PWHT és szénacél hegesztés

A keménységi követelményeknek megfelelő szén- és szén-mangánacélok, valamint az alacsony ötvözött acélok általában nem igényelnek PWHT-kezelést, bár a nyomástartó edényekre és csővezetékekre vonatkozó szabályzatok közötti különbségek (az 1. táblázatban részletezettek szerint) gyakran megnehezítik a racionalizálási folyamatokat.

E cikk célja, hogy ismertesse és felvázolja a PWHT követelményeket és mentességeket, amelyek a szén- és alacsony ötvözetű anyagokra vonatkoznak.

Stresszoldó

Mivel a hegesztés következtében a fémekben, különösen az alacsonyan ötvözött szénacélokban, maradó feszültségek maradnak, ezek repedésekhez és gyengüléshez vezethetnek. E belső feszültségek enyhítése érdekében az anyagot PWHT hőkezelésnek vetik alá, ahol az átalakulási hőmérsékleténél alacsonyabb hőmérsékletet alkalmaznak, és hosszabb ideig áztatják, mielőtt egyenletesen lehűlne a keresztmetszetében és felületén.

A PWHT olyan hőmérsékletet igényel, amely képes enyhíteni a hegesztés okozta feszültségeket, ugyanakkor elkerüli a metallurgiai fázisváltozásokat és az edzési ridegséget, ezért a fűtési és tartási időt szorosan kell kezelni az előnyök maximalizálása és megvalósításának biztosítása érdekében.

A nyomóhullámos hőkezelés, amelyet általában a nyomástartó berendezéseknél használnak, de más szerkezeteken, például hidakon és épületeken is végeznek, meg kell érteni, hogy megalapozott döntéseket hozhasson az Ön által épített vagy felújított szerkezetekkel kapcsolatban. Létfontosságú, hogy mikor van szükség erre az eljárásra és annak előnyeire, hogy maximális tudással hozhasson döntéseket az építésükkel kapcsolatban.

A mechanikai feszültségmentesítés (MSR) a maradó feszültségek enyhítésének egyik módszere lehet, de nem kínálja ugyanazokat a metallurgiai előnyöket, mint a PWHT; ezért nem tekinthető alternatív megoldásnak. Az MSR még mindig hasznosnak bizonyulhat, ha az alkatrészeket nem célszerű vagy nem lehetséges közvetlenül a PWHT kemencébe helyezni, de nem szabad helyettesítő kezelési lehetőségnek tekinteni.

Hőmérséklet változás

Az alkalmazott hegesztési eljárástól függően a maradó feszültségek meghaladhatják az anyag folyáshatárát, és a hegesztési területen rideg tönkremenetelhez vezethetnek. A PWHT újraelosztással csökkenti ezeket a feszültségeket, ezáltal csökkentve a meghibásodás kockázatát a PWHT hegesztési eljárásokkal hegesztett szénacélszerkezetekben.

A PWHT hegesztési kezelések nem csak a feszültségmentesítést csökkentik, hanem a kemény hegesztett szerkezetek lágyítására és puhítására is használhatók - növelve a képlékenységet, miközben csökkentik a környezet által támogatott repedés kockázatát -, ami különösen hasznos a savas üzemű csővezetékek hegesztési varratainak hegesztésekor.

A PWHT-változások segíthetnek csökkenteni a hidrogén okozta korróziót a szénacélokban, és növelhetik a fáradási teljesítményüket, valamint csökkenthetik a kockázatot. Meg kell azonban jegyezni, hogy a PWHT különbözik az edzési, oldatkezelési vagy öregítési eljárásoktól (bár ezek hatásainak egy része a PWHT révén is elérhető).

A PWHT követelményeket különböző szabályzatok határozzák meg, a vastagsági határértékeket általában 32 mm-nél állapítják meg a PWHT-t igénylő nyomástartó edények és csővezetékek esetében. A szabályzatok között eltérések lehetnek az eltérő Charpy-energiák vagy vizsgálati szabványok, valamint az általuk lefedett szén- vagy C-Mn acélok kémiai összetételének eltérései miatt is, ami valószínűtlenné teszi az ésszerűsítést.

