Hegesztés utáni hőkezelés (PWHT) vastagsági követelménye az ASME VIII Div 1 és PD 5500 szabványokban

A P-4 és P-5A anyagok jelenlegi gyártási szabályai jelentősen eltérnek a PWHT alóli mentességre vonatkozó vastagsági kritériumok tekintetében; további eltérések is léteznek.

Általánosságban elmondható, hogy a hidakhoz és épületekhez használt szerkezeti acélok mentesülhetnek a PWHT alól, feltéve, hogy a vastagsághatárok megfelelnek a törési szívóssági követelményeknek. A nyomástartó edényekre és csővezetékekre vonatkozó szabályzatok gyakran eltérő követelményeket határoznak meg a PWHT-mentesség tekintetében.

Hegesztési eljárások

A hegesztés utáni hőkezelés (PWHT) a vastag hegesztési szelvények anyagától és az alkalmazott hegesztési eljárástól függ. A PWHT a hegesztési varratok torzulását és repedését okozó, egyenlőtlen hűtési sebességből eredő maradó feszültségeket kezeli; a PWHT ezeket a feszültségeket a szívóssági követelményeknek megfelelő szintre csökkenti, javítva ezzel a hegesztési varratok méretstabilitását és teljesítményét.

A csővezetékek és nyomástartó edények jelenlegi tervezési szabályai gyakran írják elő a PWHT-t a hegesztési varratok esetében, amelyek meghaladnak egy meghatározott vastagságot, gyakran a Charpy-féle energiaelnyelésen alapuló referencia szívóssági értékekhez kapcsolódva. Bár a PWHT-követelményeket nem mindig lehet racionálisan csökkenteni, az egyik megközelítés lehet annak biztosítása, hogy a WPS és a PQR megfelelően minősítse az alkalmazott hegesztési technikákat.

A PWHT eljárások az anyagtól és a hegesztési konfigurációtól függően eltérőek; általában a hegesztési varratok hevítése a projekt specifikációi vagy a hegesztési módszer paraméterei által meghatározott áztatási hőmérsékletre, majd ezen a szinten tartása egy előre egyeztetett időtartamig (általában egy óra a hegesztési vastagság egy hüvelyknyi vastagságára). A pontos ellenőrzés kulcsfontosságú, és a PWHT-t követően minden hegesztési varratot aprólékosan ellenőrizni kell.

Előmelegítés

Az előmelegítési hőmérséklet szerves része az újonnan leválasztott hegesztett fémbe bevitt hidrogén mennyiségének szabályozásának, valamint a maradó feszültségek okozta repedésekkel szembeni ellenállás növelésének.

Mind az anyaggal, mind a hegesztési fogyóanyaggal kapcsolatos változók befolyásolják az előmelegítési követelményeket, például a széntartalom. A magasabb széntartalmú hegesztések további előmelegítést igényelnek, mint az alacsonyabb széntartalmú hegesztések; a hőmérsékletet is szorosan szabályozni kell a túlmelegedés elkerülése érdekében, amely torzulásokat vagy hibákat okozhat a hegesztési kötésben.

A megfelelő előmelegítési hőmérséklet kiszámítására különböző módszereket dolgoztak ki. Az egyik ilyen, hidrogénszabályozási technikaként ismert megközelítés egy szénegyenérték-összetétel paramétert és egy, a töltőfémekben lévő diffúz hidrogénszinteken alapuló egyenletet használ az érzékenységi index értékek levezetéséhez, amelyek lehetővé teszik a minimális előmelegítési hőmérséklet követelményeinek meghatározását. Sajnos ezek a technikák a gyakorlatban nem mindig működnek; például nagy szelvények tompahegesztésénél az AWS D1.1-96 követelményeinek alkalmazása esetén nem biztos, hogy elegendő előmelegítést biztosít a repedések megelőzéséhez.

Hegesztés utáni hőkezelés

A hegesztés utáni hőkezelés (PWHT), közismert nevén feszültségmentesítés, a hegesztett alkatrész részeit hosszabb ideig a folyáshatár fölé melegíti. Ez megváltoztatja a mikroszerkezetet, miközben csökkenti a maradó feszültségek szintjét, amelyek terhelés alatt potenciálisan károsodást okozhatnak.

A PWHT nem csökkenti hatékonyan nullára a maradó feszültségeket; a maradó feszültségek még gondos hőciklikálás mellett is meghaladhatják a kezelt anyag folyáshatárának 30% értékét.

A húzófeszültségek még mindig képesek befolyásolni a fáradási repedés növekedési sebességét, valamint a repedés kialakulásának útját és alakját. Pontos nagyságuk függ az anyagjellemzőktől, a PWHT hőmérsékletétől, az áztatási idő hosszától, a szabályozott fűtéstől, valamint a méreteknek megfelelő tartóállványoktól, hogy a hegesztett alkatrészeken egyenletes fűtési gradienseket biztosítsanak, és kiküszöböljék a termikus sokkokat.

Mentességek

Az energetikai/folyamatos csővezetékekben használt acélok számára előnyös lenne, ha szélesebb vastagságtartományban mentesülnének a PWHT alól, például a különböző, rájuk vonatkozó szabályzatokban (pl. ASME VIII Div 1 és PD 5500) szereplő vastagságkorlátozási követelmények összehangolásával. Sajnos ez a feladat ijesztő lehet, mivel a különböző minőségek között eltérések vannak a kémiai összetétel és a szívóssági szintek között, valamint nincs meghatározott abszolút érték a Charpy-ütésenergia-elnyelési határvastagságokra.

A kötelező PWHT alóli jelenlegi mentességeket olyan tényezők határozzák meg, mint a széntartalom, a hegeszthetőség és az üzemi hőmérséklet. Az idővel végzett kutatások alapján világossá vált, hogy ezek a követelmények eredetileg a helyes mérnöki gyakorlat alapján lettek megállapítva, de már nem megfelelőek. Javasoljuk, hogy a minimális falvastagságot 0,625 hüvelykben határozzák meg, tekintet nélkül a széntartalomra vagy a hegesztési átmérőre - ami megfelelőbb alapot biztosít a törési szívósságra vonatkozó mestergörbe megközelítés alkalmazásához.