Unternehmensnachrichten über Die Bedeutung der Wärmebehandlung nach dem Schweißen für Flansche

Für bestimmte Arten von Metallflanschen, insbesondere für solche, die für Hochdruck-, Hochtemperatur- oder kritische Anwendungen bestimmt sind, ist Wärmenachbehandlung nach dem Schweißen (PWHT) nicht nur eine empfohlene Praxis, sondern ein entscheidender Schritt zur Gewährleistung der Integrität und Langlebigkeit der Verbindung. PWHT, auch bekannt als Spannungsarmglühen, ist ein kontrollierter Prozess des Erhitzens, Haltens und Abkühlens einer geschweißten Komponente, um Eigenspannungen abzubauen und die mechanischen Eigenschaften der Schweißnaht und der umgebenden wärmebeeinflussten Zone (WEZ) zu verbessern.

Warum ist PWHT für Flansche notwendig?

Das Schweißen führt naturgemäß zu erheblichen thermischen Spannungen im Metall. Wenn sich das geschmolzene Schweißgut verfestigt und abkühlt, zieht es sich zusammen und zieht am umgebenden Grundmaterial. Dieses ungleichmäßige Erhitzen und Abkühlen erzeugt:

1. Eigenspannungen: Dies sind innere Spannungen, die im Material "eingeschlossen" sind, selbst nachdem die äußeren Kräfte (wie Schweißwärme) entfernt wurden. Hohe Eigenspannungen können zu Folgendem führen:

   • Verformung und Verzug: Beeinträchtigt die Flanschebenheit, wodurch eine ordnungsgemäße Dichtungssitzung erschwert wird.

   • Rissbildung: Insbesondere in anfälligen Materialien können Eigenspannungen zu verzögerter Wasserstoffrissbildung oder Spannungsrisskorrosion führen.

   • Reduzierte Ermüdungslebensdauer: Hohe Eigenspannungen können als bereits vorhandene Belastungen wirken und die Fähigkeit des Materials, zyklischer Belastung standzuhalten, verringern.

2. Veränderungen in Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften: Das schnelle Erhitzen und Abkühlen während des Schweißens kann die Mikrostruktur des Schweißguts und der WEZ verändern, was manchmal zu härteren, spröderen Bereichen führt.

PWHT geht diese Probleme an, indem es:

• Spannungsabbau: Das Erhitzen des geschweißten Flansches (oder des Schweißhalses eines an ein Rohr geschweißten Flansches) auf eine bestimmte Temperatur (unterhalb der Umwandlungstemperatur), das Halten für einen definierten Zeitraum und das anschließende langsame Abkühlen ermöglicht die Umlagerung der Atome innerhalb des Metalls. Dies reduziert oder verteilt die inneren Eigenspannungen, wodurch die Komponente stabiler und weniger anfällig für Verformung oder Rissbildung wird.

• Zähigkeits- und Duktilitätsverbesserung: Für einige legierte Stähle kann PWHT die während des Schweißens gebildeten harten, spröden Mikrostrukturen vergüten und so ihre Zähigkeit und Duktilität verbessern. Dies ist besonders wichtig für Anwendungen, bei denen Sprödbruch ein Problem darstellt (z. B. Anwendungen bei niedrigen Temperaturen).

• Wasserstoffentfernung: PWHT kann die Diffusion von eingeschlossenem Wasserstoff aus der Schweißnaht und der WEZ erleichtern und so die verzögerte Wasserstoffrissbildung verhindern, was für bestimmte hochfeste Stähle ein erhebliches Problem darstellt.

Wann ist PWHT für Flansche erforderlich?

Die Anforderung für PWHT wird typischerweise durch Folgendes bestimmt:

• Materialart: Üblich für legierte Stähle (z. B. Chrom-Molybdän-Stähle wie ASTM A182 F11, F22), die im Hochtemperaturbereich eingesetzt werden, oder bestimmte Kohlenstoffstähle (insbesondere dickere Abschnitte). Edelstahl benötigt im Allgemeinen keine PWHT zur Spannungsarmglühung, kann aber zur Korrosionsbeständigkeit einem Lösungsglühen unterzogen werden.

• Dicke: Dickere Abschnitte sind anfälliger für hohe Eigenspannungen und erfordern oft PWHT. Schweißcodes (z. B. ASME B31.1, B31.3, ASME Section VIII) legen Mindestdicken fest, oberhalb derer PWHT für bestimmte Materialien obligatorisch ist.

• Betriebsbedingungen: Anwendungen mit hohem Druck, hoher Temperatur, zyklischer Belastung oder korrosiven Umgebungen, bei denen Spannungsrisskorrosion ein Risiko darstellt, erfordern oft PWHT.

• Code-Anforderungen: Verschiedene internationale und branchenspezifische Schweiß- und Druckbehältercodes (z. B. ASME Boiler and Pressure Vessel Code, API-Standards) schreiben PWHT basierend auf Material, Dicke und Betrieb vor.

Überlegungen zu PWHT:

• Kontrolliertes Erhitzen und Abkühlen: Die Heiz- und Kühlraten müssen sorgfältig kontrolliert werden, um neue Spannungen oder Risse zu vermeiden.

• Temperaturgleichmäßigkeit: Die gesamte Schweißzone muss gleichmäßig erhitzt werden.

• Ausrüstung: PWHT kann in großen Öfen oder durch lokale Wärmebehandlung durchgeführt werden (z. B. unter Verwendung von elektrischen Widerstandsheizelementen oder Induktionsspulen um die Schweißnaht).

• Kosten und Logistik: PWHT erhöht die Kosten und den Zeitaufwand für den Fertigungs- und Herstellungsprozess.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass für viele kritische Anwendungen die Integrität eines Metallflansches erst dann vollständig ist, wenn er einer Wärmenachbehandlung nach dem Schweißen unterzogen wurde. Dieser wichtige metallurgische Prozess verwandelt eine potenziell beanspruchte und spröde Schweißnaht in eine stabilere, zähere und haltbarere Verbindung, wodurch die Sicherheit und die langfristige Zuverlässigkeit des gesamten Rohrleitungssystems grundlegend verbessert werden.