Hegesztési hibák

A maradó feszültségek látható és láthatatlan hegesztési hibákat okozhatnak, beleértve a megszakadásokat, a porozitást és a fröccsenéseket; a látható hibák közé tartoznak a hegesztési megszakadások, a porozitás és a fröccsenések; a láthatatlanul észlelt hibák közé tartoznak a nem teljes olvadás, az alacsony alakíthatóság és a rossz mechanikai tulajdonságok. A maradó feszültségek a hegesztési varratok feszültségkorróziós repedésekkel szembeni ellenállását is veszélyeztetik, miközben növelik a fáradásos meghibásodásra való hajlamukat - különösen összetett szerkezetek vagy hosszú távú üzemi alkalmazások esetén.

Ökölszabályként elmondható, hogy minél magasabb a hegesztési anyagok szén- és ötvözettartalma és a szerkezetek keresztmetszeti vastagsága, annál nagyobb a hegesztés utáni hőkezelés (PWHT) szükségessége. Ennek oka, hogy a hegesztési maradó feszültségek csökkentik a törési szívósságot az edzett martenzites állapotukban, és ezért PWHT-t igényelnek.

A PWHT-követelményeknek azonban vannak kivételek. A jelenlegi szövetszabványok szerint bizonyos szerkezetek mentesülhetnek a PWHT-követelmények alól, ha azokat kifejezetten erre a célra tervezett javítási eljárásokkal hegesztik, és törésmechanikai módszerekkel számított energiatényezővel határozzák meg.

A hegesztés aktív folyamat, és a hegesztési folyamat során keletkező hegesztési varratok a lehűlési fázisban jelentős feszültséget szenvedhetnek, ami olyan feszültségeket hoz létre, amelyeket kezelni kell ahhoz, hogy ezeket a hegesztési varratokat kritikus alkalmazásokban lehessen használni. Ez az elektróda mozgási sebességének csökkentésével, a hegesztési műveletek során az áramfelhasználás korlátozásával és az anyagtípusnak és -vastagságnak megfelelő összetételű védőgázok használatával érhető el.

Biztonság

A hegesztés szerves részét képezi az olaj-, gáz- és vegyifeldolgozó berendezések építésének és karbantartásának. A nem megfelelő hegesztési teljesítmény azonban akaratlanul gyengítheti a berendezéseket azáltal, hogy maradó feszültségeket indukál az anyagokban és gyengíti a szilárdságot. E hatás mérséklése érdekében a hegesztést követően rendszeresen hegesztés utáni hőkezelést (PWHT) kell végezni a hegesztési anyagban lévő maradó feszültségek minimalizálása, a hegesztési folyamatok utáni keménységi szintek ellenőrzése és bizonyos esetekben a mechanikai szilárdság növelése érdekében.

A PWHT egy olyan szigetelési eljárás, amely magas hőmérsékletű ellenállásfűtőket használ, hogy a hegesztési hőmérsékletet az acél típusától és széntartalmától függően körülbelül 300-1,125 fokig emelje. A hő alkalmazása a kezelendő hegesztési varrathoz illeszkedő csőmérethez tervezett elektromos ellenállásfűtővel történik. Minden, a telepítésben részt vevő villanyszerelőnek tisztában kell lennie a PWHT műveletek során a biztonsági vonatkozásokkal; minden csatlakozást megfelelően el kell zárni, míg a területet veszélyes zónaként kell lezárni a nagyfeszültségű elektromos kábelekkel érintkezésbe kerülő ismeretlen személyek védelme érdekében.

A PWHT-követelmények gyártáskódonként eltérőek. Például az a vastagsági küszöb, amelynél a PWHT szükségessé válik, jelentősen változik; a BS 1113 [22] és a 2633 [23] például 0,25% széntartalmú szén-mangán acélok esetében korlátozza azt, míg a PD 5500 és a Pr EN 13445 140 mm vastagságig engedélyezi a PWHT alkalmazását, feltéve, hogy azok megfelelnek egy meghatározott törésmechanikai szívóssági követelménynek.