PWHT megoldások - A hegesztett szerkezetek szilárdságának és integritásának biztosítása

A hegesztés utáni hőkezelés (PWHT) csökkenti a maradó feszültségeket, amelyek egyébként a hegesztett szerkezetekben torzuláshoz és repedésekhez vezethetnének, valamint megakadályozza a rideg törés, a feszültségkorróziós repedés és a fáradás kialakulását ezekben az anyagokban.A pwht magában foglalja a hegesztett fém hosszabb ideig tartó, meghatározott hőmérsékletre történő melegítését, majd a folyamat szabályozását a túlzott lágyulás, az edzés okozta ridegség és a repedés elkerülése érdekében.

Hegesztés és hőkezelés

A hegesztés az acélszerkezetek létrehozásának szerves részét képezi, de a hegesztési maradó feszültségek összeomlásukhoz vezethetnek. E kockázat kezelésére a hegesztés utáni hőkezelést (PWHT) kell alkalmazni a hegesztés után, hogy csökkentsék a szerkezeten belüli feszültségszinteket és megőrizzék annak integritását.

A PWHT-megoldások közé tartozik egy termikus folyamat, amely során a hegesztett fémet hosszabb ideig meghatározott hőmérsékletre melegítik, majd idővel fokozatosan visszahűtik. Ez segít enyhíteni a hegesztési varratban lévő maradó feszültségeket, miközben egyidejűleg javítja a mechanikai tulajdonságokat és finomítja a mikroszerkezetet.

A pwht követelményei az ötvözettől, a keresztmetszet vastagságától és más projektváltozóktól függnek; általában azonban a vastag keresztmetszetű acél általában gyakrabban igényli azt, mivel a korlátok miatt sérülékenyebb felületek keletkeznek, amelyek törékenyebb töréstörést okozhatnak.

A PWHT segíthet ebben az erőfeszítésben a kemény hegesztési zóna (HAZ) edzésével, segít megelőzni a rideg töréses törések meghibásodását az üzemelés során, és növeli a hegesztés szilárdságát.

Maradó feszültségek

A maradó feszültségek az alkatrészekben lévő, önmagukban kiegyenlített belső feszültségek, amelyek a nem egyenletes egyidejű fűtési és hűtési sebességekből, a hegesztés részei közötti zsugorodási sebességek helyi eltéréseiből, a fém fázisátalakulásához kapcsolódó feszültségekből vagy a hegesztés befejezése után fennmaradó külső terhelésekből erednek. Amikor ezek a maradó feszültségek növelik a külsőleg alkalmazott külső terheket, megnövelik a szerkezet kritikus helyein a húzófeszültség szintjét, ami a feszültségmentesítés kritikus pontjain magas feszültséghez vezet, ami viszont a kritikus helyeken magasabb húzófeszültséget okoz, miközben máshol egyidejűleg csökken a nyomófeszültség. A hegesztés maradó feszültségeket idézhet elő a nem egyenletes egyidejű fűtési/hűtési ciklusok, az alkatrészek közötti helyi eltérések, az alkatrészek közötti eltérő hűtési sebességek, a hegesztési folyamat szakaszai közötti fázisátalakulásokhoz kapcsolódó feszültségek, vagy a hegesztési alkatrészek közötti nem egyenletes egyidejű fűtési/hűtési feltételek miatt a fázisátalakulásokhoz kapcsolódó feszültségek; a különböző szakaszok eltérő hűtési sebességéből adódó helyi zsugorodások közötti eltérések vagy a hegesztési folyamat fázisátalakulásai során a hegesztési hőmérsékletkülönbségek miatt bekövetkező fázisátalakulások által okozott fázisátalakulásokhoz kapcsolódó feszültségek; végül a szerkezetekre ható külső terhek miatt szerkezeti meghibásodáshoz vezet.

A hegesztés által kiváltott maradó feszültségek katasztrofális következményekkel járhatnak, beleértve a torzulást, a repedést és a rideg törést. Az anyag folyáshatárát meghaladó maradó feszültségkoncentrációk egytengelyű húzó- vagy nyomó repedések kialakulásához vezethetnek akár magán a hegesztési területen, akár a szerkezet szomszédos részein.

A hegesztett alkatrészek vagy szerkezetek maradó feszültségei számos tényezőtől függnek, beleértve a hegesztési kötés geometriáját, a hegesztési eljárások során használt anyagokat, az alkalmazott gyártási/javítási eljárásokat, a hegesztés befejezése után alkalmazott hőkezeléseket, a terhelési körülményeket és az üzemi előzményeket.

