Tratamento térmico pós-solda – PWHT

Jerry — Sex, 31 de dezembro de 2021 06:15:23 +0000

Válvulas gaveta API 602, Castelo aparafusado, haste ascendente, solda de soquete com bicos de extremidade lisa de 100 mm soldados em ambas as extremidades, PWHT.

Então você já ouviu falar de PWHT? O que é PWHT?

Visão geral do tratamento térmico pós-soldagem (PWHT)

A soldagem é uma parte essencial da operação e manutenção de ativos nas indústrias de petróleo (upstream, midstream, downstream) e de processamento químico. Embora tenha muitas aplicações úteis, o processo de soldagem pode enfraquecer inadvertidamente o equipamento, transmitindo tensões residuais a um material, levando à redução das propriedades do material.

Para garantir que a resistência do material de uma peça seja mantida após a soldagem, um processo conhecido como Tratamento Térmico Pós-Soldagem (PWHT) é realizado regularmente. O PWHT pode ser usado para reduzir tensões residuais, como método de controle de dureza ou até mesmo para aumentar a resistência do material.

Se o PWHT for executado incorretamente ou totalmente negligenciado, as tensões residuais podem combinar-se com as tensões de carga para exceder as limitações de projeto do material. Isto pode levar a falhas de solda, maior potencial de trincas e maior suscetibilidade à fratura frágil.

O PWHT abrange muitos tipos diferentes de tratamentos potenciais:

Dois dos tipos mais comuns são pós-aquecimento e alívio de estresse:

Pós-aquecimento:

A trinca induzida por hidrogênio (HIC) geralmente ocorre quando altos níveis de hidrogênio ambiente penetram em um material durante a soldagem. Ao aquecer o material após a soldagem, é possível difundir o hidrogênio da área soldada, evitando assim a HIC. Este processo é conhecido como pós-aquecimento e deve começar imediatamente após a conclusão da soldagem. Em vez de esfriar, o material precisa ser aquecido a uma determinada temperatura dependendo do tipo e da espessura do material. Deve ser mantido nesta temperatura por algumas horas dependendo da espessura do material.

Alívio do stress:

Quando estiver concluído, o processo de soldagem pode deixar um grande número de tensões residuais em um material, o que pode levar a um aumento do potencial de corrosão sob tensão e trincas induzidas por hidrogênio. O PWHT pode ser usado para liberar essas tensões residuais e reduzir esse potencial. Este processo envolve aquecer o material a uma temperatura específica e depois resfriá-lo gradualmente.

Se o material deve ou não ser submetido a PWHT depende de uma série de fatores, incluindo coisas como seu sistema de liga ou se foi submetido a tratamento térmico anteriormente. Certos materiais podem realmente ser danificados pelo PWHT, enquanto outros quase sempre exigem isso.

Em geral, quanto maior o teor de carbono de um material, maior a probabilidade de ele necessitar de PWHT após a realização das atividades de soldagem. Da mesma forma, quanto maior o teor de liga e a espessura da seção transversal, maior a probabilidade de o material necessitar de PWHT.

Quando o PWHT é necessário para aço carbono?

O tratamento térmico pós-soldagem ou PWHT do aço carbono deve ser realizado após cada soldagem para garantir que a resistência do material da peça seja mantida. Os critérios exatos para PWHT do aço carbono são mencionados no código ASME BPVC. O PWHT garante a redução das tensões residuais, controlando a dureza do material e melhorando a resistência mecânica.

Vantagens do tratamento térmico pós-soldagem | Objetivo do PWHT

Se o PWHT for negligenciado ou executado incorretamente, as tensões residuais podem combinar-se com as tensões da carga de serviço. O valor pode exceder as limitações de projeto de um material, levando a falhas de solda, maior potencial de trincas e maior suscetibilidade à fratura frágil. Outros benefícios do PWHT estão listados abaixo:

Estrutura metalúrgica melhorada
Melhor ductilidade do material
Risco reduzido de fratura frágil à medida que a ductilidade aumenta
Tensão térmica relaxada devido à redistribuição das tensões residuais.
Metal temperado
Remoção de hidrogênio difusível que ajuda na prevenção de craqueamento induzido por hidrogênio (HIC)

Método e equipamento PWHT

O tratamento térmico local pós-soldagem das juntas soldadas dos tubos deve ser realizado pelo método de resistência elétrica após a conclusão de todas as operações de soldagem ou reparo.

O aquecedor de resistência é auto-isolado elétrica e termicamente e é construído sob medida para cada tubo individual.
As tensões aplicadas nas bobinas são 220 ou 380 volts CA, dependendo dos requisitos de energia.
O painel de controle de potência do tratamento térmico pós-soldagem é composto por:
Um indicador de controlador de temperatura e registrador de tipo digital.
Um dispositivo potenciômetro que controla a porcentagem de entrada de energia nas bobinas.
Um interruptor liga e desliga luzes indicadoras, terminais de entrada e saída para conexão de energia e termopar.
Contatores de energia elétrica com classificação adequada.
Cada painel alimentará uma única estação de aquecimento e, portanto, para cada operação de aquecimento será necessário um painel. As taxas de aquecimento e resfriamento são ajustadas pela seleção manual da porcentagem de potência de entrada por meio de potenciômetros.

Requisitos para tratamento térmico pós-soldagem ou PWHT

Antes de solicitar os requisitos detalhados de PWHT e a isenção nestes parágrafos, as qualificações satisfatórias do procedimento de soldagem da especificação de procedimentos de soldagem a serem utilizadas devem ser realizadas de acordo com todas as variáveis essenciais da SEÇÃO IX da ASME, incluindo condições de tratamento térmico pós-soldagem e outras restrições. listado abaixo.

