A PWHT fontossága a csőhegesztési folyamatokban

A nagyfrekvenciás tekercsek által keltett áram termeli a szükséges hőt, majd konvekcióval lehűti azt.

Tanulmányok kimutatták, hogy a hegesztési maradó feszültséggel és a HAZ törési szívóssággal kapcsolatos aggályok nem indokolják kellőképpen a PWHT követelményeinek alkalmazását az 5/8 hüvelyknél kisebb falvastagságú csőanyagokra.

1. Enyhíti a maradék feszültségeket

A hegesztés nagy kiterjedésű, nagy húzó maradó feszültségeket hoz létre, amelyek hozzájárulhatnak a hegesztett acélszerkezetek környezeti hatások által támogatott repedéséhez vagy rideg töréséhez. A hegesztés utáni hőkezelés (PWHT) feloldja ezeket a feszültségeket, és lehetővé teszi, hogy a cső továbbra is biztonságosan működjön az üzemben.

A hagyományos PWHT során a hegesztett hegesztési varratot olyan hőmérsékletnek teszik ki, amely meghaladja a minimális átalakulási hőmérsékletet az optimális hegesztési szilárdság, korrózió, fáradásállóság vagy hidrogénkárosodás elleni védelem érdekében. A hőmérséklet kiválasztása a kívánt edzési hatásoktól, valamint a korrózióval, fáradással vagy hidrogénkárosodással szemben megkövetelt anyagállósági szinttől függ.

Amikor a helyi PWHT-t a maradó feszültségek csökkentésére használjuk egy kis területen, a fűtött zóna geometriájának megválasztása kritikus fontosságú. A vizsgálatok kimutatták, hogy a változó szélességű fűtött sávok hatékonyabban csökkentik a feszültség nagyságát, mint az állandó szélességű körkörös sávok, mivel a rugalmas elemzés a hűtés után nagyobb maradó feszültséget mutatott ki a változó szélességű fűtött zónákkal szemben.

Ezek az eredmények azt sugallják, hogy a csővezetékekre vonatkozó szabályzatokban szereplő jelenlegi PWHT-mentességi határértékek nem biztos, hogy pontosak, és hogy a PWHT-követelmények csökkenthetők anélkül, hogy ez befolyásolná az anyagok hegeszthetőségét vagy fáradási teljesítményét, különösen mivel a meglévő szabályzatok nem írják elő az 5/8 hüvelyknél vékonyabb varratok törésszilárdsági vizsgálatát.

2. Erősíti a hegesztést

A hegesztés utáni hőkezelés (PWHT) a hegesztési folyamatok lényeges eleme. A PWHT enyhíti a maradó feszültségeket az anyagokban, amelyek egyébként torzuláshoz és repedésekhez vezethetnek; továbbá a PWHT növeli a szilárdságot azáltal, hogy megszünteti a feszültségkoncentrációkat, amelyek egyébként dinamikus terhelési körülmények között gyengítenék a hegesztési varratokat, és törékennyé és hibássá tennék azokat.

A PWHT során a fémet meghatározott hőmérsékleten, előre meghatározott ideig és különböző technikákkal, például lágyítással, normalizálással, árasztással és edzéssel melegítik, hogy növeljék a szilárdságot, miközben csökkentik a kockázatot. A PWHT célja a hegesztési varratok megerősítése a repedés kockázatának csökkentése mellett.

Ha azonban ezeket a kezeléseket helytelenül végzik el, akkor valójában gyengíthetik a hegesztési varratot. Ez akkor történik, ha a hőgradienseket nem szabályozzák megfelelően; ilyenkor a hegesztési varrat egyes helyeken magasabb hőmérsékletet érez, mint máshol, és kénytelen különböző sebességgel tágulni és összehúzódni, ami kisebb ellenállást eredményez a feszültségkorróziós repedésekkel és a hidrogén okozta repedésekkel szemben.

