A hegesztés utáni hőkezelés az egyik legigényesebb alkalmazás a forgóvázas kandallós kemencék esetében – és egy olyan alkalmazás, ahol a hibás eljárás költsége meghibásodott nyomástartó edényekben, selejtes hőcserélőkben és több százezer dollár értékű selejtes nehézszerkezetű termékekben mérhető.
A MONTE INTELLIGENCE forgóvázas kandallókemencéket szállított PWHT alkalmazásokhoz kínai, délkelet-ázsiai és közel-keleti gyártóknak. Ezek a kemencék az 5 tonnás nyomástartó edények héjaitól a 80 tonnás reaktoroszlopokig terjedő hegesztett szerkezeteket kezelik. Ez a cikk a kemence tervezési követelményeit, az eljárási szabályokat és a szabványmegfelelőségi dokumentációt ismerteti, amelyek megkülönböztetik a sikeres PWHT kemencét a felelősségtől.
A PWHT-t az építési előírások – ASME VIII. szakasz nyomástartó edényekhez, ASME B31.3 technológiai csővezetékekhez, AWS D1.1 szerkezeti hegesztéshez – írják elő, ha az alapanyag vastagsága meghaladja a megadott határértékeket, ha az üzemi környezet hidrogénnel vagy feszültségkorrózióval jár, vagy ha a tervezési specifikáció a szabványkövetelményektől függetlenül előírja. A PWHT célja a hegesztésből származó maradékfeszültségek csökkentése, a hőhatásövezet mikroszerkezetének edzése, és bizonyos esetekben a hidrogén okozta repedés kockázatának csökkentése.
A PWHT hegesztési ciklusa három fázisból áll, amelyeket a kemencének pontosan végre kell hajtania. Először is, a hevítési fázis – a kemencének szabályozott sebességgel kell emelnie a munkadarab hőmérsékletét a környezeti hőmérsékletről az áztatási hőmérsékletre. Az ASME VIII. szakasz 222 °C/órás maximális hevítési sebességet ír elő, osztva a hüvelykben megadott vastagsággal, legfeljebb 222 °C/óráig, 315 °C felett. Egy 50 mm (2 hüvelyk) vastag hegesztett szerkezet esetében ez 111 °C/órás maximális hevítési sebességet jelent 315 °C felett.
Másodszor, az áztatási fázis – a munkadarabot minimális ideig a megadott áztatási hőmérsékleten kell tartani. Az ASME VIII. szakasz 25 mm (1 hüvelyk) vastagságonként egy óra minimális áztatási időt ír elő, minimum 30 percig. Az áztatási hőmérséklet az alapanyagtól függ. A P-No. 1 szénacélok esetében a minimális áztatási hőmérséklet 593 °C (1100 °F). A P-No. 4 Cr-Mo acélok esetében ez 675-730 °C között mozog, a krómtartalomtól függően.
Harmadszor, a hűtési fázis – a munkadarabot az áztatási hőmérsékletről szabályozott sebességgel 315 °C alá kell hűteni. A maximális hűtési sebesség 278 °C/óra osztva a hüvelykben megadott vastagsággal, 315 °C felett legfeljebb 278 °C/óráig. 315 °C alatt a munkadarab álló levegőn hűthető.
Ezek a fűtési és hűtési sebességkövetelmények teszik kihívást jelentővé a PWHT kemence tervezését. A fent említett 80 tonnás reaktoroszlop esetében, 100 mm hegesztési varratvastagsággal, a maximális fűtési sebesség 315 °C felett mindössze 56 °C óránként. A teljes PWHT ciklus – melegítés szobahőmérsékletről 620 °C-ra, 4 órás áztatás, hűtés 315 °C-ra – 28-32 órát vesz igénybe. A kemencének a teljes ciklus alatt egyenletes hőmérsékletet kell fenntartania a munkadarab teljes hosszában és keresztmetszetében.
