缺陷容限和脆性断裂的观察:焊后热处理的影响

介绍

焊后热处理(PWHT)对焊接件脆性断裂的风险有显著影响。此外，鉴于最近P-No的PWHT要求的变化，这个主题特别相关。1碳钢材料2014年版ASME B31.3，工艺管道［1］．具体地说，PWHT不再是任何壁厚的强制性要求，只要厚度大于3/16英寸的厚度采用多道焊，且厚度大于1英寸的厚度至少进行200°F的预热。断裂力学计算表明，对于较厚的碳钢构件，如果没有强制性的PWHT要求，由于焊缝残余应力接近屈服水平，可能会显著增加脆性断裂失效的风险。鉴于整个行业都在关注脆性断裂破坏的可能性，本文分析了PWHT指南，以解决之前引用的2014年版的变化所产生的潜在问题，关于PWHT可能降低断裂韧性的评论是基于已发表的文献综述。

本文总结了最近出版的参考文献[2]的一些方面，其中提出了一种严格的方法来产生冲击试验豁免曲线，并通过建立单独的焊接态和PWHT曲线来确定适当的夏比冲击试验温度。这种方法允许使用断裂韧性主曲线(Master Curve)直接比较焊接状态和PWHT部件的缺陷容差，该曲线发表在最近出版的焊接研究委员会(WRC)公报562[3]中。与PWHT组件相比，采用这种方法可以明显提高焊接组件的整体脆性断裂倾向。此外，主曲线，结合API 579-1/ASME FFS-1中描述的弹塑性断裂力学方法，适用于服务的适应性(API 579)[4]提供了一种利用现代断裂力学量化与焊缝残余应力相关的裂缝驱动力的方法。最后，对现行ASME B31.3 PWHT要求的适用性进行了评述，并根据国家委员会检验规范(NBIC)[5]的允许，对使用焊接预热代替PWHT的后果进行了观察。

PWHT基本面

保压设备中的焊缝残余应力是焊接过程中发生的高局部瞬态热输入的产物。正如参考文献[6]中所讨论的，焊缝残余应力是在没有任何外力的情况下，当焊接区域相对于相邻材料的加热经历了约束热膨胀时产生的内力的结果。然后塑性应变发展，在冷却过程中，由于相邻(较冷)母材的约束，在焊缝沉积附近区域产生了拉伸残余应力。这些残余应力增加了裂纹萌生和扩展的可能性，根据工艺条件和使用环境，可能会增加应力腐蚀开裂、疲劳开裂和最终脆性断裂的风险。