Szimulációs vizsgálatok PWHT és hegesztési folyamatokhoz

A hegesztési és hegesztés utáni hőkezelési (PWHT) folyamatok képesek drasztikusan megváltoztatni a hegesztett szerkezetek mechanikai tulajdonságait, ezért a fejlett szimulációk és az ipari szabályzatok betartása segít abban, hogy a nyomástartó edények a PWHT után is megfeleljenek a biztonsági és teljesítményszabványoknak.

A FEA lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy megjósolják, hogyan fog deformálódni egy szerkezet a fűtési és hűtési ciklusok során, és így megtervezhetik az optimális fűtési ciklust a torzulások és repedések elkerülése érdekében. A hegesztett fém (WM) és a durva szemcsék a hőhatású zónából (CGHAZ) terhelés-lyukasztási elmozdulás görbéi PWHT hatására konvergálnak, és szorosan illeszkednek az alapfém (BM) görbéihez, ami a mechanikai viselkedés jelentős homogenizálódását mutatja.

Szerkezeti elemzés

A hegesztés utáni hőkezelés (PWHT) a nyomástartó edények gyártásának szerves lépése. A PWHT ellazíthatja a hegesztési feszültséget, elkerülheti a késleltetett repedéseket, és növelheti az egymáshoz hegesztett alkatrészek szívósságát, kúszásállóságát, élettartamát és szívósságát.

A FEA lehetővé teszi a PWHT folyamatnak a hajó szerkezeti integritására gyakorolt hatásának szimulációját, biztosítva a mechanikai tervezési szabályzatoknak és biztonsági előírásoknak való megfelelést. Továbbá segít a PWHT során fellépő geometriai torzulások előrejelzésében, így a fűtési/hűtési sebességek optimalizálása a torzulások minimalizálása érdekében.

A G91/C22 hegesztési geometria és a maradó feszültség FEA modellezési eredményei kiválóan megegyeznek a kísérleti adatokkal. A hegesztett fém mikroszerkezetének és feszültségeloszlásának szimulálásakor tényezőként figyelembe vették a nem teljes ausztenit-martonit átalakulást, a hegesztés okozta torzulást, a hőhatás által érintett zónában lévő lágy területeket és az alap- és burkolt anyagok közötti termikus feszültségeltérést. Ezektől az inhomogenitásoktól függetlenül azonban a modell azt jósolja, hogy a PWHT csökkenti a hegesztéssel kapcsolatos maradó feszültségeket, valamint a feszültséggradienseket a kötési határfelületen.

Végeselem-elemzés (FEA)

A végeselem-elemzés (FEA) egy olyan mérnöki technika, amely matematikát használ a valós viselkedés szimulálására fizikai prototípusok építése nélkül. A FEA alapvető szerepet játszik a modern mérnöki munkában, segítve a gyártókat a termékfejlesztési költségek csökkentésében, miközben megfelel a szigorú biztonsági és teljesítménynormáknak.

A FEA-elemzés pontosan szimulálja a PWHT-kezelés eloszlását és hatását a hegesztett szerkezetekben lévő maradó feszültségekre, valamint a hőkezelési folyamatok által okozott geometriai torzulásokat és anyagtulajdonság-változásokat, így a mérnököknek információt nyújt a PWHT paraméterek megfelelő optimalizálásához.

A FEA-modellek pontossága azonban a bemeneti adatok minőségétől függ. Az olyan szoftverekkel, mint a Simcenter Femap, könnyedén ellenőrizheti modelljei integritását a fejlett tervellenőrző és ellenőrző eszközökkel, például az SDC Verifierrel, amellyel a kódváltozásokat gyorsan ellenőrizheti közvetlenül a FEA-munkafolyamatokon belül, hogy a tervezési folyamatot egyetlen kattintással felgyorsítsa - akár szabványos szabályokat is alkalmazhat, vagy saját, testreszabott ellenőrzéseket is létrehozhat!

Termikus elemzés

Mivel a nyomástartó berendezések hegesztés utáni hőkezelést (PWHT) igényelnek, a mérnököknek szerkezeti elemzést kell végezniük a lehetséges gyenge pontok és a deformációra hajlamos területek azonosítása érdekében - ez lehetővé teszi a mérnökök számára a tervezés optimalizálását és a biztonság növelését.

A mérnökök a végeselem-elemzés (FEA) segítségével pontosan előre jelzik az egyenetlen fűtés és hűtés okozta geometriai torzulásokat, így a PWHT-eljárást úgy tudják finomhangolni, hogy az anyagot egyenletesen, minimális torzulásokkal melegítsék.

Az ASME Boiler and Pressure Vessel Code szerint különböző kísérleti vizsgálatokat kell végezni az acéllemezeken, hogy megfeleljenek az ASME elfogadási előírásainak. Az egyik ilyen kísérleti vizsgálat a hegesztés utáni hőkezelés (PWHT). A lemezszállítók által szállított lemezeket képviselő mechanikai vizsgálati szelvényeket a beszállítójuk PWHT szimulációnak veti alá, és mechanikai tulajdonságaik a hegesztés utáni hőkezelés (PWHT) szimulációja után megfelelnek a meghatározott követelményeknek. Sajnos azonban a rendelkezésre álló nem megfelelő vizsgálati módszerek és az alkalmazott leegyszerűsített minőségi megközelítések miatt, amelyek nem veszik figyelembe a szimulált valós hőkezelési folyamatokat; a tényleges teljesítményeket sem értik.

Anyagvizsgálat

A hegesztés utáni hőkezelés (PWHT) egyre népszerűbb gyakorlat a hegesztett alkatrészek mikroszerkezetének és mechanikai tulajdonságainak javítására, beleértve a maradó feszültségek csökkentését, a repedések késleltetett megelőzését, a szerkezetek szívósságának és kúszási határértékének javítását, valamint a szívósság/tartós kúszási határértékek növelését.

A mérnöki elemzést gondosan el kell végezni annak biztosítása érdekében, hogy a PWHT ne eredményezzen torzulást, vetemedést vagy nemkívánatos anyagtulajdonságokat a hegesztési szerkezetben. A végeselem-elemzés (FEA) segít a mérnököknek pontosan megjósolni a hő- és mechanikai viselkedést, ahogy a szerkezet melegszik és hűl e folyamat során.

Számos módszer létezik a hegesztési varratokban lévő maradó feszültségek mérésére, beleértve a széles körben ismert XRD és a lyukfúrási módszereket. Romboló jellegük és az elkerülhetetlen vizsgálati hibák miatt azonban a FEA felbecsülhetetlen értékű eszköz a kísérleti eredmények támogatására és a kísérleti eredmények tisztázására. Azáltal, hogy segít azonosítani azokat a területeket, ahol a maradó feszültségek magas koncentrációi vannak, és javaslatokat tesz arra, hogyan lehet ezeket csökkenteni a PWHT-feldolgozás során, a gyártók optimalizálhatják a PWHT-folyamatokat, és következetes, megismételhető eredményeket állíthatnak elő, amelyek megismételhető teljesítményt nyújtanak.