi; hitsauksen jälkeisissä lämpökäsittelyissä (PWHT) käytetään kontrolloitua lämmitystä hitsauksen jälkeen jäännösjännitysten lieventämiseksi ja materiaaliominaisuuksien parantamiseksi.

PWHT auttaa vähentämään jännitystä ja parantamaan samalla sitkeyttä ja lujuutta, mikä pidentää komponenttien käyttöikää ASME Section VIII -standardin vaatimusten mukaisesti yli 38 mm paksun hiiliteräksen tai halkeilulle alttiiden seosten osalta. Se on pakollinen tällaisissa tapauksissa.

Vastus- tai induktiolämmitysmenetelmillä saadaan nopeampia ja tarkempia tuloksia kuin vastuksen avulla. Keraamiset mattolämmittimet, induktiokelat tai kaasu- tai sähköuunit voivat kaikki soveltua. Voit ehkä luopua esilämmityksestä, jos käytät alle 25 mm:n materiaaleja, mutta tarkista ensin sääntöjen vaatimukset. Austeniittiset ruostumattomat teräkset eivät yleensä vaadi PWHT-käsittelyä, koska niiden korroosionkestävyys ja sitkeys ovat erinomaisia - sitkeyden palauttamiseksi saatetaan kuitenkin tarvita ikääntymiskäsittelyjä tai liuotuskäsittelyjä; muut ydinsovelluksissa käytettävät materiaalit saattavat tarvita ylimääräisen jännityksenpoisto- ja karkaisulämpökäsittelyprosessin ennen lopullista käyttöä.

4. Ohjauspaksuus

Petrokemian ja energiantuotannon teräksen käyttäjät saattavat nähdä B31.3:n ja BS 2633:n poikkeusvaatimusten tarjoavan mahdollisuuden vähentää hitsauksen jälkeistä lämpökäsittelyä koskevia vaatimuksia, mutta kun niitä verrataan hiilimangaaniteräksen vaatimuksiin, kuten B31.1:n, PD 5500:n, EEMUA 158:n offshore-rakenteita koskeviin vaatimuksiin jne. tämä yhteensovittaminen ei välttämättä ole mahdollista.

Taulukosta 1 käy ilmi, että näiden poikkeusten saavuttamiseksi vaadittu paksuus voisi olla vain 14 mm yksinkertaisissa hitsauksissa, joissa on hyvät yksityiskohdat ja kvasistaattiset venymätaajuudet; se olisi todennäköisesti paljon pienempi aggressiivisemmissa hitsausolosuhteissa, joissa esiintyy suuria jännityskeskittymiä ja suuria jännityskeskittymiä. Lisäksi murtumissitkeysvaatimuksissa ei käsitellä hitsauksen HAZ-sitkeysvaatimuksia, ja tätä alaa on syytä tarkastella tarkemmin murtumismekaniikan avulla toteutetun lähestymistavan perusteella tällaisten sitkeysvaatimusten täyttämiseksi.