Was ist eine Wärmenachbehandlung
Die Wärmebehandlung nach dem Schweißen (Post Welding Heat Treatment, PWHT) ist ein Wärmebehandlungsverfahren, das nach dem eigentlichen Schweißprozess durchgeführt wird. Häufig ist die PWHT aufgrund von Industrienormen wie ASME ein obligatorisches Verfahren, um eine sichere Konstruktion und spezifische Metalleigenschaften zu gewährleisten. Die Wärmenachbehandlung hat in einigen Industriezweigen wie der Öl- und Gasindustrie und der Nuklearindustrie eine klar definierte Bedeutung. In der Stahlherstellung sind die beiden gängigsten Verfahren der Wärmebehandlung nach dem Schweißen das Nachwärmen und das Spannungsarmglühen.
Wann ist eine Wärmenachbehandlung erforderlich?
Die häufigsten Gründe für die Anwendung einer Wärmebehandlung nach dem Schweißen sind die Behebung von Gefügeveränderungen und Eigenspannungen, die während des Schweißvorgangs auftreten. Darüber hinaus erhöht die Wärmebehandlung nach dem Schweißen auch die Sprödbruchsicherheit. Weitere Vorteile der Verfahren sind die Verringerung der Härte und die Erhöhung der Materialfestigkeit. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Wärmenachbehandlung die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs nach dem Schweißprozess verbessert.
Die Notwendigkeit einer Wärmenachbehandlung nach dem Schweißen wird jedoch häufig durch Branchenvorschriften, wie z. B. ASME, bestimmt und ist in der Regel eine zwingende Voraussetzung, um eine sichere Konstruktion und optimale Materialeigenschaften zu gewährleisten.
Nachwärmen
Das Nachwärmen ist ein Prozess, der darauf abzielt, die wasserstoffinduzierte Rissbildung (HIC) zu minimieren. Damit HIC auftritt, müssen folgende Voraussetzungen erfüllt sein: Das Grundmaterial muss ein empfindliches Gefüge aufweisen, und es muss ein ausreichendes und hohes Spannungsniveau vorhanden sein. Es ist möglich, HIC in ferritischen Stählen zu vermeiden, indem Wasserstoff aus dem geschweißten Bereich diffundiert, bevor dieser auf Raumtemperatur abkühlt. Anstatt abzukühlen, muss das Werkstück sofort auf die Nachwärmtemperatur erwärmt und dort für eine bestimmte Zeit gehalten werden. Wenn nicht durch Vorschriften und Betriebsanforderungen vorgeschrieben, liegt die übliche Nachwärmtemperatur bei etwa 150°C – 300°C. Die Haltezeit beim Nachwärmen variiert je nach Werkstoff, Dicke des Bauteils und den spezifischen Anforderungen des Schweißverfahrens. Es ist wichtig, die empfohlenen Haltezeiten gemäß den Herstellerangaben, Branchenvorschriften und Normen zu beachten, um eine effektive Wärmebehandlung nach dem Schweißen sicherzustellen und die gewünschten Materialeigenschaften zu erzielen
Normalerweise ist das Nachwärmen für die meisten Anwendungen nicht erforderlich.
Spannungsabbau
Während des Herstellungsprozesses entwickeln die Werkstoffe aufgrund hoher Spannungs- und Schwindungskräfte Eigenspannungen. Diese Spannungen verkürzen die Ermüdungslebensdauer des Werkstücks erheblich. Daher wird eine Spannungsarmglühung durchgeführt, um die im Material verbleibenden Spannungen abzubauen. Um diese Eigenspannungen abzubauen, muss das Material auf eine ausreichende, aber unterhalb des Umwandlungstemperaturbereichs liegende Temperatur erwärmt werden. Anschließend muss es gleichmäßig abgekühlt werden.
Die Vorteile des Spannungsarmglühens
Das Spannungsarmglühen sorgt für eine größere Maßhaltigkeit bei der Bearbeitung. Dies führt zu einer höheren Maßhaltigkeit des Werkstoffs. Außerdem verhindert das Spannungsarmglühen Spannungsrisskorrosion und verbessert das metallurgische Gefüge des Werkstücks. Darüber hinaus führt das Spannungsarmglühen zu einer geringeren Wahrscheinlichkeit von HIC. Das Nachwärmen ist jedoch die kostengünstigere Option zur Minimierung der HIC.
Überlegungen vor der Durchführung einer Wärmenachbehandlung
Vor der Durchführung einer Wärmebehandlung nach dem Schweißen müssen die vorangegangenen Wärmebehandlungen und die Legierungsbestandteile der Stähle berücksichtigt werden. Wenn die Arbeitstemperatur die Zähigkeitstemperatur des Werkstoffs übersteigt, kann die Wärmebehandlung nach dem Schweißen negative Auswirkungen auf die Eigenschaften von vergüteten legierten Stählen haben. Außerdem kann es während des Prozesses zu Spannungsrissen kommen. Andererseits erfordern einige Werkstoffe, wie z. B. Chrom-Molybdän, fast immer eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen. Daher müssen die Stahlsorte und die Anwendung des Werkstoffs vor der PWHT bestimmt werden.
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