Ao realizar o tratamento térmico local pós-soldagem, a técnica de aplicação de calor deve garantir o alcance uniforme da temperatura em todos os pontos da porção a ser tratada termicamente. Deve-se tomar cuidado para garantir que a largura da faixa aquecida em ambos os lados da borda da solda não seja inferior a quatro (4) vezes a espessura do tubo ou 2″, o que for maior.

Durante todo o ciclo de tratamento térmico pós-soldagem, a porção fora da faixa aquecida deve ser adequadamente envolvida sob isolamento, de modo a evitar qualquer gradiente de temperatura prejudicial na superfície exposta do tubo. Para este efeito, a temperatura na superfície exposta do tubo não deve exceder 400°C.

As válvulas, instrumentos e outros itens especiais com extremidades soldadas devem ser protegidos, devido ao risco de danos durante o tratamento térmico pós-soldagem.

Nenhuma soldagem deverá ser realizada após o PWHT.

Devem ser empregados registradores automáticos de temperatura que tenham sido adequadamente calibrados. O gráfico de calibração de cada registrador deverá ser submetido ao proprietário antes do início das operações de tratamento térmico e sua aprovação deverá ser obtida. O equipamento de gravação deve ser calibrado pelo menos uma vez a cada 12 meses. Além disso, o equipamento do instrumento (potenciômetro) usado para calibração dos registradores deve ser respaldado por um certificado relacionado.

Preparação e fixação de termopar para PWHT

Depois de realizar a inspeção visual e remover defeitos superficiais e pontos de solda temporários (se houver), um número adequado de termopares (com base no diâmetro dos tubos) deve ser conectado diretamente ao tubo e em locais igualmente espaçados ao longo da periferia da junta do tubo. O número mínimo de termopares conectados por junta deve ser 1 para diâmetro de até 3″, 2 para diâmetro de até 6″ e 3 para diâmetro de até 10″ e 4 para diâmetro de até 12″ e acima. No entanto, o número mínimo necessário de termopares a serem conectados pode ser aumentado se for considerado necessário.

Os termopares devem ser colocados na junta e em contato firme com o tubo o mais próximo possível da área de solda. Os termopares devem ser soldados diretamente na junta ou na faixa de aquecimento, desde que tenham uma cauda do mesmo material e um fio de enchimento ou eletrodo aprovado com diâmetro não superior a 2,5 mm seja usado para soldagem por pontos.

Para evitar leituras incorretas de temperatura devido à radiação direta aos termopares, ele deve ser protegido por fibra cerâmica ou qualquer outro material isolante adequado.

Os elementos de resistência de aquecimento devem ser colocados sobre os termopares fixados em toda a faixa de aquecimento e devem ser isolados conforme mostrado na Fig. 1 abaixo.

Os materiais isolantes devem ser lã mineral/lã de vidro que possa superar a temperatura empregada. A espessura mínima do isolamento deve ser de 50 mm. Para manter o material de isolamento em posição, a malha de arame deve ser enrolada e amarrada ou amarrada por outros meios adequados.

Temperatura PWHT, registro de tempo

A temperatura e o tempo do tratamento térmico pós-soldagem e suas taxas de aquecimento e resfriamento devem ser registrados automaticamente e apresentar a temperatura real da área de solda. Cada termopar deverá ser conectado ao instrumento de controle e registro para cada junta tratada.

Aquecimento, retenção e resfriamento em PWHT

A temperatura de aquecimento acima de 300°C deve ser registrada e a taxa de aquecimento e resfriamento não deve ser superior à especificada em WPS e padrões relacionados, mas em nenhum caso, superior a 200°C/h, e a diferença entre as temperaturas medidas por vários os termopares devem estar dentro da faixa especificada.

A temperatura de meia do tratamento térmico e o tempo de retenção devem ser conforme especificado nas especificações do procedimento de soldagem relacionado. Para facilitar a referência, os valores para diferentes tipos de aço são apresentados na tabela a seguir.

O resfriamento até 300°c deve ser um resfriamento controlado. Abaixo disso, o resfriamento até a temperatura ambiente deve ocorrer sob revestimento isolante sem controle.

A operação do PWHT deve ser realizada apenas por pessoal treinado com experiência semelhante e aprovado pelo proprietário.

Durante o PWHT as juntas devem ser protegidas da chuva e do vento por uma cobertura de chuva e pára-brisas adequados.

Testes de dureza após o PWHT devem ser realizados para determinar se o tratamento térmico foi realizado de forma eficaz. Normalmente para aço carbono, a dureza Brinnel máxima é 200 HB.

Precauções de segurança durante o PWHT

As seguintes precauções de segurança devem ser fornecidas durante o PWHT:

Os equipamentos e painéis deverão estar devidamente aterrados.

Os técnicos elétricos devem trabalhar com trajes de segurança adequados, como luvas de borracha, sapatos, etc.

Somente um eletricista certificado funcionará.

As juntas sob PWHT devem ser bem vedadas com fita vermelha/luz vermelha e exibição de perigo para evitar que pessoas desconhecidas entrem em contato com conexões elétricas de alta tensão.

Deve ser feita uma plataforma adequada para juntas in situ para evitar a queda de uma pessoa.

Com base no exposto, PWHT é o processo crítico necessário para material soldado, ao qual deve ser dada atenção suficiente durante a produção.

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