A legtöbb maradó feszültség ismeretlen vagy alulbecsült marad, mivel a mérési módszerek nem elég pontosak, és a szerkezetek teljes életciklusára vonatkozó teljes dokumentáció sem áll rendelkezésre. Az ilyen feszültségek előrejelzéséhez vagy mérsékléséhez jobban meg kell érteni és modellezni kell, hogy a szerkezeti elemek hogyan lépnek kölcsönhatásba a gyártás és a működés során, továbbá jobban meg kell ismerni, hogy ezek a kölcsönhatások mikor következhettek be.

Mikroszerkezeti változások

A hegesztési folyamat részeként az olvadt hegesztőfém magas hőmérséklet-gradienseknek van kitéve, ami olyan mikroszerkezeti változásokat eredményezhet, amelyek csökkentik a mechanikai tulajdonságait, például a képlékenységet és a szívósságot - ami az üzem közbeni törés vagy a feszültségkorróziós repedéses meghibásodás kockázatához vezet. Ezáltal az ilyen eljárással hegesztett szerkezetek törésveszélynek vannak kitéve.

A hegesztés utáni hőkezelés (PWHT) olyan alapvető folyamat, amely számos hegesztéssel kapcsolatos problémát megoldhat, miközben erősíti és növeli a szerkezetek szilárdságát. Ahhoz, hogy a PWHT optimális eredményt adjon, elengedhetetlen a legjobb gyakorlatok követése, mint például a hatékony módszer kiválasztása, a megfelelő fűtési/hűtési hőmérséklet, a kezelési folyamat alatti minőségellenőrzés, valamint a hegesztés utáni ellenőrzési folyamat során végzett minőségbiztosítás. Ezen szabályok betartásával a szerkezet idővel erősebbé és megbízhatóbbá válik.

A pwht segíthet a maradó feszültségek csökkentésében és újraelosztásában, de a PWHT-nak magasabb hőmérsékleten további előnyei is lehetnek. Az edzési vagy kicsapási folyamatok csökkenthetik a keménységet, miközben javítják a képlékenységet.

A választott izzítás típusa az anyagtól és az ötvözési rendszertől is függ. A széntartalom vagy a vastagság növekedésével nagyobb valószínűséggel lehet szükség PWHT lágyításra; számos szabályzat előírja a PWHT kezelést, ha a hegesztési anyag vastagsága meghalad egy bizonyos vastagságot; további követelmények lehetnek a kémiai összetétel vagy a feszültségkorróziós repedésre való hajlam.

Optimalizálás

Az acél alkatrészek hegeszthetősége olyan tényezőktől függ, mint a hegesztési eljárás és az anyagtulajdonságok; a szerkezettervező mérnököknek figyelembe kell venniük az általuk tervezett alkatrészek hegeszthetőségét az üzemben, hogy elkerüljék a feszültséget növelő, idő előtti meghibásodáshoz vezető jellemzők kialakulását.

pwht megoldásokra lehet szükség a hegesztési folyamatok által okozott maradó feszültségek és mikroszerkezeti változások kezelésére, beleértve a maradó feszültségeket is. A PWHT során az anyagot meghatározott hőmérsékleten hosszabb ideig melegítik, hogy ezeket a feszültségeket egyenletesebben osszák el a szerkezetben, miközben egyidejűleg csökkentik a keménységi szintet, javítják a duktilitást és a szívóssági szintet, hogy megfeleljenek a tervezési előírásoknak.

Mivel a PWHT-hőmérséklet az anyag metallurgiai tulajdonságaitól függ, annak meghatározása több tényező kombinációjától függ, beleértve a hegeszthetőséget és az üzemi követelményeket. Például az alacsony széntartalmú lágyacélokat vagy króm-molibdénacélokat érintő hegesztési eljárások, amelyekhez sokkhatás szükséges, általában a vastagságtól függő minimális előmelegítési és áthaladási hőmérsékletet határoznak meg.

A PWHT-hőmérsékleteket gondosan kell kezelni, hogy elkerülhető legyen a nagyméretű alkatrészek, például a nyomástartó edények és csövek túlzott torzulása és temperálódása, amelyeknek az egyes alkatrészekhez speciálisan kialakított támasztékokra van szükségük. Annak érdekében, hogy a hő egyenletes eloszlása biztosított legyen a folyamat során, ezeket az állványokat rendszeres időközönként kell elhelyezni, hogy elegendő alátámasztást biztosítsanak.