Obróbka cieplna po spawaniu: wartości orientacyjne dla poszczególnych materiałów wg EN 13480-4 i ASME B31.3
Czy spoinę rurociągu trzeba wyżarzyć odprężająco, w jakiej temperaturze i jak długo, zależy od materiału, grubości ścianki i normy. To zestawienie porównuje wartości orientacyjne europejskiej normy rurociągowej EN 13480-4 i amerykańskiej ASME B31.3 – do planowania i rozmów z nadzorem spawalniczym i użytkownikiem instalacji. Wiążąca jest zawsze zakwalifikowana instrukcja technologiczna spawania (WPS) projektu.
Najpierw: co tabele mówią – a czego nie
Poniższe wartości to wymagania minimalne i wartości orientacyjne z norm. Projektant, użytkownik instalacji lub instrukcja technologiczna spawania mogą wymagać obróbki cieplnej także poniżej granicznych grubości – na przykład przy ryzyku korozji naprężeniowej, przy pracy w środowisku wodoru lub w niskich temperaturach – i narzucać węższe zakresy temperatur. Normy są stale aktualizowane; w projekcie obowiązuje uzgodnione w nim wydanie.
Europa: EN 13480-4 (rurociągi)
EN 13480-4 przyporządkowuje stale do grup materiałowych wg CEN ISO/TR 15608. Temperatury wytrzymania pochodzą z EN 13480-4:2017, czasy wytrzymania z ISO/TR 14745:2015 (t = miarodajna grubość ścianki w mm).
| Grupa | Materiały (przykłady) | Temperatura wytrzymania | Kiedy wymagana | Czas wytrzymania (wartość orientacyjna) |
|---|---|---|---|---|
| 1.1 | P235GH, P265GH | 550–600 °C | od 35 mm grubości ścianki; poniżej tylko w szczególnych przypadkach | do 35 mm: 30 min · 35–90 mm: t min · powyżej 90 mm: 40 + 0,5·t min |
| 1.2 | P355NH, 16Mo3 | 550–600 °C (16Mo3: 550–620 °C) | jak 1.1 | jak 1.1 |
| 5.1 | 13CrMo4-5 | 630–700 °C | zasadniczo zawsze; wyjątek: małe rury do Ø 114,3 mm i 7,1 mm ścianki przy podgrzewaniu wstępnym co najmniej 200 °C | do 15 mm: 30 min · 15–60 mm: 2·t min · powyżej 60 mm: 60 + t min |
| 5.2 | 10CrMo9-10 | 670–730 °C | jak 5.1 | jak 5.1 |
| 5.3 | X11CrMo5 (P5) | 700–750 °C | zasadniczo zawsze | jak 5.1 |
| 6.4 | X10CrMoVNb9-1 (P91) | 730–770 °C | zasadniczo zawsze; przed wyżarzaniem chłodzenie pośrednie w celu przemiany martenzytycznej | według instrukcji technologicznej spawania |
| 8.1 | stale austenityczne (1.4301, 1.4404 …) | – | z reguły bez obróbki cieplnej | – |
Uproszczone zestawienie, bez gwarancji. Czasy wytrzymania w EN 13480-4 mogą w szczegółach odbiegać od ISO/TR 14745 (np. wartości minimalne); wiążący jest tekst normy w uzgodnionym wydaniu.
USA: ASME B31.3 (rurociągi procesowe)
ASME B31.3 przyporządkowuje materiały do numerów P. Wartości według wydań 2018 i 2022 (tabele 331.1.1, 331.1.3 i 330.1.1). Czas wytrzymania dla wszystkich wymienionych tu numerów P z wyjątkiem 15E: do 50 mm 1 h na każde 25 mm, co najmniej 15 min; powyżej 50 mm 2 h plus 15 min na każde kolejne 25 mm.
| Nr P | Materiały (przykłady) | Temperatura wytrzymania | Kiedy wymagana | Minimalne podgrzewanie wstępne |
|---|---|---|---|---|
| 1 | stal węglowa (A106 B, A105) | 595–650 °C | zwolnienie przy wszystkich grubościach, jeśli od 25 mm podgrzewa się wstępnie do 95 °C, a od 5 mm spawa się wielościegowo | według instrukcji technologicznej spawania; od 25 mm 95 °C jako warunek zwolnienia |
| 3 | C-½Mo (A335 P1) | 595–650 °C | zwolnienie do 16 mm (C ≤ 0,25 %, podgrzewanie wstępne, wielościegowo) | 10 °C do 13 mm, w pozostałych przypadkach 95 °C |
| 4 | 1¼Cr-½Mo (A335 P11) | 650–705 °C | zwolnienie dla spoin doczołowych do 16 mm (C ≤ 0,15 %, podgrzewanie wstępne, wielościegowo) | 120 °C |
| 5A | 2¼Cr-1Mo (A335 P22) | 675–760 °C | zwolnienie dla spoin doczołowych do 16 mm (C ≤ 0,15 %, podgrzewanie wstępne) | 150 °C, przy wyższej wytrzymałości 200 °C |
| 5B | 5Cr-½Mo (P5), 9Cr-1Mo (P9) | 675–760 °C | zawsze | 150 °C lub 200 °C |
| 15E | 9Cr-1Mo-V (P91) | 705–775 °C | zawsze; czas wytrzymania co najmniej 30 min | 200 °C |
| 8 | stale austenityczne | – | ani wymagana, ani zabroniona – według instrukcji technologicznej spawania | 10 °C |
Uproszczone zestawienie, bez gwarancji. Zwolnienia obowiązują tylko wtedy, gdy spełnione są wszystkie warunki normy, a projektant lub instrukcja technologiczna spawania nie wymagają obróbki cieplnej. W wydaniu 2024 zmieniono numerację tabel; nowe projekty sprawdzać według aktualnego wydania.
