Ein Nachschweißwärmebehandlungs-Zertifikat (PWHT-Zertifikat) ist der dokumentierte Nachweis, dass eine geschweißte Baugruppe bei der erforderlichen Temperatur für die erforderliche Dauer gemäß dem anwendbaren Code und Verfahren wärmebehandelt wurde. Es handelt sich um ein obligatorisches Qualitätsdokument für die meisten Druckgeräte aus Kohlenstoff- und niedriglegierten Stählen oberhalb definierter Dickenschwellen.
Kurze Antwort
Quick Answer
Ein PWHT-Zertifikat enthält das Zeit-Temperatur-Diagramm, das von kalibrierten Thermoelementen während des Wärmebehandlungszyklus aufgezeichnet wurde, die Verfahrensreferenz, die Identifikation der behandelten Teile und eine Aussage, dass die Behandlung die Code-Anforderungen erfüllt hat. ASME VIII-1 und EN 13445 definieren die erforderlichen Haltetemperaturen und -zeiten nach P-Nummer des Werkstoffs und Wanddicke.
Warum PWHT erforderlich ist
Beim Schweißen entstehen drei Arten problematischer Resteffekte, die PWHT beseitigt:
- Eigenspannungen – Schweißschrumpfung und thermische Gradienten beim Abkühlen erzeugen Zugeigenspannungen, die Spannungsrisskorrosion und Ermüdungsrissbildung begünstigen können
- Harte Gefügestrukturen – Schnelles Abkühlen von Schweißtemperaturen erzeugt harte, spröde Phasen (Martensit, Bainit) in der Wärmeeinflusszone (WEZ) von Kohlenstoff- und legierten Stählen
- Wasserstoffanreicherung – Im Schweißprozess gelöster Wasserstoff kann bei Nichtausdiffusion verzögerte wasserstoffunterstützte Rissbildung verursachen
PWHT (auch Spannungsarmglühen genannt) erhitzt das Bauteil auf eine Temperatur unterhalb der unteren Umwandlungstemperatur (Ac₁), hält es dort lange genug, um die Temperatur zu homogenisieren und Spannungen abzubauen, und kühlt es dann langsam genug ab, um keine neuen thermischen Spannungen einzubringen.
Wann PWHT obligatorisch ist
ASME BPVC Section VIII Division 1 (UCS-56 für Kohlenstoff- und niedriglegierte Stähle)
PWHT ist obligatorisch, wenn die Nennschweißnahtdicke folgende Werte überschreitet:
| P-Nummer | Obligatorische PWHT-Dicke |
|---|---|
| P-1 (Kohlenstoffstahl, z. B. SA-516) | > 38 mm (1,5 in) Nenndicke |
| P-1 mit spezifischem Cr-Mo-Gehalt | > 19 mm (0,75 in) |
| P-4 (1Cr-½Mo, z. B. SA-387 Gr. 11) | Alle Dicken |
| P-5A (2¼Cr-1Mo, z. B. SA-387 Gr. 22) | Alle Dicken |
| P-15E (9Cr-1Mo-V, Grade 91) | Alle Dicken |
Zusätzliche Anforderungen gelten für kritische Medien, Tieftemperaturanwendungen und wenn Kerbschlagprüfungen erforderlich sind.
ASME B31.3 Process Piping (331.1)
Ähnliche P-Nummern- und Dickenanforderungen mit expliziten Vorgaben für Haltetemperatur und Abkühlgeschwindigkeit.
EN 13445-4 (Unbefeuerte Druckbehälter)
Anforderungen basierend auf Werkstoffgruppe (CR ISO 15608), Dicke und Vorwärmtemperatur beim Schweißen.
PWHT-Parameter
Haltetemperaturbereich
| Werkstoff (ASME P-Nummer) | Haltetemperaturbereich |
|---|---|
| P-1 (Kohlenstoffstahl) | 595–650 °C (1100–1200 °F) |
| P-4 (1,25Cr-0,5Mo) | 620–650 °C (1150–1200 °F) |
| P-5A (2,25Cr-1Mo) | 675–705 °C (1250–1300 °F) |
| P-15E (9Cr-1Mo-V, Gr.91) | 730–775 °C (1350–1430 °F) |
| P-8 (austenitischer Edelstahl – Lösungsglühen) | 1040–1120 °C (1900–2050 °F) |
Mindesthaltedauer (UCS-56)
Mindestens 1 Stunde je 25 mm (1 in) Dicke, mindestens jedoch 1 Stunde für alle Dicken. Längere Haltezeiten sind für P-5- und P-15E-Werkstoffe erforderlich.
Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeiten
Kontrollierte Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeiten verhindern die Wiedereinbringung thermischer Gradienten:
- Aufheizgeschwindigkeit oberhalb 315 °C (600 °F): ≤ 220 °C/h je 25 mm Dicke (max. 330 °C/h)
- Abkühlgeschwindigkeit bis 315 °C (600 °F): ≤ 275 °C/h je 25 mm Dicke
Thermoelementanforderungen
Thermoelemente werden direkt am Bauteil befestigt, um die tatsächliche Temperatur während des PWHT aufzuzeichnen, nicht die Ofenlufttemperatur. Anforderungen:
- Anzahl und Platzierung: Mindestens ein Thermoelement je 5 m Bauteilläng im Ofen; zusätzliche TCs an Stellen hoher Wärmemasse (Stutzenhalsbereiche, dickwandige Abschnitte, Boden-Mantel-Übergänge)
- Kalibrierung: Thermoelemente und Aufzeichnungsgeräte müssen gemäß ISA 70.01 oder Äquivalent kalibriert sein; Kalibrierzertifikat muss aktuell sein
- Befestigungsmethode: Geschweißt, mit Klemmen befestigt oder mit thermisch leitendem Zement – keine blanken Drähte, die lose an der Oberfläche anliegen
- Aufzeichnung: Kontinuierliche Zeit-Temperatur-Aufzeichnung auf einem Schreiber oder Datenlogger; digitale Aufzeichnungen sind akzeptabel, sofern manipulationssicher
Erforderliche Felder in einem PWHT-Zertifikat
- Bauteilidentifikation – Behälter- oder Spoolnummer, Zeichnungsreferenz, enthaltene Schweißnahtnummern
- Werkstoff-P-Nummern – der Grundwerkstoffe in der Baugruppe
- Anwendbarer Code und Klausel – z. B. „ASME VIII-1 UCS-56"
- Verfahrensreferenz – PWHT-Verfahrensnummer und Revision
- Ofen- oder Heizgeräteidentifikation – Ofen-ID, Kalibrierungsreferenz, Energieart (Gas, elektrisch, Widerstand, Induktion)
- Thermoelementidentifikation – TC-Nummern, Typ (Typ K, Typ N), Kalibrierzertifikatsreferenz
- Befestigungsorte der Thermoelemente – Zeichnung mit TC-Platzierung am Bauteil
- Aufgezeichnete Haltetemperatur – tatsächlich aufgezeichnete Mindest- und Höchsttemperatur während der Haltezeit
- Haltedauer – tatsächliche Haltezeit bei Haltetemperatur
- Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeit – erreichte Höchstgeschwindigkeiten
- Zeit-Temperatur-Diagramm – dem Zertifikat als primärer Nachweis beigefügt
- Ergebnis – Akzeptiert / Nicht konform
- Autorisierte Unterschrift des Wärmebehandlers und QC-Freigabe des Herstellers
Härteprüfung nach PWHT
Nach dem PWHT ist häufig eine Härteprüfung erforderlich, um zu bestätigen, dass die Behandlung wirksam zur Anlassung der WEZ beigetragen hat. ASME VIII-1 UHA-51 verlangt Härteprüfungen für P-4- und P-5-Werkstoffe. Die Ergebnisse werden in einem separaten Härteprüfzertifikat berichtet, das über den Bauteilidentifikator auf das PWHT-Zertifikat verweist.
Ausführlicher Leitfaden: Härteprüfzertifikat
Was passiert, wenn die PWHT-Temperatur während der Haltezeit unter die Mindesthaltetemperatur fällt?
Wenn die Temperatur während der Haltezeit unter die vorgeschriebene Mindesthaltetemperatur fällt, muss die Zeitmessung neu gestartet werden, sobald die Temperatur wieder in den zulässigen Bereich zurückgekehrt ist. Bei einer signifikanten oder lang anhaltenden Temperaturunterschreitung ist eine ingenieurtechnische Bewertung erforderlich, um festzustellen, ob eine verlängerte Haltezeit ausreicht oder ob eine erneute PWHT notwendig ist. Das Zeit-Temperatur-Diagramm muss die tatsächliche Abweichung aufzeichnen, und die Nichtkonformität muss dokumentiert werden.
Kann lokale PWHT anstelle von Ofen-PWHT verwendet werden?
Ja. ASME VIII-1 UW-40 und ASME B31.3 331.1 erlauben lokale PWHT mittels Widerstandsheizung oder Induktionsheizung unter bestimmten Umständen – typischerweise für Feldschweißnähte, die nicht in den Ofen verbracht werden können. Lokale PWHT erfordert ein detaillierteres Verfahren mit Angabe der beheizte Bandbreite (mindestens 75 mm von der Schweißnahtmitte in jede Richtung), zusätzlicher Thermoelemente und Isolationsanforderungen. Das Zertifikat muss all diese Parameter dokumentieren.
Ist PWHT für austenitischen Edelstahl erforderlich?
Nicht zur Spannungsarmglühung im gleichen Sinne wie bei Kohlenstoffstahl. Austenitische Edelstähle härten durch PWHT im Unterschreittungsbereich nicht aus. Lösungsglühen (Erhitzen auf 1040–1120 °C und schnelles Abschrecken) kann jedoch nach dem Schweißen bestimmter Güten erforderlich sein, um eine Sensibilisierung (Chromkarbidausscheidung) aufzulösen. Dies ist eine andere Wärmebehandlung als PWHT und erfordert eine eigene Dokumentation mit anderen Temperaturanforderungen.
Setzt PWHT die Kerbschlagqualifikation zurück?
PWHT ist eine ergänzend wesentliche Variable gemäß ASME IX QW-407.1. Wenn sich die PWHT-Bedingung für eine WPS, die Kerbschlagprüfungen erfordert, ändert (z. B. Hinzufügen von PWHT, wenn die PQR ohne PWHT qualifiziert wurde, oder Änderung des PWHT-Temperaturbereichs), muss ein neues Qualifizierungsprüfstück unter denselben Bedingungen PWHT'ed und kerbschlaggeprüft werden. Die PQR muss die verwendete PWHT-Bedingung wiedergeben.
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