Der ASME-Sachverständige erscheint zur Abnahmeprüfung mit einer Prüfliste. Auf dieser Prüfliste befindet sich das PWHT-Dokumentationspaket: die Werkstoffzeugnisse des Grundwerkstoffs, die WPS, das Wärmebehandlungsprotokoll mit Haltezeit, Temperatur und Abkühlgeschwindigkeit sowie das Fertigungsbegleitdokument, das die tatsächlich an jeder Schweißnaht durchgeführte PWHT nachweist. Der Inspektor beginnt beim MTC.
Nicht beim PWHT-Protokoll. Nicht bei der WPS. Beim Werkszeugnis des Grundwerkstoffs.
Das überrascht viele Hersteller, die die PWHT-Dokumentation als etwas betrachten, das nach dem Schweißen anfällt — die Ofenprotokolle, die Thermoelement-Aufzeichnungen, die Abzeichnung im Fertigungsbegleitdokument. Diese Dokumente sind notwendig, aber sie stehen am Ende der Kette. Der Anfang der Kette ist die chemische Analyse und die P-Nummernzuordnung im MTC — und wenn dieses Fundament unvollständig ist, stoppt die Prüfung durch den Inspektor, bevor die Ofenprotokolle überhaupt aufgeschlagen werden.
Warum das MTC das Fundament des PWHT-Pakets ist
Die PWHT-Anforderungen nach ASME Section VIII Div. 1 werden durch drei Faktoren bestimmt: die P-Nummer des Grundwerkstoffs, die Wanddicke und ob das Design oder das Schweißverfahren eine PWHT über das Code-Minimum hinaus erfordert. Alle drei Faktoren entstammen dem MTC oder werden daran verifiziert.
P-Nummernzuordnung. ASME Section IX ordnet Grundwerkstoffe anhand ihrer Zusammensetzung und Eigenschaften in P-Nummern ein. SA-516-70 hat P-1. 2-1/4 Cr-1 Mo-Blech (SA-387 Gr 22) hat P-5A. Die P-Nummer bestimmt, welche Schweißverfahrensqualifikationen gelten und ob eine PWHT nach Code zwingend vorgeschrieben ist. Die P-Nummer ergibt sich aus der Werkstoffnorm und dem Gütezeichen im MTC — der Inspektor muss bestätigen, dass das Zeugnis den Werkstoff zeigt, der der Konstruktion zugeordnet wurde, und nicht einen anderen Werkstoff mit ähnlichen mechanischen Eigenschaften.
Kohlenstoffäquivalent für Vorwärm- und PWHT-Temperaturauswahl. ASME und AWS D1.1 verweisen auf Formeln für das Kohlenstoffäquivalent, um Mindestvorwärmtemperaturen festzulegen und die PWHT-Temperaturauswahl für bestimmte Anwendungen zu unterstützen. Die IIW-Formel für das Kohlenstoffäquivalent lautet:
CE = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15
Alle Werte stammen aus der Schmelzenanalyse-Chemie im MTC. Wenn das MTC nicht alle erforderlichen Elemente ausweist, kann das Kohlenstoffäquivalent nicht berechnet werden. Für P-1-Werkstoffe (Kohlenstoffstahl) berechnen viele Betriebe das CE als Teil der Eingangsprüfung und dokumentieren es in der Auftragsdatei. Für Legierungswerkstoffe (P-4, P-5, P-9-Gruppen) ist die CE-Berechnung wichtiger und wird typischerweise in die WPS oder das Schweißfertigungsbegleitdokument aufgenommen.
Wärmebehandlungszustand im Lieferzustand. Das MTC muss den Lieferzustand des Werkstoffs dokumentieren: warmgewalzt, normalisiert, normalisiert und vergütet oder vergütet. Für SA-516-70 in normalisiertem Zustand bestellt (bei vielen ASME-Spezifikationen ab einer bestimmten Dicke gefordert) muss das Zeugnis belegen, dass die Normalisierung durchgeführt wurde. Dies ist für die PWHT relevant, weil die mechanischen Eigenschaften und das Gefüge des Werkstoffs durch die Wärmebehandlung im Walzwerk festgelegt wurden. Die PWHT im Herstellungsprozess muss den Werkstoff nach dem Schweißen in einen akzeptablen Gefügezustand zurückversetzen — und der Ausgangszustand ist maßgeblich für die PWHT-Parameter. Ein simulierter PWHT-Probeversuch (ASTM A20 S9 oder Zusatzanforderung 9) ist manchmal erforderlich, um nachzuweisen, dass die PWHT die Eigenschaften nicht unter die Code-Mindestwerte absenkt.
