Hegesztés utáni hőkezelés (PWHT) Kódok

A csővezetékek és nyomástartó edények jelenlegi tervezési szabályzata előírja, hogy a PWHT akkor lehet szükséges, ha az anyagvastagság meghalad egy meghatározott küszöbértéket, amelyet jellemzően a Charpy-energia mérésével határoznak meg. Egyes szén- és alacsonyan ötvözött acélok mentesülnek ez alól, ha megfelelő előmelegítési ciklust alkalmaznak.

Az acélcsövek hegesztési varratai a Mohr által végzett értékelés szerint nem igényelnek PWHT-kezelést.

Mi az ASME PWHT?

A hegesztés utáni hőkezelés (PWHT) egyre népszerűbb technika a hegesztési maradó feszültségek enyhítésére a nyomástartó edényekben és csővezeték-berendezésekben, gyakran a szabályzatokban előírt, bizonyos vastagsági küszöbértékek feletti vastagságú szénacél hegesztési varratok esetében, hogy csökkentsék a repedések kialakulására és a rideg törésre való hajlamot. Sajnos a PWHT végrehajtása nagyméretű alkatrészeken néha nem kivitelezhető vagy költséges a távoli elhelyezkedés vagy a nagy alkatrésztömeg miatt, ezért helyette pontszerű vagy bulls eye PWHT-konfigurációkat alkalmazhatnak.

Ezek a konfigurációk jellemzően áztató, fűtő és gradiens vezérlő sávokat alkalmaznak, amelyek méretezése és elhelyezése megakadályozza a torzulást, a szomszédos hegesztési varratok repedését és a súlyos maradó feszültségek kialakulását. Sajnos e konstrukciók összetettsége miatt a hő-mechanikai reakció pontos előrejelzése rendkívül nagy kihívást jelent a tervezésükben. Az ebben a vizsgálatban alkalmazott fejlett számítógépes szimulációs technikák lehetőséget nyújtanak az elemzőknek annak biztosítására, hogy a berendezések javítását követően bevezetett helyi PWHT-konfigurációk ne okozzanak költséges további károkat, például torzulást és repedéseket, amelyek tovább hosszabbítják a berendezések leállási idejét.

A nyomástartó edények és csővezetékek jelenlegi tervezési szabályzata általában előírja a PWHT-t, ha a hegesztési varrat vastagsága meghaladja az anyag Charpy-ütésvizsgálati tulajdonságai által meghatározott értéket, azonban a követelmények szabályzatokonként eltérőek, és a különböző szabályzatokban meghatározott vastagsági határértékek között jelentős eltérések vannak. Vizsgálatunk kimutatta, hogy a PD5500 által alkalmazott megközelítéshez hasonló megközelítés alkalmazása segíthetne az eltérő előírások némelyikének kezelésében.

Mi az ASME PWHT vastagsági küszöbérték?

Amint az 1. táblázatban látható, míg a csővezetékekre és nyomástartó edényekre vonatkozó szabályzatok általában 19 mm-es PWHT-t írnak elő a C-Mn acélok esetében, az általános szerkezetépítési szabványok, mint például a BS 5400 a hidakra vagy a 2633 [25] az épületekre, a PWHT-követelmények alóli mentességi küszöbértékeket állapíthatnak meg. Ezek az eltérések valószínűleg az acélok kémiai összetételének különbségeire, valamint a törési szívósságra vonatkozó eltérő követelményekre vezethetők vissza (mint az ábrán látható).

A hegesztés utáni hőkezelés a hegesztett fém és az alapfém mikroszerkezetének edzésével jelentősen csökkenti a maradó feszültséget, ezáltal jelentősen csökkenti a hegesztési varratban lévő maradó feszültségeket, növeli annak szilárdságát és szívósságát, és csökkenti a környezeti hatások által okozott repedések kockázatát.

A PWHT csökkentheti a termikus torzulást is, amely költséges a nyomástartó berendezések esetében, és meghosszabbítja a javítási leállási időt, amely a működőképesség helyreállításához szükséges. A megfelelő PWHT elérése az előmelegítés és a hűtési sebesség közötti ideális egyensúly megteremtésével kulcsfontosságú a sikerhez.

