Előmelegítés és hegesztés utáni hőkezelések

Előmelegítés és hegesztés utáni hőkezelések

Amit a hegesztési ellenőrnek tudnia kell az előmelegítésről és a hegesztés utáni hőkezelésről.

Egyes alapanyagok hegesztésekor és bizonyos üzemi körülmények között előmelegítésre és/vagy hegesztés utáni hőkezelésre lehet szükség. Az ilyen típusú hőkezelések szükségesek a hegesztés megfelelő szilárdságának biztosításához, és általában megakadályozzák a nem kívánt jellemzőket az elkészült hegesztésben, illetve eltávolítják azokat. A hőkezelés minden formája költséges, mivel extra berendezést, plusz időt és extra kezelést igényel. Ezek miatt a hőkezelést csak az esetleges előnyök alapos mérlegelése után szabad elvégezni. Bizonyos esetekben a hőkezelés kötelező lesz, mint például a gyengén ötvözött acélok nehéz szakaszainál, míg más esetekben ez egy indokolt óvintézkedés a korai meghibásodás ellen.

Számos oka van annak, hogy ezeket a hőkezeléseket bevonják a hegesztési eljárásba. Megvizsgálunk néhányat a leggyakoribbak közül.

Előmelegítés

Az AWS szabványos hegesztési kifejezései és definíciói szerint az előmelegítés jelentése „az alapanyagra vagy a munkadarabra alkalmazott hő az előmelegítési hőmérséklet eléréséért és fenntartásáért”. Az előmelegítési hőmérsékletet ugyanez a dokumentum így határozza meg: „az alapanyag hőmérséklete a hegesztési pontot körülvevő térfogatban közvetlenül a hegesztés megkezdése előtt. Többmenetes hegesztésnél ez egyben a második és az azt követő hegesztések megkezdése előtti hőmérséklet is” (Menetek közötti hőmérséklet).

Az előmelegítés végrehajtása

Az előmelegítés gázégőkkel, oxigénnel és gázzal képzett lánggal, elektromos takaróval, indukciós fűtéssel vagy kemencében történő melegítéssel történhet. A kiváló eredményhez elengedhetetlen, hogy a fűtés egyenletes legyen a hézag körül. Az intenzív, nem egyenletes melegítésnek kevés haszna van a hűtés késleltetésének szempontjából, és káros lehet, mivel nagyobb maradékfeszültséget, torzítást vagy nemkívánatos metallurgiai változásokat idéz elő az alapanyagban.

Előmelegítés esetén az egész varratot egyenletesen fel kell melegíteni az anyag teljes vastagságában a kívánt minimális hőmérsékletre. Az anyag teljes vastagságában úgy érhet el egyenletes hőmérsékletet, ha a hőforrásokat az anyagfelület egyik oldalára alkalmazza, és az anyag hőmérsékletét az ellenkező oldalon méri.

Ha a fűtést és a hőmérsékletmérést ugyanazon a felületen kell végezni, az ellenőrnek meg kell győződnie arról, hogy nem csak az anyag felülete melegedett fel. Fontos gondoskodni arról, hogy az anyag teljes vastagsága egyenletes hőmérsékletre legyen melegítve.

Az előmelegítési hőmérséklet beállításán túlmenően egyes alkalmazásoknál figyelembe kell venni a menetek közötti hőmérséklet korlátozását. Ezt az információt fel kell tüntetni a hegesztési eljárás specifikációjában. Ha a menetek közötti hőmérsékletet megadják, a hegesztési területet meg kell vizsgálni a következő hegesztési varrat felrakása előtt. A hegesztés nem folytatható, ha a mért hőmérséklet meghaladja a hegesztési eljárásban meghatározott maximális menetek közötti feltételeket. A hegesztés folytatása előtt hagyni kell, hogy a varrat lehűljön a menetek közötti hőmérséklet meghatározott felső határára.

Az anyag metallurgiai tulajdonságaitól és/vagy a hegesztett alkatrész kívánt mechanikai tulajdonságaitól függően az előmelegítés és a menetek közötti hőmérséklet különböző okokból kiértékelhető. Például az alacsony széntartalmú, viszonylag alacsony edzhetőséggel rendelkező és különleges szervizigény nélküli alkalmazásokban alkalmazott lágyacél hegesztési eljárása során figyelembe kell venni egy minimális előmelegítési és menetek közötti hőmérsékletet az anyagvastagság alapján.