Die Drei-Dokumente-Kette der PWHT
Der ASME-Inspektor liest das PWHT-Paket als Kette aus drei Dokumenten:
Dokument 1: MTC (Grundwerkstoff). Bestätigt Werkstoffnorm und Gütezeichen, P-Nummernzuordnung, Schmelzenanalyse-Chemie (für CE-Berechnung) und Lieferzustand. Stellt der Inspektor fest, dass das MTC unvollständig oder widersprüchlich zu den Konstruktionsunterlagen ist, stoppt die Prüfung hier.
Dokument 2: WPS (Schweißverfahrensspezifikation). Listet die Werkstoffnorm und das Gütezeichen des Grundwerkstoffs auf, für den das Verfahren qualifiziert ist, die P-Nummerngruppe, Vorwärm- und Zwischenlagentemperaturanforderungen sowie PWHT-Anforderungen (Temperaturbereich, Haltezeit, Grenzen für Erwärmungs- und Abkühlgeschwindigkeit). Die WPS-PWHT-Anforderungen müssen für die P-Nummer und Wanddicke des Grundwerkstoffs den ASME Section VIII UCS-56 oder UHA-32 (je nach Anwendung) entsprechen. Der Inspektor prüft, ob die WPS-PWHT-Parameter innerhalb der Code-Grenzwerte liegen.
Dokument 3: PWHT-Nachweis (Fertigungsbegleitdokument und Protokoll). Dokumentiert die tatsächlich durchgeführte PWHT: Ofenkennung, Thermoelement-Positionen, Temperatur-Zeit-Kurve, tatsächliche Haltetemperatur, tatsächliche Haltezeit, tatsächliche Aufheizgeschwindigkeit und Abkühlgeschwindigkeit bis zu der Temperatur, bei der das Gefäß dem Ofen entnommen wurde (oder an Luft abkühlte). Die tatsächlichen Parameter müssen innerhalb der WPS-Anforderungen liegen, die wiederum innerhalb der Code-Anforderungen liegen müssen. Jeder Schritt der Kette muss rückverfolgbar sein.
Wenn das MTC die P-Nummernzuordnung in der WPS nicht bestätigt, ist die Kette unterbrochen. Wenn die WPS-PWHT-Parameter nicht den Code-Anforderungen für die P-Nummer und Wanddicke entsprechen, ist die Kette unterbrochen. Wenn das Ofenprotokoll zeigt, dass die tatsächliche Temperatur das WPS-Minimum nicht erreicht hat, ist die Kette unterbrochen.
Was passiert, wenn das MTC unvollständig ist
Zwei häufige MTC-Lücken, die die PWHT-Kette beim ersten Dokument unterbrechen:
Fehlende chemische Elemente für die CE-Berechnung. Ein Zeugnis, das für ein SA-387 Gr 22 (2-1/4 Cr-1 Mo)-Blech kein Chrom, Molybdän und Vanadium ausweist, macht eine CE-Berechnung unmöglich. Der Inspektor fordert ein Ergänzungszeugnis des Walzwerks mit der vollständigen Analyse, bevor die PWHT-Dokumentation als vollständig anerkannt werden kann.
Lieferzustand nicht angegeben. Ein Zeugnis für SA-516-70, das keinen Lieferzustand (warmgewalzt, normalisiert) angibt, kann nicht bestätigen, dass die Normalisierungsanforderung erfüllt wurde. Bei Schwerblech-Anwendungen, bei denen eine Normalisierung gefordert ist, bedeutet ein nicht dokumentierter Lieferzustand, dass das PWHT-Paket nicht nachweisen kann, dass der Ausgangsgefügezustand korrekt war.
Beide Lücken sind behebbar — das Walzwerk kann ein Ergänzungszeugnis ausstellen. Der Zeitaufwand bemisst sich nach Tagen oder Wochen, je nachdem, wie weit die Schmelzennachverfolgbarkeit zurückreicht. Je früher dies erkannt wird (beim Wareneingang statt bei der Abnahmeprüfung), desto geringer sind die Auswirkungen auf den Zeitplan.