Hegesztés utáni hőkezelés követelménye

A hegesztés utáni hőkezelést (PWHT) a gyártási szabályzatok bizonyos szerkezetek esetében előírják a hegesztési maradó feszültségek csökkentése és a kemény, potenciálisan rideg mikroszerkezeti területek edzése érdekében, de ez egy költséges folyamat.

Az alábbi 1. táblázat mutatja azokat a minimális vastagsági követelményeket, amelyek felett a PWHT-t kell alkalmazni a különböző nyomástartó edény- és csővezeték-szabványok esetében, és ez a cikk áttekinti ezeket, valamint javaslatot tesz e követelmények lehetséges racionalizálására.

1. Csökkenti a törékeny törés kockázatát

A törékeny törés a tartályok, tartályok és egyéb alkatrészek katasztrofális meghibásodási módja, amely gyakran a személyzet életének és vagyonának jelentős veszteségéhez vezet. A ridegtörés elkerülhető a megfelelő tervezési, gyártási és ellenőrzési gyakorlatokkal, például az anyagok minimális Charpy-energiájának meghatározásával; a nagy feszültségek elkerülése érdekében történő tervezéssel; a vastag szelvények hegesztés utáni hőkezelésének feszültségmentesítésével; olyan gyártási és ellenőrzési módszerek alkalmazásával, amelyek minimalizálják a hibákat, ugyanakkor növelik a hibák megtalálásának esélyét; a rendszeres karbantartási műveletek részeként próbavizsgálatok elvégzésével stb.

A berendezések és csővezetékek tervezési határértékeken belüli üzemeltetése alapvető fontosságú, különösen akkor, ha az üzemi hőmérséklet az alsó tervezési hőmérséklet (LDT vagy MDMT az ASME-kódok szerint) alá esik. A meglévő szénacélból készült berendezéseket törékeny törésvizsgálatnak kell alávetni az API RP 579 "Fitness for Service Part-3: Assessment of Existing Equipment for Brittle Fracture" című szabványban részletezettek szerint.

Ennek az értékelésnek nem feltételezéseken, hanem szilárd műszaki indokláson kell alapulnia, és a törésmechanika segítségével kell meghatározni a berendezések hőmérsékleti és nyomásviszonyaira vonatkozó biztonságos munkavégzési határértékeket. A kockázatalapú megközelítés sokkal jobb, mint a szabályzatok által meghatározott minimális vastagsági kritériumok egyszerű betartása, amelyek gyakran szubjektív tapasztalatokra támaszkodnak a mérnöki indoklás helyett.

2. Csökkenti a torzulás kockázatát

Számos szabályzat és előírás előírja a PWHT-t a hegesztett kötések feszültségének csökkentésére, ezáltal csökkentve a törés kockázatát, miközben növeli a nyomástartó berendezések torzulását és vetemedését, ami viszont veszélyezteti a méretpontosságot, a szerkezeti integritást és növeli a szivárgás kockázatát.

Es lehetséges a hőkezelés során fellépő torzulás mérséklése az anyag megfelelő alátámasztásával és hűtésével a feldolgozás során, jellemzően kifejezetten az alkatrészre szabott és az átmérője körül szabályos időközönként elhelyezett állványok segítségével. A szükséges támaszok száma az alkatrész méretétől, alakjától és vastagságától függ.

A torzulás elleni további védelemként győződjön meg arról, hogy a PWHT-hőmérséklet nem haladja meg az acél edzésére eredetileg meghatározott hőmérsékletet. A magasabb hőmérsékletek az edzett acél ridegségét vagy túlságosan lágyulását okozhatják, ami a szilárdságot a meghatározott minimális szint alá csökkentheti, ami torzuláshoz vezethet, ami a szilárdságot a meghatározott minimális érték alá csökkenti. Ezért célszerű mechanikai vizsgálatokat végezni a PWHT berendezés feldolgozását követően, hogy megerősítsük a szilárdság megtartását.