A hőmérséklet-egyenletesség a kemence teljesítményparamétere, amely meghatározza a PWHT minőségét. Az ASME VIII. szakasz előírja, hogy a munkadarab bármely két pontja közötti hőmérsékletkülönbség az áztatási időszak alatt a legtöbb anyag esetében nem haladhatja meg a 65 °C-ot (150 °F). Egy forgóvázas kandallós kemencében lévő 12 méter hosszú reaktoroszlop esetében az egyenletesség eléréséhez gondos égőelhelyezésre, recirkulációs ventilátor kialakítására és szabályozási zóna felosztásra van szükség.
A nagyméretű PWHT forgózsámolyos kandallós kemencéket jellemzően 4-8 függetlenül szabályozott hőmérsékleti zónára osztjuk, amelyek mindegyike saját égővel vagy fűtőelemmel, saját hőelem bemenettel és saját PID-szabályozóval rendelkezik. A zónaszabályozók egy központi felügyeleti vezérlővel kommunikálnak, amely koordinálja az alapjel emelését a megadott fűtési és hűtési sebesség fenntartása érdekében, miközben a zónák közötti hőmérséklet-különbségeket a megengedett határokon belül tartja.
A hőelemek elhelyezése és rögzítése a mérési láncszem a vezérlőláncban. A szabvány előírja, hogy a hőelemeket a munkadarabhoz kell rögzíteni, nem pedig a kemence légkörében lebegni. Vastag profilok esetén a hőelemeket a hegesztési ponton kell rögzíteni, mivel ott a legkritikusabb a hőmérséklet. A rögzítési módszerek közé tartozik a kapacitív kisüléses hegesztés (állandó hőelemek esetén előnyös), a tömlőbilincsek (kisebb alkatrészek ideiglenes hőelemeihez) és a drótkötegelők (nehéz geometriák esetén).
A szükséges hőelemek száma a munkadarab méretétől és a szabványkövetelményektől függ. Az ASME VIII. szakasz legalább egy hőelemet ír elő a munkadarab hosszának első 3 méterére, és további egy hőelemet minden további 3 méterhez, összesen legalább hármat. Egy 10 méteres tartályhoz négy hőelemre van szükség. Minden hőelemet egy kalibrált adatrögzítőhöz kell csatlakoztatni, amely kinyomtatja vagy naplózza a hőmérsékletet a ciklus során.
A kalibrálás a PWHT minőségbiztosításának dokumentációs alapja. Minden, PWHT-hez használt hőelemet az elmúlt 12 hónapban kalibrálni kell egy nyomon követhető szabvány szerint. A hőmérséklet-rögzítőt az elmúlt 6 hónapban kalibrálni kell. Magát a kemencét évente hőmérséklet-egyenletességi vizsgálatnak (TUS) kell alávetni az AMS 2750 vagy azzal egyenértékű szabvány szerint annak ellenőrzésére, hogy a kemence terhelés alatt is eléri-e a szükséges egyenletességet.
A terhelés konfigurációja ugyanúgy befolyásolja a hőmérséklet egyenletességét, mint a kemence kialakítása. A kemence falához közel elhelyezett munkadarab eltérő hőmérsékletet érzékelhet, mint a középre helyezett. A recirkulációs légáramlást elzáró munkadarab hideg pontot hozhat létre a kemence alsó részén. A PWHT specifikációnak tartalmaznia kell egy terhelési diagramot, amely figyelembe veszi ezeket a problémákat, és a forgóvázon meg kell jelölni a munkadarab-támaszok helyeit, hogy biztosítsák az egyenletes terhelést az egyik ciklusról a másikra.
A MONTE INTELLIGENCE forgóvázas kandallós PWHT kemencéit ezen szabványkövetelmények figyelembevételével terveztük. Standard kialakításunk többzónás hőmérséklet-szabályozást, nagy teljesítményű recirkulációs ventilátorokat (jellemzően percenként 3-6 recirkuláció), kalibrált hőelem bemeneteket és adatnaplózó rendszereket tartalmaz, amelyek automatikusan generálják a szükséges szabványdokumentációt.
Az Ön gyártási igényeinek megfelelő PWHT kemencére vonatkozó ajánlatért vegye fel a kapcsolatot a helenxu@cnlymonte.com címen.