A hőkezelésre alkalmas, ütőpróbát előíró, gyengén ötvözött acélokhoz és króm-molibdén acélokhoz használt hegesztési eljárások általában minimális és maximális követelményt határoznak meg az előmelegítési és a menetek közötti hőmérsékletre vonatkozóan. Ezek a gyengén ötvözött anyagok nagy edzhetőséggel rendelkezhetnek, és érzékenyek a hidrogénhasadásra. Ha ezeket az anyagokat túl gyorsan hagyják lehűlni, vagy túlhevítik őket, az súlyosan ronthatja a teljesítményüket. A nikkelötvözetek hegesztésekor elsősorban a hegesztési művelet során fellépő nagy hőbevitelre kell odafigyelni. A hegesztési folyamat hőbevitele, valamint az előmelegítési és a menetek közötti hőmérséklet súlyosan ronthatja ezeknek az anyagoknak a jellemzőit. A nagy hőbevitel túlzott mértékű elfolyósodást, karbidkiválást és egyéb káros kohászati jelenségeket okozhat. Ezek a metallurgiai változások elősegíthetik a repedést vagy a korrózióállóság elvesztését. Egyes alumíniumötvözetek, például a hőkezelésre alkalmas, 2xxx, 6xxx és 7xxx sorozat hegesztési eljárásai gyakran a teljes hőbevitel csökkentését írják elő. Ezekkel az anyagokkal a maximális előmelegítési és menetek közötti hőmérsékletet szabályozzák, hogy minimálisra csökkentsék a hőhatászónát érő (HAZ) izzítási és elöregítési hatást, valamint az ebből eredő szakítószilárdság-vesztést.

Kritikus alkalmazásokban az előmelegítési hőmérsékletet pontosan szabályozni kell. Ezekben a helyzetekben szabályozható fűtőrendszereket használnak, és hőelemeket szerelnek fel a fűtött rész figyelésére. Ezek a hőelemek jelet adnak a vezérlőegységnek, amely képes szabályozni a fűtéshez szükséges áramforrást. Az ilyen típusú berendezések használatával a fűtött alkatrész rendkívül szűk tűréshatárig szabályozható.

Miért szükséges az előmelegítés?

Az előmelegítés fő okai közül néhány:

a) A nedvesség elvezetése a hegesztési területről: Ezt jellemzően úgy hajtják végre, hogy az anyag felületét viszonylag alacsony hőmérsékletre, közvetlenül a víz forráspontja fölé melegítik. Ez kiszárítja a lemez felületét, és eltávolítja a nemkívánatos szennyeződéseket, amelyek egyébként porozitást, hidrogén ridegséget vagy repedést okozhatnak, amikor hidrogént alkalmaznak a hegesztési eljárás során.

b) A hőmérsékleti gradiens csökkentése: Minden ívhegesztési folyamat magas hőmérsékletű hőforrást használ. Meredek hőmérséklet-különbség keletkezik a helyi hőforrás és a hegesztett, hideg alapanyag között. Ez a hőmérséklet-különbség eltérő hőtágulást és -összehúzódást, valamint nagy feszültségeket okoz a hegesztett terület körül. A hőmérséklet-különbséget az alapanyag előmelegítésével csökkentve minimalizálhatja a torzulással és a túlzott maradékfeszültséggel kapcsolatos problémákat. Ha az előmelegítést nem végzik el, nagy hőmérséklet-különbség keletkezhet a hegesztési terület és az alapanyag között. Ez gyors lehűlést okozhat, ami martenzit képződéséhez és valószínű repedésekhez vezethet egyes nagy edzhetőséggel rendelkező anyagok hegesztésekor.

Hegesztés utáni hőkezelés

A hegesztés utáni hőkezelések különböző típusait különböző okokból és különböző anyagoknál alkalmazzák.

a) Feszültség oldása – A hegesztés utáni hőkezelést legáltalánosabban a feszültségek oldására használják. A feszültségmentesítés célja a hegesztési művelet során esetlegesen fellépő belső vagy maradékfeszültségek megszüntetése. A hegesztés utáni feszültségmentesítés szükséges lehet a ridegtörés kockázatának csökkentéséhez, a megmunkálás során bekövetkező későbbi torzulások elkerüléséhez vagy a feszültségkorrózió kockázatának megszüntetéséhez.

b) Megfelelő kohászati szerkezet kialakítása – Egyes acélötvözetek esetében hőkezelésre lehet szükség a megfelelő kohászati szerkezet kialakításához. Ezt a kezelést a hegesztési varrat lehűlése után kell elvégezni, de bizonyos körülmények között esetleg a lehűlés előtt kell elvégezni a repedés elkerüléséhez.

c) Normalizálás hegesztés után – Az acél rendkívül durva hegesztési szerkezetei, például a salakhegesztési eljárással előállított szerkezetek hegesztés utáni normalizálást igényelhetnek. Ez a kezelés finomítja a durva szemcsés szerkezetet, csökkenti a hegesztés utáni feszültségeket, és megszünteti a kemény zónákat a hő által érintett zónában.

d) Az eredeti tulajdonságok visszanyerése – A kiválásos keményedésre képes ötvözetek, például a hőkezelésre alkalmas alumíniumötvözetek esetenként hegesztés utáni hőkezelést igényelnek, hogy visszanyerjék eredeti tulajdonságaikat. Egyes esetekben csak öregítő kezelést alkalmaznak, bár a teljes kilágyító hőkezelés és a mesterséges öregítés jobban visszanyeri a tulajdonságokat a hegesztés után.

Ha a hegesztési műveletek előmelegítést és/vagy hegesztés utáni hőkezelést foglalnak magukban, fontos, hogy a hegesztési ellenőr megértse ezeket a követelményeket, így biztosíthatja a helyes végrehajtást a vonatkozó hegesztési eljárás specifikációinak és/vagy előírásainak megfelelően.