Hegesztés utáni hőkezelés (PWHT) az ASME B31 3 szerint

A nyomástartó edények és csővezetékek jelenlegi tervezési szabályai meghatározzák azt a vastagsági küszöbértéket, amelynél a hegesztés utáni hőkezelés (PWHT) kötelezővé válik, és amely jellemzően az acél anyag Charpy-teszt tulajdonságaihoz van kötve.

A nagyméretű szénacél-szerelvények PWHT-je költséges eljárás a hosszú várakozási idő és a szükséges lassú fűtési/hűtési sebesség miatt, ezért előnyös lenne, ha lehetőség szerint mentességet lehetne találni a PWHT-követelmények alól.

Korlátozó vastagság

A csővezeték- és nyomástartó edény-ipar jelenlegi tervezési szabályai előírják, hogy a PWHT-t mindig el kell végezni, ha a hegesztett alkatrészek vastagsága meghalad egy bizonyos értéket, amelyet általában az anyag Charpy vizsgálati paraméterei és a minimális üzemi hőmérsékleti követelmények határoznak meg. Bár ez a megközelítés könnyű, egyszerű eszközt biztosít annak megítélésére, hogy szükséges-e a PWHT, értelmezése néha túlságosan konzervatív lehet; a különböző szabályzatok között eltérések vannak a vastagságra vonatkozó határkövetelményeket illetően.

A szabályzatok közötti következetlen követelmények és mentességek gyakran inkább az iparági ágazatspecifikus gyakorlatokból, mintsem konkrét kohászati vagy szerkezeti megfontolásokból erednek. Az e projekt keretében végzett kutatás azt vizsgálta, hogy lehetséges-e nagyobb következetességet elérni törésmechanikai módszerekkel.

A törésmechanikai elmélet lehetővé teszi számunkra, hogy a PWHT-határérték csökkentését a hegesztési varrat gyártási integritásának veszélyeztetése nélkül indokoljuk. Tanulmányok bizonyították ezt a hatást; például az alacsony széntartalmú csőanyagokban lévő, csővéghegesztéssel készült köldökvarratok esetében a csökkentett vastagsági követelményeket lehet alkalmazni, amennyiben teljesülnek a minimális áztatási időszakok és a speciális javítási hegesztési technikára vonatkozó követelmények.

Charpy teszt

A Charpy-vizsgálat nélkülözhetetlen módja a különböző anyagok ütésállóságának és szívósságának mérésének, amely a mérnökök és a hegesztési szakemberek számára felbecsülhetetlen értékű betekintést nyújt abba, hogy az anyagok hogyan viselkednek stresszes körülmények között, segítve őket abban, hogy megalapozott döntéseket hozzanak és megfelelő intézkedéseket tegyenek.

A szabványos vizsgálati minta egy 10 mm-es, 10 mm x 10 mm x 55 mm méretű, négyzet keresztmetszetű rúdból áll, amelynek egyik oldalán 45 fokos szögben, jellemzően 0,25 mm-es csúcssugárral és jellemzően 45 fokban az egyik oldaltól 45 fokban V alakú bevágás található. A vizsgálatokat egy inga rúddal történő ütközéssel és a Cv elnyelt energia mérésével végzik.

A nyomástartó edényekre és csővezetékekre vonatkozó jelenlegi szabályzatok előírják, hogy a PWHT-vizsgálatot akkor kell elvégezni, ha a hegesztési varrat vastagsága meghalad egy előre meghatározott, a Charpy-próbák eredményeiből levezetett értéket, azonban a szabályzatok között jelentős eltérések vannak, amelyek részben a konzervativizmus vagy a mérnöki gyakorlatban mutatkozó különbségek miatt vannak. Ez a cikk azt vizsgálja, hogy miért lehetnek különbségek a követelmények között a szabályzatok között, valamint olyan módszereket mutat be, amelyek lehetővé teszik a PWHT mentesítésének következetesebb megközelítését.

Mentességek

A különböző szabályzatok között kisebb eltérések vannak a követelmények és mentességek tekintetében; ezek a különbségek az eltérő mérnöki gyakorlatnak vagy a műszaki adatok értelmezésének tulajdoníthatók. Ennek eredményeképpen szükségtelen PMHT-t okozhatnak, ami szükségtelen karbantartási költségekhez és üzemszünetek időtartamához vezet.

A jelenlegi csőszabályzat előírja, hogy a P-4 és P-5A anyagokat használó aljzathegesztéseket nem kell kötelező PWHT-nak alávetni, ha a torokvastagságuk nem esik 1/2 in alá. Ezt a mentességet a petrolkémiai ipar sikeres, az 1920-as és 1930-as évekre visszanyúló gyakorlatai alapján dolgozták ki.

Egy mentességet is módosítani kell a hegesztési torok vastagságának, valamint a B31.3 szabványban szereplő, a vastagságra vonatkozó követelménynek a figyelembevétele érdekében. E követelmény enyhítése jelentős költségmegtakarítást eredményezhetne az energiatermelő ipar számára a szükségtelen PWHT-k csökkentésével és a leállások időtartamának lerövidítésével. Ezen túlmenően, ezen acélok egységesebb kezelése a szabályzatokban csökkenti a fáradási feszültségeket és meghosszabbítja a berendezések élettartamát; a jelenlegi mentességeket úgy kell módosítani, hogy azok figyelembe vegyék mind a hegesztési torok vastagságát, mind a B31.3 vastagsági követelményeit.

Követelmények

Mivel a hegesztési kötéseket számos olyan változó befolyásolhatja, amely akadályozza a szilárdságukat, lehetetlen pontos dátumot és időpontot megadni, amikor a PWHT szükségessé válik. A szolgáltatási igényeken és az anyagösszetételen alapuló vastagsági korlátozások azonban megfelelő előmelegítési hőmérsékletekkel, áztatási időkkel és ellenőrzött hűtőrendszerekkel teljesíthetők.

Az előmelegítési hőmérséklet és az áztatási idő követelményei a hegesztési technikától függően változnak; általános iránymutatásként 25 mm-es hegesztési vastagságonként egy órányi csúcsérték előmelegítést kell fenntartani.

Az előmelegítési alkalmazásokra vonatkozó követelmények a különböző szabályzatokban eltérőek. Az ASME B31.3 például a csőanyagok alapján sorolja fel a követelményeket, míg a BS EN 13445 [25] konzervatívabb megközelítést javasol. A PWHT-követelmények sikeres teljesítéséhez, függetlenül attól, hogy melyik szabványt vagy szabályzatot tartják be, bizonyítani kell a kielégítő hegesztési eljárás minősítését, amely megfelel az ASME IX. szakasza által meghatározott minimális repedésnövekedési ellenállási kritériumoknak, és minden más alkalmazandó kritériumnak, például ezeknek is meg kell felelni.