Värmebehandling efter svetsning

Värmebehandling efter svetsning ( PWHT ) är en kontrollerad process där ett material som har svetsats återupphettas till en temperatur under dess lägre kritiska omvandlingstemperatur, och sedan hålls det vid den temperaturen under en viss tid. Det kallas ofta för någon värmebehandling som utförs efter svetsning; men inom olje-, gas-, petrokemisk och kärnkraftsindustri har det en specifik betydelse. Branschkoder, såsom ASME tryckkärl och rörledningskoder, kräver ofta obligatorisk prestanda av PWHT på vissa material för att säkerställa en säker design med optimala mekaniska och metallurgiska egenskaper.

Behovet av PWHT beror mest på de kvarvarande spänningar och mikrostrukturella förändringar som uppstår efter att svetsningen är avslutad. Under svetsprocessen upplevs en hög temperaturgradient mellan svetsmetallen och modermaterialet. När svetsen svalnar bildas restspänningar . För tjockare material kan dessa spänningar nå en oacceptabel nivå och överstiga designspänningar. Därför värms delen upp till en specificerad temperatur under en given tid för att reducera dessa spänningar till en acceptabel nivå. Förutom kvarvarande spänningar sker mikrostrukturella förändringar på grund av de höga temperaturer som induceras av svetsprocessen. Dessa förändringar kan öka materialets hårdhet och minska segheten och duktiliteten . Användningen av PWHT kan hjälpa till att minska eventuella ökade hårdhetsnivåer och förbättra segheten och duktiliteten till nivåer som är acceptabla för design.

Kraven som specificeras inom olika tryckkärl och rörledningskoder beror främst på materialets kemiska sammansättning och tjocklek. Koder som ASME Sektion VIII och ASME B31.3 kräver att ett specificerat material eftersvetsas värmebehandlas om det är över en given tjocklek. Koder kräver också PWHT baserat enbart på materialets mikrostrukturella sammansättning. Ett sista övervägande för att besluta om behovet av PWHT baseras på komponenternas avsedda tjänst, till exempel en med känslighet för spänningskorrosionssprickor . I sådana fall är PWHT obligatoriskt oavsett tjocklek.

Ansökan

Uppvärmningshastighet, uppehållstider och temperaturer samt kylningshastighet är alla viktiga variabler som måste kontrolleras och övervakas noggrant, annars kanske de önskade effekterna inte uppnås. När PWHT är obligatoriskt av en given branschkod kommer krav för dessa variabler att specificeras.

Uppvärmning

Uppvärmningshastigheten när PWHT utförs baseras vanligtvis på komponentens tjocklek och specificeras av de styrande koderna. Om värmningshastigheten inte utförs korrekt, antingen genom att värma för snabbt eller ojämnt, temperaturgradienter inuti komponenten bli skadliga för komponenten. Som ett resultat kan spänningssprickor uppstå och restspänningar som inte tidigare skapats kan bildas när komponenten kyls till omgivningstemperatur.

Håller temperatur och tid

Hålltemperatur och tid styrs av material respektive tjocklek. När det gäller materialtjocklek behövs längre hålltider för tjockare material. Detta för att materialet ska nå ett stabilt tillstånd där fördelningen och nivåerna av spänningar blir mer enhetliga och minskar. Den specificerade hålltemperaturen är en temperatur som är tillräckligt hög för att lindra höga restspänningsnivåer, men som fortfarande är under den lägre transformationstemperaturen. Förutom minskningen av spänningen tillåter höga hålltemperaturer under transformationstemperaturen mikrostrukturella transformationer, vilket minskar hårdheten och förbättrar duktiliteten. Stor försiktighet bör iakttas för att inte värma komponenten över den lägre omvandlingstemperaturen, eftersom skadliga metallurgiska effekter och försämrade mekaniska egenskaper kan uppstå. Dessutom bör hålltemperaturen inte vara högre än den ursprungliga anlöpningstemperaturen om inte senare mekanisk testning utförs. Att hålla sig över den ursprungliga anlöpningstemperaturen kan minska hållfastheten hos materialet till under ASME -kraven.

Kyl

Liksom med uppvärmningshastigheten måste kylhastigheten kontrolleras för att undvika skadliga temperaturgradienter som kan orsaka sprickbildning eller införa nya spänningar under kylning. Utöver detta kan snabba kylningshastigheter öka hårdheten, vilket kan öka känsligheten för en spröd fraktur.

Övervakningsteknik

Termoelement är vanligtvis anslutna till komponenten som genomgår PWHT för att kontrollera och säkerställa att uppvärmningshastigheter, hålltemperaturer och kylningshastigheter uppfyller kodspecifikationen. Datorprogramvara används vanligtvis tillsammans med termoelementen för att övervaka de ovannämnda variablerna och tillhandahålla dokumentation om att PWHT utfördes korrekt.

Se även

• Avluftare