Artykuł opisuje jedno ze szczególnych zagadnień związanych z kwalifikowaniem technologii – obróbkę cieplną po spawaniu, w szczególności w aspekcie wymagań dodatkowych opisanych w normach dotyczących różnych zastosowań (normach wyrobów), uznanych specyfikacjach technicznych oraz raporcie technicznym ISO/TR 14745.
Z artykułu dowiesz się:
- o kwalifikowaniu technologii obróbki cieplnej po spawaniu;
- o zastosowaniu praktycznym parametru Hollomona-Jaffe’a,
- jak wyznaczyć czas wygrzewania w warunkach produkcyjnych.
Norma PN-EN ISO 15614-1 [1] jest jednym z podstawowych dokumentów odniesienia podczas kwalifikowania technologii spawania łukowego stali. Dokument ten nie może być jednak stosowany jako wyłączny w odniesieniu do wszystkich zastosowań. Podstawową zasadą w procesie kwalifikowania technologii jest uwzględnienie również dodatkowych wymagań występujących przede wszystkim w normach oraz uznanych specyfikacjach technicznych dotyczących odpowiednich urządzeń i konstrukcji. Jak przebiega obróbka cieplna po spawaniu?
Dokumenty odniesienia przedstawiające dodatkowe wymagania w zakresie obróbki cieplnej po spawaniu
W procesie kwalifikowania technologii spawania należy uwzględnić (w zależności od zastosowanej technologii spawania) dodatkowe wymagania dotyczące obróbki cieplnej ujęte w:
a) normach dotyczących odpowiednich urządzeń i konstrukcji, np. PN-EN 13445-4 [2], PN-EN 13480-4 [3], PN-EN 12952-5 [4], PN-EN 13480-6 [5] i in.,
b) uznanych specyfikacjach technicznych, np. WUDT/UC/2003 [6],
c) raporcie technicznym ISO/TR 14745 [7],
d) specyfikacjach wytwórców materiałów dodatkowych do spawania.
Kluczowym dokumentem odniesienia w zakresie obróbki cieplnej jest norma PN-EN 13445-4 [2].
Wiele zapisów tej normy wdrożono do normy PN-EN 13480-4 [3]. Większość wymagań raportu technicznego ISO/TR 14745 [7] jest zgodna z ujętymi w PN-EN 13445-4 [2].
Podobne podejście związane z koniecznością uwzględnienia dodatkowych wymagań występuje w procedurach kwalifikowania technologii opartych na przepisach amerykańskich. Na przykład ASME BPVC Sekcja IX stanowi wyłącznie podstawowy dokument odniesienia w zakresie kwalifikowania technologii spawania elementów urządzeń ciśnieniowych, dlatego należy uwzględnić także wymagania dodatkowe, w zależności od zastosowania technologii, ujęte w innych Sekcjach ASME BPVC, np. VIII (zbiorniki ciśnieniowe), III i XI (urządzenia wykorzystywane w elektrowniach jądrowych) i in.
Zagadnienia ujęte w wymaganiach dodatkowych
Wymagania dodatkowe ujęte w wyszczególnionych powyżej dokumentach odniesienia dotyczą następujących zagadnień:
a) techniki przeprowadzania obróbki cieplnej po spawaniu,
b) prędkości nagrzewania i chłodzenia,
c) temperatury i czasu wygrzewania,
d) ograniczeń związanych z udzielaniem zakresu kwalifikacji do wykonywania połączeń mieszanych (pomiędzy różnymi grupami/podgrupami materiałów podstawowych).
Wymagania opisane w wymienionych powyżej normach i specyfikacjach dotyczące zagadnień opisanych powyżej w pkt a i b nie powinny powodować problemów interpretacyjnych. Dlatego w artykule skupiono się wyłącznie na zagadnieniach wyszczególnionych w pkt c i d.
Analiza zagadnień ujętych w wymaganiach dodatkowych
Analiza tab. 5 normy PN-EN ISO 15614-1 [1] wskazuje, iż autorzy tego dokumentu odniesienia nie uwzględnili wpływu obróbki cieplnej na możliwość wykonania złączy mieszanych.
Ewidentnym przykładem jest kwalifikowanie technologii dla stali grupy 6.4 wg ISO/TR 15608 [8], np. P91.
Zakres kwalifikacji zgodnie z ww. tablicą obejmuje połączenia:
a) jednorodne pomiędzy wszystkimi stalami podgrupy 6.4 i każdej podgrupy o niższym numerze,
b) mieszane pomiędzy wszystkimi stalami podgrupy 6.4 i każdej podgrupy niższej w obrębie grupy 6,
c) mieszane pomiędzy wszystkimi stalami grupy 6 a stalami grupy 1 lub 2.
Złącza elementów ze stali grupy 6 zasadniczo w każdym przypadku powinny być poddane obróbce cieplnej po spawaniu, dlatego analiza możliwości wykonania złącza mieszanego powinna uwzględniać w szczególności pokrywanie się zakresów temperatur wygrzewania dla poszczególnych materiałów podstawowych złącza spawanego.
W przypadku wielu rodzajów połączeń mieszanych wymienionych powyżej w pkt b oraz c ww. zakresy temperatur nie pokrywają się, np. 6.4-P91/6.1 – 14MoV63, 6.4 – 1, 6.4 – 2.
Analiza możliwości wykonania połączeń mieszanych dokonywana jest w normach wyrobów, np. PN-EN 13445-4 [2].
Temperatury wygrzewania
Zgodnie z wymaganiami pkt 8.4.11 normy PN-EN ISO 15614-1 [1] zakres kwalifikacji dla temperatury wygrzewania ustala się jako ą20°C w odniesieniu do wartości temperatury wygrzewania stosowanej podczas kwalifikowania technologii. Zakres ten nie jest adekwatny w przypadku wielu nowych gatunków stali do pracy w podwyższonych temperaturach z uwagi na problemy związane z uzyskaniem wymaganej pracy łamania w poszczególnych obszarach złącza spawanego. Również niekiedy ze względu na konieczność uniknięcia ryzyka przekroczenia podczas obróbki cieplnej temperatury Ac1, co skutkuje wystąpieniem struktury austenitycznej i prowadzi podczas chłodzenia do wystąpienia martenzytu nieodpuszczonego.
Czas wygrzewania
Czas wygrzewania nie jest zmienną zasadniczą według wymagań normy PN-EN ISO 15614-1 [1], przy czym wprowadzono następujący zapis w pkt 8.4.11 tego dokumentu odniesienia: „Jeżeli jest to wymagane, to prędkość nagrzewania, prędkość chłodzenia i czas wygrzewania powinny być dostosowane do wyrobu”. Niestety w najnowszym wydaniu normy PN-EN 12952-5 [4] nie wprowadzono zasad związanych z koniecznością analizy wpływu czasu wygrzewania na własności złącza.
Czas wygrzewania jest zmienną zasadniczą na podstawie zapisów ujętych w:
- nomach wyrobów, np. PN-EN 13445-4 [2], PN-EN 13480-4 [3],
- raporcie technicznym ISO/TR 14745 [7].