Podgrzewanie wstępne
Temperaturę podgrzewania wstępnego i temperaturę międzyściegową określa instrukcja technologiczna spawania. Zależą one od składu chemicznego, grubości ścianki, metody spawania, zawartości wodoru w stopiwie i energii liniowej i obowiązują także przy sczepianiu. Dla stali niestopowych temperaturę podgrzewania wstępnego wyznacza się w Europie wg EN 1011-2 na podstawie równoważnika węgla; dla stali do pracy w podwyższonej temperaturze norma podaje wartości minimalne.
Jako rząd wielkości dla stali do pracy w podwyższonej temperaturze o grubości ścianki powyżej 15 mm i stopiwa o niskiej zawartości wodoru EN 1011-2 podaje około 75 °C dla 16Mo3, 100 °C dla 13CrMo4-5 i 10CrMo9-10 oraz 150 °C dla stali o zawartości od 5 do 9 % chromu. Dla P91 producenci materiałów dodatkowych zalecają co najmniej 200 °C przy temperaturze międzyściegowej najwyżej 250 °C.
Nagrzewanie, wytrzymanie, chłodzenie i pomiar
- ▸Szybkość nagrzewania i chłodzenia: Powyżej 300 °C EN 13480-4 ogranicza szybkość do 5500/t °C na godzinę, najwyżej 300 °C/h (t w mm). ASME B31.3 podaje powyżej 315 °C najwyżej 335 °C/h podzielone przez połowę grubości ścianki w calach.
- ▸Początek czasu wytrzymania: Czas wytrzymania biegnie dopiero wtedy, gdy wszystkie punkty pomiarowe osiągną temperaturę minimalną – i zostaje przerwany, gdy tylko któryś punkt pomiarowy spadnie poniżej niej.
- ▸Termopary: Na spoinie i na krawędzi strefy grzania; przy większych średnicach rozmieszczone na obwodzie. Podwójne termopary zabezpieczają pomiar przed awarią.
- ▸Szerokość strefy wyżarzania: ASME B31.3 wymaga co najmniej 25 mm po obu stronach spoiny w temperaturze wytrzymania. EN 13480-4 określa minimalną szerokość strefy grzania w zależności od średnicy i grubości ścianki i wymaga na jej krawędzi co najmniej połowy temperatury maksymalnej. Wystarczająco szeroka izolacja zapobiega zbyt stromym gradientom temperatury.
- ▸Podparcie: Podczas wyżarzania podeprzeć rurociąg tak, aby nie odkształcił się pod ciężarem własnym – w przeciwnym razie grozi odkształcenie, na przykład kołnierzy.
- ▸P91: Przed wyżarzaniem schłodzić poniżej temperatury końca przemiany martenzytycznej, nie wyżarzać bezpośrednio z podgrzewania wstępnego; górna temperatura wyżarzania nie może przekroczyć punktu przemiany Ac1 materiału podstawowego i stopiwa.
Odkształcenie kołnierza podczas spawania →Cięcie na zimno zamiast cięcia termicznego →
Gdzie pomaga HSOS
Wykonujemy podgrzewanie wstępne i wyżarzanie odprężające spoin rurociągów metodą elektrycznego grzania oporowego – według Twojej instrukcji technologicznej spawania, ze skalibrowaną aparaturą pomiarową i regulacyjną oraz pełnym zapisem przebiegu temperatury dla każdej spoiny. W razie potrzeby zapewniamy od razu także wcześniejsze cięcie i ukosowanie oraz późniejsze skręcanie połączeń.
Najczęstsze pytania
Czy każdą spoinę na stali węglowej trzeba wyżarzać?
Nie. Według EN 13480-4 wyżarzanie odprężające stali niestopowych grup 1.1 i 1.2 jest z reguły wymagane dopiero od 35 mm grubości ścianki, poniżej tylko w szczególnych przypadkach. ASME B31.3 zwalnia stal węglową (nr P 1) przy wszystkich grubościach, jeśli spełnione są warunki dotyczące podgrzewania wstępnego i układu ściegów. Projektant lub użytkownik instalacji mogą mimo to narzucić obróbkę cieplną, na przykład przy pracy z ługami lub aminami.
Dlaczego EN i ASME różnią się pod względem temperatury?
Obie normy ustaliły swoje zakresy temperatur niezależnie i dopasowały je do własnych systemów materiałowych. Zakresy zwykle się pokrywają, na przykład dla P91: 730–770 °C wg EN 13480-4 i 705–775 °C wg ASME B31.3. Proces prowadzi się w części wspólnej zakresów lub w oknie podanym w instrukcji technologicznej spawania.
Jak dokumentuje się obróbkę cieplną?
Zapisem przebiegu temperatury dla każdej spoiny lub strefy regulacji – nagrzewanie, wytrzymanie, chłodzenie – z przyporządkowaniem punktów pomiarowych, a do tego danymi o strefie grzania, izolacji i użytych urządzeniach wraz ze świadectwem wzorcowania.
Opracowano na podstawie EN 13480-4:2017, ISO/TR 14745:2015, EN 1011-2, ASME B31.3 (2018/2022) i danych producentów, bez gwarancji. Wiążące są uzgodnione w projekcie wydanie normy, instrukcja technologiczna spawania oraz wymagania projektanta i użytkownika instalacji.
Obróbka cieplna według WPS – z zapisem dla każdej spoiny
Prześlij nam materiał, wymiary i instrukcję technologiczną spawania – zaplanujemy strefy grzania, punkty pomiarowe i personel.