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

All PWHT cycles have a minimum four-stage requirement for the cycle: controlled heating to temperature, soaking at the temperature, controlled cool-down from temperature, and recording/documenting. All four stages have code required rate limits, and monitoring.

Методы нагрева

Here are 4 post weld heat treatments that may be applied both in the workshop and in the field:

• Furnace Heating: This process involves heating the entire part assembly in a carefully temperature controlled furnace. Pros: Excellent uniform temperatures, very good for small to medium parts. Cons: Part needs to physically fit in the furnace, and asymmetrically loaded parts are prone to distortion.
• Electrical resistance heating (ceramic-pad blankets): Flexible ceramic heating pads are arranged around the weld. In these pads, a resistance wire generates heat, which is transferred into the surface of the object to be welded. Thermocouples are welded to the part by capacitor-discharge method, the pads put on and topped with thermal insulating blankets.These are by far the most common on-site method applied on pipe work. Longer time constant, the use of PID control logic necessary for avoiding overshoot.
• A flexible coil is wrapped around the weld area and the alternating current within the coils creates a current within the metal that heats from within. Quick thermal response, lowest long term cost forconsumables, and reusable induction coils is making induction a favorite tool for high volume piping fabrication.
• high velocity gas burners for when larger areas of the material need to be treated, or when firing inside a pressure vessel is to be applied (use the vessel shell itself as a furnace) Poor degree of temperature control

Требования к полосе для замачивания

241562 PWHT – For local PWHT, the width of the material in the soak band (which falls within a specified temperature range) cannot be less than code widths:

• ASME Section VIII: Soak band = 2 x weld thickness or 50.8mm (2”) of base material from the weld centre, whichever is smallest.
• ASME B31.3: Soak band = overall weld width + 1” (25.4mm) to both sides.
• BS EN 13445 heated band=5(Rt), R=vessel radius, t=wall thickness=5(vessel diameter divided by 2 X wall thickness)

Пакет документации

Un pack de documentation en 4 parties doit accompagner chaque cycle de PWHT pour une pièce conforme,

1. Heat treat record (weld IDs, component, date, operator)
2. Strip chart recorder trace (time-temperature curve for every thermocouple)
3. Calibration certificate for thermocouples and recording equipment (NIST-traceable)
4. Non Conformance Record (PWHT Procedure/any departure there off and resolution)

Что происходит, когда вы пропускаете PWHT?

Forgoing the post weld heat treatment (PWHT) when mandated—or when service conditions require it—gives rise to three classes of result: metallurgical problems that occur right away; failures during service that emerge after, not during, operation; and potentially costly questions of conformance and liability.

Immediate – Hardness & Microstructure: P91 welds in as-welded condition have HAZ hardness of 350-420HV (Code limit 250HB) making the weld area embrittled, and vulnerable to failure under impact or thermal shock prior to service.

Delayed-hydrogen cracking-Delayed hydrogen cracking can occur anytime between 24 and 72 hours after welding when welders and inspectors are long gone from the site. The hydrogen diffuses to hard haz microstructure sites where it creates the conditions for cracks to nucleate under a tensile residual stress and spread from locations with increased stress concentration.The failure of a number of offshore jack-up structure platforms has been traced directly to a failure to include a preheat or PWHT as part of the weld repairs.

In-service – Type IV cracking in P91: The predominant failure life limiting defect in power plant P91 welds is Type IV cracking which is initiated in the fine-grained HAZ where the weld and base material metals meet due to creep of the weldments in the residual stress zone of the HAZ. The appropriate application of PWHT with precise temperature control will significantly reduce this residual stress and delay crack initiation.

PWHT в производстве электроэнергии: котлы, суда и катушки труб

No fabrication sector is subjected to more demanding service requirements as the power generation industry, due to factors such as; elevated pressures, thermal cycle loading, temperatures of several hundreds of degrees and decades of operational life time. Coupled with P91/P92 material requirements at all wall thicknesses, thick-section construction, and stringent in-service inspection schedules, it is clear why PWHT compliance defines project quality in power generation.

