DE3004233A1

DE3004233A1 - Verfahren zur behandlung eines geschweissten koerpers

Info

Publication number: DE3004233A1
Application number: DE19803004233
Authority: DE
Inventors: Paula Anne Mcguire; Edmund Frank Rybicki; Randall Blake Stonesifer
Original assignee: Electric Power Research Institute Inc
Current assignee: Electric Power Research Institute Inc
Priority date: 1979-02-07
Filing date: 1980-02-06
Publication date: 1980-08-28
Also published as: JPS55122631A; GB2044296A; FR2448574A1

Description

Dl PL.-1 NG. J. RICHTER DIPL.- ING. F. WERDERMANN P A Ί E NTANWÄLTE

ZUQEL.. VERTRETER BEIM EPA · PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE EPO · MANDATAIRES ASREES PRES LOEB

D-2OOO HAMBURG 36

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UNSER ZEICHEN/OUR FILeE . 1 85 9 "" I~ Ö(D'

5. 2. 80

DATU M/DATE

PATENTANMELDUNG

PRIORITÄT:

7. Februar 1979

(entspr. U.S. Serial No. 10 034)

BEZEICHNUNG: Verfahren zur Behandlung eines geschweissten Körpers.

ANMELDER: ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE, INC. 3412 Hillview Avenue
Palo Alto, Kalif. 94303
V.St.A.

ERFINDER: Randall Blake Stonesifer 436 Shelby Boulevard North Worthington, Ohio 93085
V.St.A.

Edmund Frank Rybicki
513 Greenglade Avenue
Worthington, Ohio 43085
V.St.A.

Paula Anne McGuire
IO55 S. Cassingham Road
Columbus, Ohio 43209
V.St.A.

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines geschweissten Körpers mit zwei Wandoberflächen, insbesondere eines Hohlkörpers, wie z.B. einer Rohrleitung oder eines Behälters. Die Behandlung eines Gegenstandes, wie z.B. eines Hohlkörpers, mit wechselnder Temperatur kann Restspannungen hervorrufen, welche schädliche Auswirkungen beim nachfolgenden Gebrauch des Gegenstandes zur Folge haben. Beispielsweise können Spannungen in Schweissnähten eines Rohrleitungssystems zu Rissbildungen und frühzeitigem Versagen des Systems führen.

Insbesondere sind durch Spannungskorrosion hervorgerufene Rissbildungen in sensibilisierten Zonen, die durch das Schweissen von Rohren erzeugt wurden, beobachtet worden. Diese Sensibilisierung des Materials ist darauf zurückzuführen, dass das Rohr beim SchweissVorgang auf kritische Temperaturen erhitzt wurde.

Gewöhnlich sind Versuche, die schädlichen Auswirkungen dieser Restspannungen möglichst klein zu halten, darauf gerichtet worden, die Restspannungen durch verschiedene Verfahren zur Befreiung von Spannungen zu beseitigen. Um aber einen Körper effektiv von Spannungen zu befreien, muss der ganze Körper auf eine gleichförmige und hohe Temperatur erhitzt werden, für eine ausgedehnte Zeitspanne auf dieser Temperatur gehalten werden, so dass die Spannungen nachlassen und dann gleichförmig gekühlt werden, so dass keine neuen Spannungen in dem Körper auftreten

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können. Dies ist eine sehr schwierige Aufgabe, besonders wenn es sich um grössere Konstruktionen handelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei einem Körper mit einer oder mehreren Schweissverbindungen nachträglich leicht und einfach anwendbar ist und die erhöhte Gefahr von Rissbildung durch Spannungskorrosion zu beseitigen ermöglicht.

Eine Ausführungsform nach der Erfindung besteht darin, dass nützliche Restspannungen hervorgerufen werden.

