De warmtebehandeling na het lassen is een van de meest veeleisende toepassingen voor een bogie-haardoven, en de kosten van een fout worden gemeten in defecte drukvaten, afgekeurde warmtewisselaars en afgedankte zware constructies ter waarde van honderdduizenden dollars.
MONTE INTELLIGENCE levert bogie-ovens voor warmtebehandeling na het lassen (PWHT) aan fabrikanten in China, Zuidoost-Azië en het Midden-Oosten. Deze ovens verwerken lasconstructies variërend van drukvaten van 5 ton tot reactorkolommen van 80 ton. Dit artikel behandelt de ontwerpvereisten voor de oven, de procedurele discipline en de documentatie voor naleving van de voorschriften die een succesvolle PWHT-oven onderscheiden van een risicofactor.
Nabehandeling met warmtebehandeling (PWHT) is vereist volgens de bouwvoorschriften — ASME Sectie VIII voor drukvaten, ASME B31.3 voor procesleidingen, AWS D1.1 voor constructielassen — wanneer de dikte van het basismetaal de gespecificeerde limieten overschrijdt, wanneer de gebruiksomgeving waterstof- of spanningscorrosie met zich meebrengt, of wanneer de ontwerpspecificatie dit vereist, ongeacht de voorschriften. Het doel van PWHT is het verminderen van restspanningen als gevolg van het lassen, het temperen van de microstructuur van de warmtebeïnvloede zone en in sommige gevallen het verminderen van het risico op waterstofgeïnduceerde scheurvorming.
De thermische cyclus voor warmtebehandeling na het lassen (PWHT) bestaat uit drie fasen die de oven nauwkeurig moet uitvoeren. Ten eerste de verwarmingsfase: de oven moet de temperatuur van het werkstuk van omgevingstemperatuur tot de gewenste temperatuur (hold temperature) gecontroleerd verhogen. ASME Sectie VIII specificeert een maximale verwarmingssnelheid van 222 °C per uur gedeeld door de dikte in inches, tot een maximum van 222 °C per uur boven 315 °C. Voor een lasverbinding van 50 mm (2 inch) dik betekent dit een maximale verwarmingssnelheid van 111 °C per uur boven 315 °C.
Ten tweede, de weekfase: het werkstuk moet gedurende een minimale tijd op de voorgeschreven weektemperatuur worden gehouden. ASME Sectie VIII schrijft een minimale weektijd voor van één uur per 25 mm (1 inch) dikte, met een minimum van 30 minuten. De weektemperatuur is afhankelijk van het basismateriaal. Voor koolstofstaal P-nr. 1 is de minimale weektemperatuur 593 °C (1100 °F). Voor chroom-molybdeenstaal P-nr. 4 varieert deze van 675 tot 730 °C, afhankelijk van het chroomgehalte.
Ten derde, de afkoelfase: het werkstuk moet gecontroleerd worden afgekoeld van de gloeitemperatuur tot onder de 315 °C. De maximale afkoelsnelheid is 278 °C per uur gedeeld door de dikte in inches, tot een maximum van 278 °C per uur boven de 315 °C. Beneden de 315 °C mag het werkstuk in stilstaande lucht afkoelen.
Deze eisen aan de verwarmings- en afkoelsnelheid maken het ontwerp van een warmtebehandelingsoven (PWHT) zo complex. Voor de bovengenoemde reactorkolom van 80 ton met een lasdikte van 100 mm bedraagt de maximale verwarmingssnelheid boven 315 °C slechts 56 °C per uur. De volledige warmtebehandelingscyclus – verwarmen van omgevingstemperatuur tot 620 °C, 4 uur op die temperatuur houden, afkoelen tot 315 °C – duurt 28 tot 32 uur. De oven moet gedurende deze hele cyclus een uniforme temperatuur over de gehele lengte en doorsnede van het werkstuk handhaven.
