Послесварная термообработка (PWHT): соответствие требованиям раздела VIII ASME и роботизированная интеграция

Что такое термообработка после сварки?

Послесварная термообработка (PWHT) - это контролируемый термический процесс, применяемый к сварному узлу после завершения сварки. сборка нагревается до заданной температуры (всегда ниже более низкой критической температуры превращения (Ac1, примерно 720-730C для углеродистой стали) (выдерживается при этой температуре в течение определенного периода, затем охлаждается с контролируемой скоростью.

Различие имеет значение: ПВТГТ не переплавляет сварной шов и не изменяет геометрию сварного шва Он работает полностью в твердом состоянии, позволяя атомной решетке стали расслабиться, перераспределить запертые напряжения, а в некоторых материалах, отпустить твердую микроструктуру в более жесткую Процесс сварки отводит тепло в высококонцентрированном, неоднородном узоре (тепловая обработка после сварки) исправляет металлургические последствия этой асимметрии Это задача инженерной точности, а не простая операция “heat и cool”.

Снижение остаточного напряжения является основной целью послесварочной термообработки.Вторые цели включают улучшение ударной вязкости и пластичности в зоне термического влияния (HAZ), размягчение твердых мартенситных микроструктур и вытеснение диффундирующего водорода, который накапливается во время сварки. Все три цели снижают риск растрескивания в процессе эксплуатации.

Почему сварка создает остаточный стресс

Когда сварочная дуга нагревает металл до 1500С или выше, окружающий материал основы остается относительно холодным Быстрое охлаждение от температуры сварки затем заставляет горячий металл сварного шва сжиматься против ограничения более холодной окружающей конструкции Сварное соединение не может свободно сжиматься — окружающий материал удерживает его Результат: металл сварного шва и ЗТВ помещены в состояние остаточного растягивающего напряжения, которое может приближаться к пределу текучести материала Для мягкой углеродистой стали с пределом текучести 250 МПа запертое остаточное напряжение может достигать 200-250 МПа даже в идеально сделанном сварном шве.

Два механизма разрушения напрямую усиливаются высоким остаточным напряжением:

• Водородное охрупчивание: при сварке атомный водород получают из воды (в дуге, покрытии, основном металле).Высокое внутреннее растягивающее остаточное напряжение приводит к расширению кристаллической решетки, что открывает карманы, где водород легко перемещается и хранится на границах зерен, что приводит к образованию водородных трещин (холодных трещин или трещин, вызванных водородом, HAC), которые могут возникать в период от нескольких часов до дней после завершения сварки. Это объясняет важность контроля температуры между проходами, которая должна поддерживаться выше 200 °C между проходами перед любой термообработкой после сварки (PWHT).
• (i) Коррозионное растрескивание под напряжением (КРСК).В мокрых технологических потоках HS, хлоридов, каустика и CO, ККЦ будет возникать при остаточных растягивающих напряжениях и ускоряться через трещины, которые распространяются в ЗТВ микротрещины. ККЦ может возникать только при трех одновременных условиях; материал, который подвержен воздействию, коррозионная среда и растягивающее напряжение. Чтобы предотвратить ККЦ, последний элемент должен быть удален с помощью PWHT. В одном исследовании TWI (2005) PWHT мартенситных сварных швов из нержавеющей стали при температуре 650 °Celsius в течение 5 минут во время сварки привел к истории без отказов, в отличие от ряда отказов в эксплуатации сварных соединений.

В случае высокохромистых ферритных (CSEF) сталей с повышенной прочностью на ползучесть, таких как P91, сваренная ЗТВ после охлаждения превращается почти в 100% в незакаленный мартенсит. Твердость ЗТВ на этом этапе (обычно 350-420HV (см.) значительно превышает допустимое значение ASME 250HB, а охрупчивание при рабочих температурах будет не предположением, а почти фактом.

Требования к коду PWHT: какие ASME и AWS на самом деле имеют мандат

Непреходящий цех изготовления Миф ” ” все сварные швы из углеродистой стали свыше 12 мм требуют pwht” Это однозначно не относится ни к одному основному коду. есть коды, которым следует следовать, группы материалов, которые следует учитывать, а также был ли нанесен предварительный нагрев во время процесса сварки перед послесварной термообработкой!

Правило 38 мм (раздел VIII ASME)

В разделе VIII раздела 1 ASME Div.1 (сосуды под давлением) говорится, что PWHT требуется для углеродистой стали P-No.1 толщиной более 32 мм (1,25 дюйма), если не выполняется предварительный нагрев. Это правило“ простирается до 38 мм (1,5 дюйма), если производитель использует предварительный нагрев в сочетании с минимальной температурой предварительного нагрева 93°C (200°F).