Gemäss der Erfindung wird ein geschweisster Gegenstand so behandelt, dass an seiner einen Oberfläche bleibende Druckspannungen und an einer anderen Oberfläche bleibende Zugspannungen in der Nähe einer Schweissverbindung hervorgerufen werden. Dies geschieht durch örtliche Erwärmung der einen Oberfläche in der Nachbarschaft der Schweissverbindung, um einen Temperaturgradienten oder ein Temperaturgefälle zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche zu erzeugen. Die Aufrechterhaltung dieses Temperaturgradienten erfordert in vielen Fällen besondere Massnahmen zum Wärmeentzug von der zweiten Oberfläche. Bei einem Rohrleitungssystem können die Restspannungen durch Umlaufenlassen eines Kühlmittels durch das Rohrleitungssystem, während die Aussenfläche nahe einer Schweissverbindung erhitzt wird, hervorgerufen werden. Durch die Herstellung eines Temperaturgradienten zwischen der Aussenfläche und der Innenfläche

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bei gleichzeitiger Herabminderung des Temperaturanstiegs der Innenfläche durch Abkühlung werden bleibende Druckspannungen an der Innenfläche in der Nähe der Schweissverbindung erzeugt, während an der Aussenflache in der Nähe der Schweissverbindung bleibende Zugspannungen erzeugt werden. Es ist wichtig, dass Rissbildung aufgrund von Spannungskorrosion die Neigung hat, in Oberflächen aufzutreten, welche bleibende Zugspannungen aufweisen. Daher wird durch bleibende Druckspannungen auf der Innenseite die Rissbildung durch Spannungskorrosion herabgemindert .

Im folgenden wird die Erfindung noch anschaulicher anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsmöglichkeit der Erfindung, die sich auf ein Rohrleitungssystem mit mehreren Schweissnähten bezieht, dargestellt.

Wie schon erwähnt, treten Rissbildungen infolge von Spannungskorrosion häufig in sensibilisiertem Material auf, das eine Oberfläche besitzt, die in einem Zustand der Zugspannung belassen wird. Um die Neigung zu einer solchen Rissbildung herabzumindern, wird gemäss der Erfindung die Oberfläche, die einer korrodierenden Umgebung ausgesetzt ist, so behandelt, dass eine bleibende Druckspannung erzeugt wird.

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In der Zeichnung ist ein Rohrabschnitt 10 dargestellt, der zu einem geschlossenen Rohrleitungssystem, wie es durch die gestrichelte Linie 12 dargestellt ist, gehört, in dem sich mehrere Stoßschweissnähte wie die Schweissnaht 14 in dem Rohrleitungsabschnitt 10 befinden. Nachdem die Schweissverbindungen fertiggestellt sind, wird der Aussenfläche des Rohrleitungsabschnitts 10 in der Nachbarschaft der Stoßschweissnaht 14 örtlich Wärme zugeführt, und im Innern des Rohrleitungssystems wird eine Wärmesenke angebracht, indem Wasser in der Rohrleitung umlaufen gelassen wird. Dadurch, dass ein Temperaturgradient zwischen der äusseren und der inneren Wandoberfläche des Rohrsystems in der Nachbarschaft der Schweissverbindungen hergestellt wird, werden bleibende Druckspannungen an der kühleren Innenseite und bleibende Zugspannungen auf der Aussenfläche des Rohrs hervorgerufen.

Die örtliche Wärmezufuhr kann durch die Flamme eines von Hand zu haltenden Brenners oder durch selbsttätige Wolfram-Inertgas (TIG)-Schweissung erfolgen, ohne dass ein zusätzliches Füllmaterial angewendet wird. Die axiale Abmessung der erwärmten Zone, die Temperatur an der Aussenfläche und die Abkühlgeschwindigkeit des Hohlkörpers oder sonstigen Gegenstandes richtet sich nach dem Material und den Abmessungen des geschweissten Körpers.