3. Csökkenti a vetemedés kockázatát

A PWHT során a hegesztett anyagot magas hőmérsékletre hevítik, majd lassan visszahűtik, ami a nyomástartó berendezések megvetemedéséhez vagy torzulásához vezethet, ami csökkent szerkezeti integritást, szivárgást vagy meghibásodást, valamint nagyobb energiafelhasználást eredményezhet, és hozzájárul az üvegházhatást okozó gázok kibocsátásához. Ezenkívül nagy mennyiségű energiafelhasználást igényel, ami hozzájárul az üvegházhatású gázok kibocsátásához és más környezeti problémákhoz.

A PWHT eljárásokat hagyományosan a feszültségmentesítésre, a hegesztési mikroszerkezet módosítására és a hidrogén diffúziójára használják a korrózió és oxidációs károsodás elleni védelem érdekében. A vizsgálatok azonban kimutatták, hogy hasonló előnyök a jellemzően alkalmazottnál alacsonyabb hőmérsékleten is elérhetők.

Bár a PWHT számos előnnyel járhat, a jelenlegi szabályzatok nagymértékben eltérnek a PWHT alóli mentességi követelmények tekintetében. Ez az eltérés gyakran inkább a különböző iparágak mérnöki gyakorlatából és tapasztalataiból, mintsem konkrét kohászati vagy szerkezeti megfontolásokból ered; következésképpen a különböző szabályzatokban a P-4 és P-5A anyagokat használó csőhegesztések PWHT alóli mentességére vonatkozó szabályzati követelmények között zavar és ellentmondás alakulhat ki.

4. Csökkenti a szivárgás kockázatát

A PWHT a magas hőmérsékletnek való kitettség során a berendezéseket meg kell támasztani, hogy azok ne torzuljanak el túlzottan, gyakran az alakjukhoz, méretükhöz és vastagságukhoz igazodóan kialakított állványok segítségével. A folyamat részeként az anyagot magas hőmérsékletre hevítik, majd a kerülete mentén rendszeres időközönként fokozatosan visszahűtik, hogy a feszültségek újraelosztódjanak benne, és olyan gyengeségek alakuljanak ki, amelyek csökkenthetik a hegesztési elemek szilárdságát, vagy akár szivárgáshoz vezethetnek a szerkezeteken belül.

A különböző szabályzatok eltérő PWHT-követelményeket írnak elő, egyes előírások bizonyos anyagokat vagy hegesztési varratokat teljes mértékben mentesítenek a PWHT alól olyan tényezők miatt, mint például a vastagság. A követelmények ilyen eltérései valószínűleg inkább az eltérő mérnöki gyakorlatok és alkalmazási tapasztalatok, mint a műszaki adatok eltérő értelmezése vagy kísérletezés eredménye; ha egy anyagot vagy hegesztési elemet nukleáris üzemben használnak, akkor javasolt, hogy a mentességi kritériumokat a vastagságtól függetlenül nullára csökkentsék.

5. Csökkenti a korrózió kockázatát

A korrózió károsíthatja a berendezéseket, szennyezheti a talajt és a vízkészleteket, káros méreganyagokat juttathat a levegőbe, gyengítheti a szerkezeteket, például a tartályokat és a csöveket, amelyek nagyobb eséllyel hibásodnak meg, és növeli a berendezéseket és a személyzetet fenyegető kockázatokat. A korrózió elleni proaktív intézkedésekkel csökkentheti a berendezéseket és a személyzetet fenyegető kockázatokat.

a légköri korrózió akkor következik be, amikor a fémtárgyak oxigén- és nedvességtartalomnak vannak kitéve, ezt egyenletes vagy általános korróziónak is nevezik, mivel a folyamat a teljes egészében végbemegy. A korrózió más formái, mint például a lyuk-, rés- és feszültségkorrózió kiszámíthatatlanabbak lehetnek, mivel a fémtárgy meghatározott pontjain alakulnak ki.

A korrózió elleni védelem a fém összetételétől és az alkalmazott védelmi módszerektől is függ. A katódos védelem során a fémet aktívabb elemekkel, például cinkkel vonják be, amely a környezetével való reakció során korrodálódik és oxidálódik, hogy megvédje az alapul szolgáló fémösszetételt a rozsdásodástól. A megelőzés egyéb módjai közé tartozhat a levegőben vagy vízforrásokban lévő vegyi anyagok szintjének szabályozása, vagy olyan anyagok használata, amelyek nagyobb kopásállóságot biztosítanak, például korróziógátló bevonatok és festékek használata.