Пороги PWHT по кодам и группам материалов

Еще одно изменение, которое производители технологических трубопроводов могут особенно отметить при пересмотре ASME B31.3 в 2014 году, - это возможность отказаться от необходимого PWHT для сварки в системе трубопроводов из углеродистой стали P-No.1 путем внедрения контролируемого предварительного нагрева сварного шва. Исключения применяются к приложениям трубопроводов для кислого обслуживания (где требования к твердости NACE/ISO 15156, вероятно, по-прежнему будут требовать PWHT), а также к приложениям, выходящим за рамки категории P-№1.

Соответствие спецификации процедуры сварки см. в нашем руководстве Спецификации процедуры сварки — что инженеры должны документировать.

Температура и время выдержки PWHT: справочные таблицы

Каждая термообработка после сварки имеет три контроля: температура диапазона выдержки, минимальное время выдержки при температуре и допустимые скорости нагрева вверх/охлаждения. Каждое из вышеперечисленных, если оно неверно, может иметь гораздо худший эффект, чем отсутствие PWHT.

Материально-специфичные параметры PWHT

Какая температура используется для PWHT углеродистой стали?

В кодах ASME указан диапазон температур выдержки для углеродистой стали P-No.1, равный 595-720C (1,100-1,330F).Отраслевое применение после ASME UCS-56 чаще всего содержит около 1,150F 50F (621C 28C) для центра на практике.

Скорость нагрева в соответствии с требованием ASME UCS-56 для этого составляет 400F/час (222C/час) максимум, разделенный на наибольшую толщину стенки до 3 дюймов (50 мм) где 400F/час (222C/час) остается абсолютным верхним пределом для тонких секций. Это ограничило бы скорость нагрева этой оболочки толщиной 2 дюйма (50 мм) не более чем до 200F/час (111C/час).Разница температур в горячем и холодном состоянии по всей сборке не должна превышать 250F (139C) во время выдержки.

Сравнение четырех типов термообработки после сварки

ПВТ не лечение, это серия обработок, разработанных для ряда металлургических проблем. Выбор неправильного ПВТ будет столь же разрушительным, как и отсутствие ПВТ вообще.

Слово о Снятие напряжения вибрации (VSR) — В этом процессе энергия в виде механической вибрации используется для перестройки структуры зерна, тем самым снижая остаточные напряжения, без участия тепла, Поскольку в конструкцию не добавляется тепло, нет необходимости в закалке или контролируемом охлаждении, тем самым устраняя риск тепловых искажений. Независимые академические исследования, проведенные в Вильнюсском техническом университете Гедиминаса, пришли к выводу, что образцы стыкового сварного шва, обработанные VSR, продемонстрировали аналогичные свойства прочности и эластичности, что и после термообработки.“ На сварных швах не было обнаружено оксидных весов, и были значительно более низкие требования к стоимости оборудования. Хотя этот метод не признан эквивалентом теплового PWHT для соответствия требованиям ASME BPVC и требованиям к трубопроводу для подачи энергии, VSR является подходящим методом для конструкций (мосты, краны, резервуары для хранения), не регулируемых кодами давления, где сброс напряжения в первую очередь предназначен для стабильности размеров.

СЦЕНАРИЙ — Стальные опоры для зданий из конструкционной стали для электрической подстанции отмечают, что вся толщина сварного шва находится под пределом освобождения ASME B31.3 2014 г. Поскольку нет необходимости в коде давления PWHT, а стабильность размеров является основной проблемой, VSR является более быстрым и менее дорогим вариантом обработки по сравнению с обработкой печи.

Матрица принятия решения по материалам: какие стали требуют PWHT

Группа материалов ASME P-Number является первым экраном для любого решения PWHT. Ниже приведена сводная матрица обязательных и условных требований к наиболее распространенным сталям, работающим под давлением, включая механические свойства, которых PWHT должен достичь для каждого сорта. Всегда сверяйте код управляющего обслуживания и спецификацию клиента.

Как выполняется PWHT: оборудование, термопары и этапы процесса

Все циклы PWHT имеют минимальное четырехступенчатое требование для цикла: контролируемый нагрев до температуры, замачивание при температуре, контролируемое охлаждение от температуры и запись/документирование. Все четыре этапа имеют кодовые ограничения требуемой скорости и мониторинг.

