ASME B31.3 hegesztés utáni hőkezelés követelményei szénacél csövekhez

Az ASME B31.3 2014-es kiadása óta a vastag szénacél csövek mentesülnek a hegesztés utáni hőkezelés (PWHT) követelményei alól, csak többmenetes hegesztés szükséges, és nincs szükség előmelegítésre. Felmerültek aggályok, hogy az ilyen mentességek nem biztonságosak.

Az EPRI által támogatott és az RRAC-csoport tagjai által írt dokumentum célja, hogy támogassa a B31.1 és B31.3 szabványok minimális PWHT-hőmérsékletre vonatkozó követelményeinek módosítását, valamint a szabványokban máshol szereplő hasonló módosításokat.

Minimális előmelegítési hőmérséklet

Az ASME B31.3 szabvány minimális előmelegítési hőmérsékleti követelményei jelentősen eltérnek az egyes szabványok és szabványok között, ami valószínűleg az egyes szabványok vagy szabványok által érintett eltérő üzemi feltételeket tükrözi. Valódi aggályok merülnek fel, amikor egy szabály vagy szabvány követelményei műszaki szempontból túlzónak tűnnek - erre példa a hegesztés utáni hőkezelés (PWHT) követelményei a szénacél anyagokra.

A szabályzat által előírt PWHT-hőmérsékleti követelmény közel van a szénacélok alsó kritikus hőmérsékletéhez, ami a hegesztési zónák újramelegedési repedéséhez vezethet, és jelentősen gyengíti a szilárdságot. Vizsgálatok azonban kimutatták, hogy a P No 4 hegesztési varratok keménysége és szívóssága a PWHT után is megmaradhat a jelenlegi szabályzati követelményekben előírtnál alacsonyabb hőmérsékleten.

Bár lehetnek aggályok, határozottan támogatják a jelenlegi előmelegítési és PWHT-követelmények fenntartását a 4. számú P-re vonatkozóan. Az EPRI által szponzorált tanulmány megállapította, hogy a PWHT-t a B31.1 és B31.3 szabványokban jelenleg előírtnál alacsonyabb hőmérsékleten is el lehet végezni, miközben még mindig elfogadható anyagtulajdonságokat eredményez, ami nagyobb tervezési rugalmasságot, nagyobb biztonsági tartalékot biztosít a különböző anyagú kötéseknél, és kiküszöböli a repedéseket a hegesztési régiókban az érzékeny P No 4 anyagoknál.

Maximális előmelegítési hőmérséklet

Az ASME B31.3 előírja, hogy az anyagoknak meg kell felelniük egy minimális előmelegítési hőmérsékletnek, amelyen a hegesztés utáni hőkezelés (PWHT) megkezdődhet. A PWHT egy olyan szabályozott folyamat, amelyben a hegesztett alkatrészeket meghatározott ideig az alsó kritikus átalakulási hőmérsékletük alá melegítik a hegesztés által okozott maradó feszültségek és mikroszerkezeti változások csökkentése érdekében; emellett a PWHT kezelés során a keménység növelését is elősegítheti a keményedési folyamatok fokozásával.

Az ASME B31.3 2014-es kiadása több jelentős módosítást vezetett be a technológiai csővezetékekre vonatkozó PWHT-követelményekhez, különösen az ASME VIII Div 1 szakasz követelményeinek megfelelő szénacél hegesztésekhez, amelyekhez korábban hegesztés utáni izzítás (PWA) volt szükséges.

Ezt a változtatást az RRAC kérésére hajtották végre, amely kiemelte, hogy az ASME B31.1 és B31.3 PWHT hőmérsékletek közel vannak az anyagok alsó kritikus átalakulási hőmérsékletéhez, ami a túlmelegedés miatt szükségtelenül csökkenti a keményedési kapacitást. E probléma megoldása érdekében a jelentés a PWHT követelményeinek megváltoztatását javasolta 1200-1300 fok között. Ezenkívül 150 fokot kellene a PWHT feletti maximális értékként meghatározni, ami jobban megfelel a BS 2633 követelményeinek.

