Hegesztés utáni hőkezelés

A hegesztés utáni hőkezelés – röviden PWHT – csökkenti és újraelosztja a hegesztés során keletkező maradékfeszültségeket, emellett bizonyos anyagok esetében lehetővé teszi a temperálás, a kicsapódás és az öregedés folyamatainak lejátszódását.

Az anyag kémiai összetételében bekövetkező ezek a változások hozzájárulnak a maradékfeszültség csökkentéséhez és az anyag szilárdságának növeléséhez, ami végső soron enyhíti a hegesztési folyamatok során keletkező feszültségeket, valamint azokat a feszültségeket, amelyeket egyébként az anyagok feleslegesen gyakorolnának rájuk. Elengedhetetlen, hogy a PWHT-t a hegesztési eljárásoknak és az anyagok szilárdságának megfelelően, helyesen hajtsák végre, hogy ezáltal biztosítsák a feszültségcsökkentést és a feszültségek enyhítését a folyamat során.

A maradékfeszültség csökkentése

A hegesztés utáni hőkezelés (PWHT) a hőmérséklet megfelelő ideig tartó emelésével (általában 1 óra vastagságonkénti hüvelykre) segít enyhíteni a hegesztés által okozott maradékfeszültségeket.

A maradékfeszültségek és a terhelésből származó feszültségek együttesen meghaladhatják az anyag tervezési határértékeit, ami növeli a törékeny törés kialakulásának kockázatát. Ennek elkerülése érdekében gyakran alkalmazzák a hegesztés utáni hőkezelést (PWHT), mielőtt a hegesztett alkatrészeket fáradási terhelésnek tennék ki.

Azok a vizsgálatok, amelyek összehasonlították a lineáris súrlódóhegesztéssel hegesztett Ti-6Al-4V minták fáradási repedés-terjedési viselkedését PWHT alkalmazásával és anélkül, kimutatták, hogy a belső maradékfeszültség nyírókomponensei – különösen a hegesztési középső zónában (WCZ) – hozzájárulnak ahhoz, hogy a fáradási repedés eltérjen a kívánt pályától; azonban 750 °C-on végzett hőkezelés (PWHT) jelentősen csökkenti ezeket a feszültségkomponenseket, elősegítve ezzel a feszültségrelaxációt és a relaxációt.

A feszültségi korróziós repedés (SCC) csökkentése

Az SCC abban különbözik a hagyományos korróziótól, hogy nem csupán az anyagot koptatja el, hanem a fém mikroszerkezetét is károsítja, finom repedéseket hagyva maga után, amelyek gyorsan terjednek, és katasztrofális meghibásodást okoznak. A repedések kialakulását gyakran a feszültség és az erősen korrozív környezeteknek – például H₂S-nek vagy kloridoknak – való kitettség együttes hatása idézi elő.

Az olyan gyártási folyamatok, mint a hegesztés, a hidegmegmunkálás és a hengerlés, az anyagokat olyan belső húzófeszültségeknek tehetik ki, amelyek megközelítik azok folyáshatárát, ami agresszív korróziós környezetben feszültségkorróziós repedés (SCC) kialakulásához vezethet. A pwht segíthet az SCC enyhítésében azáltal, hogy megszünteti a repedéskezdődési helyként működő belső feszültségkoncentrációs pontokat – például az éles sarkokat vagy bevágásokat –, valamint azáltal, hogy oldja ezeket a belső feszültségeket.

Az SCC gondos szerkezeti tervezéssel is csökkenthető, amely elősegíti az egyenletes terheléseloszlást, így kiküszöböli a feszültségi gócpontokat és minimalizálja a terhelési viszonyok ingadozásait – mindkét tényező hozzájárul a feszültség által kiváltott repedéskialakulás korlátozásához.

A mechanikai tulajdonságok javítása

A maradékfeszültségek enyhítése és újraelosztása mellett a megfelelő PWHT jelentősen javíthatja az olyan mechanikai tulajdonságokat is, mint a képlékenység és a szilárdság. Ez elsősorban a temperálás, a kicsapódás vagy az öregedés hatásainak köszönhető, amelyek csökkentik az anyag keménységét, így növelve a képlékenységet, miközben az anyagot repedésállóbbá teszik.

A PWHT-technológia hozzájárulhat a törésszilárdság csökkentéséhez azáltal, hogy elősegíti a tűszerű martenzit kialakulását a szemcsehatári ferrit helyett, és ezáltal jelentősen csökkenti a hegesztett fém plaszticitását, valamint növeli a szerkezetek fáradási ellenállását.

A hegesztendő anyagok típusára és szilárdságára alapuló bevált gyakorlatok követésével a PWHT-eljárások úgy alakíthatók ki, hogy a feszültségcsökkentés a lehető leghatékonyabb legyen. Ehhez hozzátartozik egy hatékony hőkezelési módszer kiválasztása megfelelő fűtési/lehűtési sebességekkel és a megfelelő berendezések/létesítmények használata; a hőmérséklet figyelemmel kísérése; a hegesztési folyamatok során a hegesztési hőmérséklet elfogadható szinten tartása; valamint minőségbiztosítási intézkedések bevezetése a minőségi szabványok betartása érdekében.

Megnövelt tartósság

Bármilyen projektről is legyen szó – nyomástartó edényekről, csővezetékekről vagy repülőgépipari alkatrészekről –, a PWHT egy bevált technika a hegesztési varratok tartósságának növelésére a maradékfeszültségek csökkentése és a mechanikai tulajdonságok javítása révén. Korróziós környezetben emellett csökkenti a feszültségkorróziós repedés kockázatát is azáltal, hogy a maradékfeszültségeket először enyhíti, majd újraelosztja, így megakadályozva a szemcsék közötti repedések kialakulását. Megfelelően elvégezve enyhíti a maradékfeszültségeket, így segít megelőzni a feszültségkorróziós repedések kialakulását, és végső soron a feszültségkorróziós repedések ritkábban fordulnak elő.

A PWHT lehetővé teszi a temperálás, a kicsapódás vagy az öregedés hatásainak kialakulását, amelyek csökkenthetik a keménységet, miközben növelik a hegesztett állapotú anyagok alakíthatóságát és törésállóságát. A NiTi-huzalokon végzett fraktográfiai elemzés azt mutatja, hogy a hőkezelés simább törésfelületeket eredményez, mint a hegesztett állapotú huzalok esetében – folyószerű mintázatok nélkül.

Ne feledje, hogy a hőkezelés helytelen alkalmazása jelentősen csökkentheti a hegesztési varratok szakítószilárdságát, kúszási szilárdságát és bevágási szilárdságát, valamint növelheti azok hódrepedésre való hajlamát. Ezért a PWHT-t kizárólag egy meghatározott eljárás szerint szabad alkalmazni, amelyben a fűtési/hűtési sebességek, a hőmérsékleti tartományok és az időtartamok pontosan meghatározásra kerültek.