Методы нагрева

Вот 4 термообработки после сварки, которые можно применять как в цехе, так и в полевых условиях:

• Нагрев печи: этот процесс включает в себя нагрев всей сборки детали в тщательно контролируемой температуре печи. Плюсы: Отлично равномерные температуры, очень хорошо для мелких и средних деталей. Минусы: деталь должна физически поместиться в печи, а асимметрично загруженные детали склонны к искажениям.
• Электрический нагрев сопротивления (одеяла керамик-пад): Гибкие керамические грелки расположены вокруг сварного шва В этих колодках, провод сопротивления генерирует тепло, которое передается в поверхность объекта, который нужно сваривать Термопары свариваются с деталью методом конденсатор-разряд, колодки надеваются и покрываются теплоизоляционными одеялами.Это безусловно наиболее распространенный метод на месте, применяемый на трубе. более длительная постоянная времени, использование логики ПИД-управления, необходимой для предотвращения перерегулирования.
• Гибкая катушка обернута вокруг области сварки, и переменный ток внутри катушек создает ток внутри металла, который нагревается изнутри. Быстрая тепловая характеристика, самая низкая долгосрочная стоимость расходных материалов и многоразовые индукционные катушки делают индукцию любимым инструментом для изготовления трубопроводов большого объема.
• высокоскоростные газовые горелки, когда необходимо обработать большие площади материала или при обжиге внутри сосуда под давлением (используйте сам корпус сосуда в качестве печи) Плохая степень контроля температуры

Требования к полосе для замачивания

241562 PWHT い Для локального PWHT ширина материала в полосе выдержки (которая попадает в заданный температурный диапазон) не может быть меньше ширины кода:

• ASME Раздел VIII: Замачивающая лента = 2 x толщина сварного шва или 50,8 мм (2”) основного материала от центра сварного шва, в зависимости от того, что меньше.
• ASME B31.3: Замачивающая лента = общая ширина сварного шва + 1” (25,4 мм) с обеих сторон.
• BS EN 13445 нагреваемая полоса=5(Rt), R=радиус судна, t=толщина стенки=5(диаметр судна разделен на 2 X толщина стенки)

Пакет документации

Пакет документации на 4 вечеринках сопровождает цикл PWHT для конформного обучения,

1. Запись термообработки (идентификаторы сварки, компонент, дата, оператор)
2. Трассировка ленточного самописца (кривая время-температура для каждой термопары)
3. Сертификат калибровки термопар и записывающего оборудования (NIST-traceable)
4. Запись о несоответствии (Процедура PWHT/любое отклонение от нее и разрешение)

Что происходит, когда вы пропускаете PWHT?

Отказ от термообработки после сварки (PWHT), когда это требуется, когда требуется для условий эксплуатации, это приводит к трем классам результатов: металлургические проблемы, которые возникают сразу; сбои во время эксплуатации, возникающие после, а не во время эксплуатации; и потенциально дорогостоящие вопросы соответствия и ответственности.

Непосредственная — Твердость и микроструктура P91 сварные швы в сваренном состоянии имеют твердость 350-420HV (кодовое ограничение 250HB), что делает область сварного шва охрупченной и уязвимой к разрушению при ударе или термическом ударе перед эксплуатацией.

Задержка-растрескивание водорода-Задержка растрескивание водорода может произойти в любое время между 24 и 72 часами после сварки, когда сварщики и инспекторы давно ушли с места. Водород диффундирует в места микроструктуры с твердым опасным состоянием, где он создает условия для зарождения трещин под растягивающим остаточным напряжением и распространения из мест с повышенной концентрацией напряжений. Отказ ряда платформ морских самоподъемных конструкций был напрямую связан с неспособностью включить предварительный нагрев или PWHT в состав ремонта сварного шва.

В эксплуатации — растрескивание типа IV в P91: Преобладающим дефектом ограничения срока службы сварных швов электростанции P91 является растрескивание типа IV, которое инициируется в мелкозернистой ЗТВ, где сварной шов и металлы основного материала встречаются из-за ползучести сварных швов в зона остаточных напряжений ЗТВ. Соответствующее применение ПВТГТ с точным контролем температуры значительно уменьшит это остаточное напряжение и задержит возникновение трещин.

PWHT в производстве электроэнергии: котлы, суда и катушки труб

Ни один производственный сектор не подвергается более строгим требованиям к обслуживанию, как энергетическая отрасль, из-за таких факторов, как; повышенное давление, нагрузка теплового цикла, температура в несколько сотен градусов и десятилетия срока службы. В сочетании с требованиями к материалам P91/P92 при любой толщине стенок, конструкции толстого сечения и строгих графиках эксплуатационных проверок становится ясно, почему соответствие PWHT определяет качество проекта в производстве электроэнергии.

Предварительное качество сварки определяет, какой объем работы должен выполнять PWHT. сварной шовный шов с плохо контролируемой температурой межпроходного периода наносит последовательные проходы с повышенным содержанием водорода и закаленными зонами ЗТВ — термическая обработка должна компенсировать эти сложные проблемы. Роботизированная сварка с интегрированным контролем температуры межпроходного режима контролирует эти переменные выше по потоку, доставляя сварные швы, которые более предсказуемо реагируют на обработку.