A fejlett nemlineáris FEA-szimuláció segítségével meghatározható a nyomástartó berendezések javításához szükséges optimális PWHT-konfiguráció. A hegesztési varratok különböző előmelegítési és hűtési körülményekre adott hő-mechanikai reakcióinak szimulálásával ez a módszer olyan optimális helyi PWHT elrendezéseket határoz meg, amelyek minimalizálják a torzulást és a maradó feszültséget.

Mi az ASME PWHT előmelegítési küszöbérték?

A nyomástartó berendezések és csővezetékek jelenlegi tervezési szabályzata előírja, hogy a PWHT-t csak akkor kell elvégezni, ha a hegesztés vastagsága meghalad egy bizonyos határértéket, amelyet általában az anyag Charpy-teszt tulajdonságai vagy a minimális üzemi hőmérsékleti követelmények határoznak meg. Az ipar már régóta alkalmazza ezt a határvastagság-megközelítést, amit a berendezések törékeny törés elleni védelmének sikere is bizonyít.

A PWHT használata azonban jelentős energiát fogyaszt, és hozzájárul az üvegházhatású gázok kibocsátásához és más környezeti problémákhoz, valamint az üzemeltetéssel és karbantartással járó további költségeket is növeli. Továbbá a berendezés élettartama során több PWHT-ciklusra is szükség lehet, ami további költségeket jelent a fenntartással és kezeléssel kapcsolatban.

Ezért nagy lelkesedés övezi azokat az erőfeszítéseket, amelyek a PWHT szükségességének csökkentésére irányulnak, még elnézőbb anyagtulajdonságok létrehozásával. Ez lehetővé tenné az erősebb szénacélokat használó berendezések használatát, miközben egyidejűleg csökkentené a környezetileg támogatott repedési folyamatokkal kapcsolatos energiafelhasználást és kockázatot.

Ennek a célnak az elérésére olyan módszereket dolgoztak ki, mint például az előmelegítési hőmérséklet és a többmenetes hegesztés. 2014-ben az ASME B31.3 "Power Piping" kódot módosították egy mentességi táblázattal a P-No 1 anyagcsoportnak megfelelő szénacél hegesztések kötelező PWHT-je alól; e kivételek értelmében a 25 mm (1 in) vastagságú CS-nek 95 °C (200 fok) előmelegítést kell kapnia a hegesztés előtt, többmenetes hegesztések alkalmazásával.

Mi az ASME PWHT vastagsági mentesség?

A nyomástartó edények és csővezetékek jelenlegi gyártási szabályzata általában előírja, hogy a PWHT szükséges lehet, ha a hegesztési varrat vastagsága meghalad egy adott értéket, és ezt a határértéket általában az anyag Charpy-teszt tulajdonságai alapján határozzák meg. A követelmények azonban szabályzatokonként eltérőek; egyesek konzervatívabbak lehetnek, mint mások.

Az ASME B31.3 (2014) most már lehetővé teszi a P1 anyagcsoportba tartozó szénacélok esetében a kötelező PWHT alóli mentességet, ha a hegesztés előtt 95C-os előmelegítési hőmérsékletet alkalmaznak, ami fontos változást jelent a helyes mérnöki gyakorlatban. Ez az új rendelkezés jelentős változást jelent a helyes mérnöki gyakorlatban.

A PWHT energiaigényes folyamat, amelynek jelentős környezeti hatásai vannak, beleértve az üvegházhatású gázok kibocsátását is. Továbbá a berendezés élettartama során a többszörös PWHT-ciklusok olyan vetemedést vagy torzulást okozhatnak, amelyek kiterjedt javításokat tesznek szükségessé; a kompozit javítás a PWHT alternatíváját kínálja a nyomástartó berendezések sérült alkatrészeinek javítására.

A kompozit javítások számos környezetvédelmi előnyt kínálnak fém társaikkal szemben. Nemcsak a szerkezeti integritást javíthatják és csökkenthetik a szivárgás kockázatát, hanem a nagy teljesítményű anyagok kombinációjának köszönhetően a kompozit javítások rendkívül tartós javítások, amelyek ellenállnak az öregedéssel kapcsolatos hatásoknak, például a fáradásnak. Mint ilyenek, segítenek biztosítani a berendezések biztonságos működését még jóval az eredeti PWHT-munka befejezése után is.