Minimális tartási idő

Szénacél csővezetékek hegesztés utáni hőkezelése hegesztés utáni hőkezeléssel (PWHT). Ennek célja a szénacél csőkötések környezeti hatások által támogatott repedésének elkerülése, valamint a hegesztés során keletkező maradó feszültségek csökkentése a hegesztett fém szívósságának növelése mellett. Ezenkívül a PWHT segít a környezeti degradáció mérséklésében és a korrózió elleni védelemben.

A PWHT-követelmények kódonként és anyagcsoportonként változnak. A B31.3 például 15 perces minimális tartási időt ír elő az alacsonyan ötvözött acélokra és 20 percet a 2.25%Cr-1%Mo acélokra, az egyes csoportokon belül megengedett maximális széntartalom és hegesztési vastagság alapján; ez a minimális tartási idő követelmény egyaránt vonatkozik az egymenetes és a többmenetes hegesztésekre.

A PWHT nem mindig szükséges; például hegesztett acéltartályok, például olajtároló tartályok esetében. Bár úgy tervezték, hogy akár 5 000 psi nyomásnak is ellenálljanak, a hegesztési kötéseknél a szélsőséges hőmérséklet-gradiensek és a feszültségek miatt fennáll a törékeny meghibásodás veszélye.

A PWHT-eljárások költségesek és kényelmetlenek lehetnek; ezért egyes joghatóságok mentességet biztosítanak a szénacél csővezetékekre. Továbbá a B31.3 kódsorozat követelményei a biztonság és a hatékonyság közötti hatékony egyensúly megteremtését célozzák a PWHT-követelmények tekintetében.

Maximális tartási idő

Az ASME B31.3 egy amerikai nemzeti szabvány, amely a kőolaj-finomítókban, vegyipari, gyógyszeripari, hidrogén-, textil-, papír- és cellulózgyárakban, atomreaktorokban, félvezető üzemekben, valamint energiatermelő létesítményekben, földgáz-kompresszorállomásokon és energiatermelő üzemekben használt csővezetékekre vonatkozó követelményeket tartalmazza. A szabvány a csővezetékek tervezéséhez, gyártásához, összeszereléséhez, felállításához, ellenőrzéséhez, vizsgálatához, vizsgálatához szükséges anyagokkal és alkatrészekkel foglalkozik.

A hegesztésekhez hasonlóan az előmelegítési hőmérsékletet is az egyes hegesztések vastagsága alapján kell beállítani. A vékony hegesztési varratokhoz alacsonyabb előmelegítési hőmérsékletre lehet szükség, mint a vastagabb hegesztési varratokhoz, az egyes szakaszokhoz szükséges idő azonban állandó marad.

A felülvizsgálatot megelőzően a kötelező PWHT hegesztési vastagsághatárokat a helyes mérnöki gyakorlat és a tapasztalat alapján állapították meg. Mivel a törésmechanika fejlődött azóta, hogy e határértékek kezdeti bevezetése a jó mérnöki gyakorlatnak és a tapasztalatoknak megfelelően történt; azóta felülvizsgálták őket a számított szívósságon alapuló mentességi görbék fényében, amelyek a szénacéloknál magasabb minimális falvastagsági követelményeket írnak elő, mint a régebbi megfelelőik.

A PWHT hegesztés a legtöbb esetben 19 mm-es maximális hegesztési vastagságot ír elő - ez lényegesen alacsonyabb, mint az általános szerkezeti szabályzatok, mint például a BS 5400 a hidakra) vagy más speciális szabályzatok, mint például az ASME B31.1, amely a nyomástartó edényeket, az energiacsöveket és az API 650, amely a nagy tárolótartályok építését szabályozza.