Hegesztés utáni hőkezelés szénacélhoz

A hegesztés utáni hőkezelés (PWHT) elősegíti a hegesztési folyamatok során keletkezett maradékfeszültségek enyhítését és újraeloszlását; ezt gyakran írják elő a szabványok azoknál az anyagoknál, amelyek meghaladnak bizonyos vastagsági követelményeket.

A hőkezelés során a felmelegedési és lehűlési sebességeket gondosan szabályozni kell a hőmérsékleti sokk, a deformáció vagy az egyenetlen feszültségcsökkentés elkerülése érdekében. A PWHT-t kemencében, illetve helyi elektromos ellenállású takarókkal vagy párnákkal is el lehet végezni.

Lágyítás

A PWHT jelentősen csökkenti a hegesztési területeken fellépő húzó maradékfeszültségek mértékét, de nem szünteti meg azokat teljesen. A legtöbb fáradási ciklus továbbra is kizárólag húzó feszültségeket eredményez, amelyek rendkívül károsak lehetnek.

A teljes hevítés során a hipoeutektoid és az eutektoid fázisokat a megfelelő Ac3- és Ac1-hőmérsékleteknél körülbelül 50 °C-kal magasabb hőmérsékletre hevítik, majd fokozatosan lehűtik őket, hogy közel egyensúlyi szerkezetet érjenek el. Ez a folyamat segít elkerülni a hidrogén okozta ridegséget, miközben egyidejűleg csökkenti a környezeti hatások által előidézett repedés kockázatát.

A kis alkatrészeken helyszíni PWHT-kezelés elvégezhető, de azt gondosan kell végrehajtani. A kitartási, fűtési és hőmérséklet-gradiens szabályozó sávok helytelen méretezése és elhelyezése az alkatrészek torzulásához vagy összeomlásához vezethet, illetve a maradékfeszültségi állapot instabilitása miatt katasztrofális meghibásodást okozhat. A fűtési sávokon belüli hőmérséklet stabil szinten tartása érdekében szigetelést kell alkalmazni; emellett automatikus rögzítésű hőmérőket is be kell vetni.

Normalizálás

Ez a kezelés, amelyet általában alacsony ötvözésű acéloknál alkalmaznak, eltávolítja a hegesztés során kialakult durva szemcsés szerkezetet, és javítja az anyag tulajdonságait. Ezenkívül csökkenti a rideg törés kockázatát, miközben megakadályozza a hegesztési területen a szabadon terjedő hőfeszültséget.

A fémet a felső kritikus pont feletti hőmérsékletre hevítik, majd a keresztmetszet vastagságával arányos ideig tartják ezen a hőmérsékleten, mielőtt szabályozott hűtés mellett szobahőmérsékletű környezetben lehűtik. A folyamat finomszemcsés szerkezetet és egyenletes mikroszerkezetet hoz létre, amelyek elősegítik a belső feszültségek oldódását, így az anyag rugalmasabbá válik az alakítási műveletek és a felhasználás szempontjából.

A teljes normalizálás – amelyet leggyakrabban szén- és szén-mangán acélok esetében alkalmaznak – bizonyos alkalmazásokban hatékony alternatívája lehet a keményítésnek. Sajnos azonban a teljes normalizálás nem szünteti meg az összes maradékfeszültséget; a fáradási tervezési szabványok ennek a különbségnek a figyelembevétele érdekében további renormalizálást írhatnak elő.

Stressz enyhítése

A feszültségmentesítést az olyan gyártási folyamatok – mint például az alakítás és a megmunkálás – által okozott belső anyagfeszültségek, például a felületen fellépő nyomás vagy a magban fellépő húzás csökkentésére alkalmazzák. A feszültségmentesítés abban hasonlít a lágyításra, hogy az anyagot egy meghatározott ideig magasabb hőmérsékletre hevítik, majd egy meghatározott ideig lassan lehűtik.

A feszültségcsökkentés számos előnnyel jár, többek között csökkenti a hegesztési szakítószilárdságot, javítja a fáradási ellenállást a helyi bevágásoknál és feszültségkoncentrátoroknál, ugyanakkor fokozza a szemcseközi karbidkicsapódást. A feszültségcsökkentést azonban negatívan befolyásolhatják a PWHT-folyamatok során alkalmazott nem megfelelő hűtési technikák, hőmérséklet-szabályozás vagy hegesztési technikák; az eredmények maximalizálása érdekében elengedhetetlen, hogy ezeket a tényezőket a folyamat során a megfelelő időpontokban és hőmérsékleteken alkalmazzák.

Edzés

Az alacsony ötvözésű szénacéloknál hegesztés utáni hőkezelésre (PWHT) van szükség a kellő szilárdságú és szívósságú mikroszerkezet kialakítása érdekében. Ez a folyamat magában foglalja az alkatrész meghatározott hőmérsékletre történő, hosszabb ideig tartó felmelegítését, majd fokozatos lehűtését.

A fémtani szerkezetben bekövetkező változások hozzájárulhatnak a késleltetett repedés kialakulásának valószínűségének csökkentéséhez és a képlékenység növeléséhez, valamint javíthatják a hegesztési varratok korrózióállóságát, a szilárdságot, az ütésállóságot és a rideg törés elleni ellenállást.

A PWHT-t általában szabályozható előmelegítő és fűtőrendszerek segítségével végzik, amelyekbe stratégiai pontokon hőelemeket helyeznek el, hogy biztosítsák az egyenletes felmelegedést anélkül, hogy az alkatrészek deformálódnának. A pontszerű PWHT nagyobb alkatrészeknél is alkalmazható, például csövek körkörös hegesztési varratainál vagy hosszú nyomástartó edények záróhegesztéseinél, bár ennek a technikának a tervezése nagyobb kihívást jelenthet a hőtágulásbeli eltérések miatt, amelyek jelentős torzulást okozhatnak.