Die Erfindung ist vorzugsweise zur Behandlung verschwässter Rohre anwendbar. Die Erfindung lässt sich aber auch bei beliebigen Behältern oder Gefäßsystemen mit Schweissnähten

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anwenden. Dabei kann die Temperatur der einen Oberfläche mittels einer geeigneten Wärmesenke, wie z.B. einer Flüssigkeit oder in Form von Kühlblöcken, -klotzen oder -ringabschnitten gesteuert werden, während die andere Oberfläche erhitzt wird. Ausserdem kann unter Umständen, besonders bei einem Hohlkörper mit relativ dicken Wandungen, die Anwendung einer besonderen Wärmesenke auf der Innenseite entbehrlich sein, während die Aussenseite rasch durch eine Zufuhr hoher Wärme erhitzt wird. Die beiden hauptsächlich zur Nutzung der Erfindung zu beachtenden Notwendigkeiten sind die Geschwindigkeit der Wärmezufuhr und die Geschwindigkeit, mit der die Wärme abgeführt wird, damit die erwünschte Temperaturverteilung erreicht wird. Insbesondere ist die Erfindung auch anwendbar bei Schweissarbeiten zur Reparatur von Druckbehältern.

Zusammenfassung:

Rissbildungen aufgrund von Spannungskorrosion in der Nachbarschaft von Schweissverbindungen in einem .Rohrleitungssystem oder einem Behälter lässt sich herabmindern durch nachträgliche Wärmebehandlung des geschweissten Körpers derart, dass bleibende Druckspannungen an der einer korrodierenden Umgebung ausgesetzten Oberfläche und bleibende Zugspannungen auf der gegenüberliegenden Wandoberfläche hervorgerufen werden. Zu der Wärmebehandlung gehört die Wärmezufuhr zu der einen Oberfläche und zugleich gegebenenfalls die Anwendung einer Wärmesenke an der andern Wand-

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oberfläche derart, dass ein Temperaturgradient zwischen den beiden Wandoberflächen hergestellt wird, während die erstgenannte Oberfläche erwärmt und anschliessend abkühlen gelassen wird.

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Claims

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UNSER ZEICHEN/OUR FILE-E · 1°59 ~I~ÖUÜii 3

Wdm/le

DATU M/DATE

5. 2. 30

Patentansprüche

1,1 Verfahren zur Behandlung eines geschweissten Körpers mit zwei Wandoberflächen, insbesondere eines Hohlkörpers, bei dem in der Nachbarschaft einer Schweissnaht an der einen Wandoberfläche verbleibende Zugspannungen und an der anderen Oberfläche verbleibende Druckspannungen hervorgerufen werden, dadurch gekennzeichnet, dass durch Erwärmen der ersten Wandoberfläche in der Nachbarschaft der Schweiss verbindung und Kühlen der zweiten Wandoberfläche in der Nachbarschaft der Schweissverbindungen ein Temperaturgradient zwischen der ersten und der zweiten Wandoberfläche in der Nachbarschaft der Schweissverbindung hergestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturgradient durch Füllen des Hohlkörpers mit einer Flüssigkeit während der Erwärmung seiner Aussen-

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- 2 wandoberfläche hergestellt wird.

3· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit innerhalb des Hohlkörpers in Umlauf versetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3» bei dem der Hohlkörper ein Rohr ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit als Strömung durch das Rohr geleitet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser als Kühlflüssigkeit verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmesenke, insbesondere in Form eines oder mehrerer massiver Kühlklötze oder -ringe zur Förderung der Wärmeabfuhr an der Innenwandoberfläche des Hohlkörpers angebracht werden.

7. Verfahren zur möglichst weitgehenden Vermeidung von Rissbildung durch Spannungskorrosion in der Nähe von Schweissverbindungen in einem Rohrleitungssystem, das eine Mehrzahl von Schweissverbindungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nachbarschaft der Schweissverbindungen verbleibende Druckspannungen auf der Innenseite und verbleibende Zugspannungen auf der Aussenseite der Rohrwandung hergestellt werden.

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8. Verfahren nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, dass die verbleibenden Spannungen durch Erhitzen der Wandungen in der Nachbarschaft der Schweissverbindungen auf der Aussenseite und durch Anbringung jeweils einer Wärmesenke auf der Aussenseite der Rohrwandungen in der Nachbarschaft der Schweissverbindungen hergestellt werden,

9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmesenke eine Flüssigkeitsströmung im Innern der Rohrleitung während des Erhitzens von deren Aussenseite angewandt wird.

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