Prior weld quality determines how much work PWHT must do. A weld with poorly controlled inter-pass temperature deposits successive passes with elevated hydrogen content and hardened HAZ zones — heat treatment must compensate for these compounded problems. Robotic welding with integrated inter-pass temperature monitoring controls these variables upstream, delivering welds that respond more predictably to treatment.

Controlling interpass temperature, i.e., above the code required minimum, and below any critical pre-set level is a key aspect of high quality Cr-Mo fabrication: maintaining it ensures that less hydrogen enters the weld during the welding process thereby reducing the potential for hydrogen related cracks prior to PWHT. It also greatly assists in shortening PWHT Soak Time and enables a more uniform weld microstructure for easier complete stress relaxation, thus minimizing rework. The benefit of integrating robotic welding into your process with precise automated control is undeniable from downstream PWHT results.

Learn how Zhouxiang supports power generation fabrication at Power Industry Welding Robot Solutions →

Проверка после PWHT: испытания на твердость и неразрушающий контроль

PWHT Completes the Loop. Confirming you get the desired metallurgical effects is the second part. This requires a programmed sequence of inspections to assess both the material (hardness for stress relief and temper) and the weld (NDT). The result will confirm PWHT hasn’t compromised weld integrity.

Критерии приемлемости твердости

Hardness. ASME B31.1 and B31.3 specify hardness testing for 100% of local PWHT welds and at least 10% of batch-furnace treated welds when a hardness limit is mentioned. It is noteworthy that ASME B31.3, Table 331.1.1, does not specify a maximum hardness requirement for carbon steel, P-No.1-where local PWHT of carbon steel piping becomes a Code requirement through external specifications (client requirement or NACE).

Последовательность неразрушающего контроля после PWHT

Non-Destructive Testing. It’s most common to conduct non-destructive testing of code-welded repairs following, not preceding, PWHT. This because PWHT may introduce certain residual stresses which could depress ultrasonic indications, and change in radiograph density, making detection of minor flaws harder.

• Radiography. The standard procedure for pipe butt welds in accordance with ASME B31.1 & B31.3 to assess post-PWHT volumetric indications like slag and porosity.
• Ultrasonic. More common for thick wall pressure vessels where geometry can affect radiograph film capture. (Time of Flight Diffraction, TOFD, is increasingly popular on P91 piping projects).
• Hardness traverse: Systematic hardness mapping across weld, HAZ, and base metal — typically 3–5 points per zone — validates PWHT effectiveness.

Тенденции и перспективы PWHT 2025 20026

3 Forces Are Pushing PWHT Beyond Its Current Limits.

GB/T 30583-2026-A New National Standard in China. The new Chinese GB/T 30583-2026 standard, “Specification for Post-Weld Heat Treatment of Pressure Equipment,” was issued in March 2026 by the State Administration for Market Regulation. For the first time, this standard presents an objective method beyond purelyempirical judgement. The Energy Difference Method, presented in Appendix G, relies on a physical principle linking residual stress levels to a calculable physical difference in work required to achieve certain indentations. When compared with an error margin of only 5MPa, contrasted with 15MPa when assessed by traditional methods such as X-ray diffraction, it represents a major advancement in evaluating PWHT results on carbon and low-alloy steel pressure equipment.

Increased demand for hydrogen infrastructure will boost utilization of specialized PWHT alloys. As development of hydrogen infrastructure-including electrolysis facilities, reformer technology and high-pressure distribution pipelines-accelerates, demand for P91 and P92 high-grade steels rises. Both alloys absolutely require pre and post-welding heat treatments, and have little or no tolerance for deviations from the specified temperatures, which means PWHT for these grades demands tightly controlled, ideally automated, quality assurance systems in fabrication.

Digital PWHT Monitoring: Strip chart recorders are being replaced by networked digital data loggers that have cloud-based documentation features. Remote viewing of live temperature data on dashboards allows remote QA personnel to see heat treat activity in progress, while thermocouple calibration certificates and heat treat records are now more commonly being embedded directly into the weld management software. Thermal Processing Magazine identified this digital shift — including predictive maintenance for PWHT equipment — as a defining 2024 trend. This aligns directly with ASME audit trail requirements, which mandate a clear chain of custody from thermocouple calibration through final cool-down sign-off.

Часто задаваемые вопросы о термообработке после сварки