Temperatuuruniformiteit is de prestatieparameter van de oven die de kwaliteit van de warmtebehandeling na het lassen bepaalt. ASME Sectie VIII vereist dat het temperatuurverschil tussen twee willekeurige punten op het werkstuk tijdens de gloeiperiode voor de meeste materialen niet meer dan 65 °C (150 °F) mag bedragen. Voor een 12 meter lange reactorkolom in een bogie-haardoven vereist het bereiken van die uniformiteit een zorgvuldige plaatsing van de branders, een goed ontwerp van de recirculatieventilator en een nauwkeurige indeling van de regelzones.
We verdelen grote PWHT-bogie-ovens doorgaans in 4 tot 8 onafhankelijk geregelde temperatuurzones, elk met een eigen brander of verwarmingselement, een eigen thermokoppel-ingang en een eigen PID-regelaar. De zoneregelaars communiceren met een centrale supervisieregelaar die de temperatuurverhoging coördineert om de gespecificeerde verwarmings- en koelsnelheden te handhaven en tegelijkertijd de temperatuurverschillen tussen de zones binnen de toegestane limieten te houden.
De plaatsing en bevestiging van de thermokoppel is de meetschakel in de regelketen. De voorschriften vereisen dat thermokoppels aan het werkstuk worden bevestigd en niet in de ovenatmosfeer zweven. Bij dikke secties moeten thermokoppels op de lasplaats worden bevestigd, omdat daar de temperatuur het meest kritisch is. Bevestigingsmethoden omvatten capacitief ontladingslassen (de voorkeur voor permanente thermokoppels), slangklemmen (voor tijdelijke thermokoppels op kleinere onderdelen) en kabelbinders (voor lastige geometrieën).
Het aantal benodigde thermokoppels is afhankelijk van de afmetingen van het werkstuk en de voorschriften. ASME Sectie VIII vereist minimaal één thermokoppel voor de eerste 3 meter van het werkstuk en één extra thermokoppel voor elke volgende 3 meter, met een minimum van drie in totaal. Een vat van 10 meter vereist vier thermokoppels. Elk thermokoppel moet worden aangesloten op een gekalibreerde recorder die de temperatuur gedurende de hele cyclus afdrukt of registreert.
Kalibratie vormt de documentaire basis voor kwaliteitsborging bij warmtebehandeling na het lassen (PWHT). Elke thermokoppel die voor PWHT wordt gebruikt, moet binnen de voorafgaande 12 maanden gekalibreerd zijn met een traceerbare standaard. De temperatuurregistrator moet binnen de voorafgaande 6 maanden gekalibreerd zijn. De oven zelf moet jaarlijks een temperatuuruniformiteitsonderzoek (TUS) ondergaan, conform AMS 2750 of een gelijkwaardige norm, om te controleren of de oven de vereiste uniformiteit onder belasting bereikt.
De configuratie van de lading heeft net zoveel invloed op de temperatuuruniformiteit als het ontwerp van de oven. Een werkstuk dat dicht bij de ovenwand is geplaatst, kan een andere temperatuur ervaren dan een werkstuk dat in het midden is geplaatst. Een werkstuk dat de recirculatieluchtstroom blokkeert, kan een koude plek stroomafwaarts veroorzaken. De PWHT-specificatie moet een laadschema bevatten dat rekening houdt met deze problemen, en de transportwagen moet gemarkeerde locaties voor werkstuksteunen hebben om een consistente belasting van de ene cyclus naar de andere te garanderen.
De MONTE INTELLIGENCE bogie hearth PWHT-ovens zijn ontworpen met deze code-eisen in gedachten. Ons standaardontwerp omvat temperatuurregeling in meerdere zones, recirculatieventilatoren met een hoog debiet (doorgaans 3-6 recirculaties per minuut), gekalibreerde thermokoppel-ingangen en datalogging-systemen die automatisch de vereiste code-documentatie genereren.
Voor een offerte voor een PWHT-oven die is afgestemd op uw specifieke fabricagevereisten, kunt u contact opnemen met helenxu@cnlymonte.com.