Контроль температуры межпроходного пространства, т.е, выше требуемого минимума кода, и ниже любого критического предварительно установленного уровня является ключевым аспектом высококачественного изготовления Cr-Mo: поддержание его гарантирует, что меньше водорода попадает в сварной шов в процессе сварки, тем самым уменьшая вероятность образования трещин, связанных с водородом, до PWHT. Это также значительно помогает сократить время выдержки PWHT и обеспечивает более однородную микроструктуру сварного шва для более легкой полной релаксации напряжений, тем самым сводя к минимуму переработку. Преимущество интеграции роботизированной сварки в ваш процесс с точным автоматизированным управлением неоспоримо из последующих результатов PWHT.

Узнайте, как Чжоусян поддерживает производство электроэнергии Решения для сварочных роботов в энергетической промышленности →

Проверка после PWHT: испытания на твердость и неразрушающий контроль

ПВТХТ Завершает Петлю Подтверждение получения желаемых металлургических эффектов - вторая часть Для этого требуется запрограммированная последовательность проверок для оценки как материала (твердость для снятия напряжений и отпуска), так и сварного шва (НДТ) Результат подтвердит, что ПВТ не нарушил целостность сварного шва.

Критерии приемлемости твердости

Твердость. ASME B31.1 и B31.3 указывают испытания на твердость для 100% местных сварных швов PWHT и не менее 10% сварных швов, обработанных печью периодического действия, когда упоминается предел твердости. Примечательно, что ASME B31.3, таблица 331.1.1, не указывает требования к максимальной твердости для углеродистой стали, P-№1-где локальный PWHT трубопроводов из углеродистой стали становится требованием Кодекса посредством внешних спецификаций (требование клиента или NACE).

Последовательность неразрушающего контроля после PWHT

Неразрушающий контроль. Чаще всего проводится неразрушающий контроль кодосварного ремонта после, а не перед PWHT. Это связано с тем, что PWHT может создавать определенные остаточные напряжения, которые могут снижать ультразвуковые показания, и изменять плотность рентгенограммы, что затрудняет обнаружение незначительных дефектов.

• Рентгенография. Стандартная процедура стыковых сварных швов труб в соответствии с ASME B31.1 и B31.3 для оценки объемных показателей после PWHT, таких как шлак и пористость.
• Ультразвуковой. более распространен для толстостенных сосудов под давлением, где геометрия может повлиять на захват пленки рентгенограммы. (Время дифракции полета, TOFD, становится все более популярным в проектах трубопроводов P91).
• Твердость: Систематическое картирование твердости по сварному шву, ЗТВ, ЗТВ и основному металлу (обычно 3 (5) точек на зону (действительно) Эффективность ПВТЧ.

Тенденции и перспективы PWHT 2025 20026

3 силы вытесняют PWHT за пределы его текущих пределов.

GB/T 30583-2026-Новый национальный стандарт Китая Новый китайский стандарт GB/T 30583-2026, “Спецификация послесварной термообработки оборудования под давлением,”, был выпущен в марте 2026 года Государственным управлением регулирования рынка. Впервые этот стандарт представляет объективный метод, выходящий за рамки чисто эмпирического суждения. Метод разницы в энергии, представленный в Приложении G, основан на физическом принципе, связывающем уровни остаточных напряжений с расчетной физической разницей в работе, необходимой для достижения определенных отступов. При сравнении с погрешностью всего 5 МПа, контрастирующей с 15 МПа при оценке традиционными методами, такими как рентгеновская дифракция, он представляет собой значительный прогресс в оценке результатов PWHT на оборудовании под давлением из углерода и низколегированной стали.

Возросший спрос на водородную инфраструктуру повысит использование специализированных сплавов PWHT. по мере развития водородной инфраструктуры - включая электролизные установки, технологию риформинга и распределительные трубопроводы высокого давления - ускоряется, спрос на высококачественные стали P91 и P92 возрастает. Оба сплава абсолютно требуют предварительной и последующей термической обработки, и имеют мало или вообще не допускают отклонений от заданных температур, а это означает, что PWHT для этих марок требует строго контролируемых, идеально автоматизированных, систем обеспечения качества при производстве.

Цифровой мониторинг PWHT: ленточные регистраторы заменяются сетевыми цифровыми регистраторами данных, которые имеют функции облачной документации. Удаленный просмотр данных о живой температуре на приборных панелях позволяет удаленному персоналу контроля качества видеть текущую деятельность по термообработке, в то время как сертификаты калибровки термопар и записи термообработки теперь чаще внедряются непосредственно в программное обеспечение для управления сварными швами. Журнал термических процессов определил этот цифровой сдвиг (включая профилактическое обслуживание оборудования PWHT) как тенденцию, определяющую тенденцию 2024 года. Это напрямую соответствует требованиям аудиторского журнала ASME, которые требуют четкой цепочки поставок от калибровки термопары до окончательного выключения при охлаждении.

Часто задаваемые вопросы о термообработке после сварки