A PWHT a cső típusától, a felhasznált fémhegesztési anyagtól és egyéb tényezőktől függően lehet, hogy szükséges, de az is lehet, hogy nem. A szénacélból készült csövek általában PWHT-t igényelnek, míg a hegesztési varratok beépítése előtt feszültségcsökkentő hőkezelésre lehet szükség a környezeti feszültségekkel szembeni megfelelő szilárdság biztosítása érdekében.

3. Csökkenti a repedés kockázatát

A hegesztés utáni hőkezelés az acélgyártás szerves részét képezi. Ez a szabályozott fűtési és hűtési folyamat enyhíti a maradó feszültségeket, temperálja a hegesztési mikroszerkezetet, eltávolítja a diffúz hidrogént, csökkenti a feszültségkorróziós repedésekre való hajlamot, növeli a szilárdságot és a keménységet, valamint növeli a szilárdságot. Ha nem megfelelően végzik el, vagy teljesen kihagyják, a hegesztési varratok hajlamosak lesznek a transzgranuláris repedésre, amely katasztrofálisan tönkreteheti az olyan szerkezeteket, mint a nyomástartó edények vagy a fő csőalkatrészek.

A PWHT hegesztési technikák a hegesztési kötés alakíthatóságának növelésével csökkenthetik a csőalkatrészek hidegrepedését is; e cél elérése érdekében alacsony diffúz hidrogénjelölő értékű (pl. H4 vagy H8) töltőanyagokat kell használni.

Tanulmányok kimutatták, hogy az előmelegítés alkalmazása jelentősen enyhítheti a maradó feszültségeket, ezáltal csökkentve a fáradási repedések kockázatát. Nem szabad azonban elfelejteni, hogy a PWHT csak akkor járul hozzá hatásosan, ha megfelelő nagyságú, időben váltakozó terhelésnek van kitéve.

E kutatás alapján a PWHT a csőátmérő növekedésével bármilyen falvastagság esetén egyre kevésbé jelentős, ami arra utal, hogy a jelenlegi, a PWHT elvégzésének időpontját korlátozó szabályzati mentességeket felül kell vizsgálni anélkül, hogy ez hatással lenne a szabványos erőművi csővezeték-menetrendekre.

4. Csökkenti a hibák kockázatát

Számos csőrendszernek ellenséges környezetben, magas hőmérsékleten és nyomáson kell működnie, ahol a hegesztési varratok PWHT-kezelés nélkül termikus fáradás vagy töréshiba léphet fel. Ha azonban PWHT-nak vetik alá, fémük jobban ellenáll ennek a feszültségnek, csökkentve a meghibásodás kockázatát, miközben javul a rendszer biztonsága és megbízhatósága.

Bár a PWHT számos előnnyel jár, fennáll a veszélye annak, hogy bizonyos esetekben túlzásba viszik vagy helytelenül alkalmazzák. A túladagolás csökkentheti a szakító- és kúszási szilárdságot, miközben a rovátkolószilárdság csökken; a helytelen alkalmazás akár a betonfelületek repedezését és transzgranuláris repedését is okozhatja.

Ezért a csővezetékekre és nyomástartó edényekre vonatkozó különböző szabályzatok gyakran eltérő követelményeket támasztanak a PWHT-követelményekkel kapcsolatban. Például az ASME BP&V I. és VIII. szakasza mentesíti a P-4 és P-5A anyagokból készült, 5/8 hüvelyknél kisebb vastagságú hegesztési varratokat e követelmény alól; míg más szabályzatok, például az ANSI B31.3 csak a 4 hüvelyk vagy annál kisebb vastagságú hegesztési varratok esetében írja elő a PWHT-t.

Ezek a különbségek annak tudhatók be, hogy a különböző szakmai testületek a különböző szabályzatok kidolgozói, és a mérnöki tapasztalataik és gyakorlatuk által vezéreltek. Felfedezték azonban, hogy a hegeszthetőség általában növekszik a csőanyag átmérőjének növekedésével; így a PWHT kevésbé kritikus a vastag falú hegesztési varratoknál, mint a vékonyfalúaknál.