Perlakuan panas pasca-pengelasan adalah salah satu aplikasi yang paling menantang untuk tungku perapian bogie — dan salah satu di mana biaya kesalahan diukur dalam bejana tekan yang gagal, penukar panas yang ditolak, dan fabrikasi berat yang dibuang senilai ratusan ribu dolar.
MONTE INTELLIGENCE telah memasok tungku perapian bogie untuk aplikasi PWHT (Post-Weld Heat Treatment) kepada para fabrikator di Tiongkok, Asia Tenggara, dan Timur Tengah. Tungku-tungku ini menangani pengelasan mulai dari cangkang bejana tekan 5 ton hingga kolom reaktor 80 ton. Artikel ini membahas persyaratan desain tungku, disiplin prosedural, dan dokumentasi kepatuhan kode yang membedakan tungku PWHT yang sukses dari yang bermasalah.
PWHT (Post-Weld Heat Treatment) diwajibkan oleh kode konstruksi — ASME Bagian VIII untuk bejana tekan, ASME B31.3 untuk perpipaan proses, AWS D1.1 untuk pengelasan struktural — ketika ketebalan logam dasar melebihi batas yang ditentukan, ketika lingkungan layanan melibatkan korosi hidrogen atau tegangan, atau ketika spesifikasi desain mengharuskannya terlepas dari persyaratan kode. Tujuan PWHT adalah untuk mengurangi tegangan sisa dari pengelasan, menstabilkan mikrostruktur zona yang terkena panas, dan dalam beberapa kasus, mengurangi risiko retak akibat hidrogen.
Siklus termal untuk PWHT memiliki tiga fase yang harus dijalankan secara tepat oleh tungku. Pertama, fase pemanasan — tungku harus menaikkan suhu benda kerja dari suhu sekitar ke suhu penahanan pada laju yang terkontrol. ASME Bagian VIII menetapkan laju pemanasan maksimum 222°C per jam dibagi dengan ketebalan dalam inci, hingga maksimum 222°C per jam, di atas 315°C. Untuk sambungan las setebal 50 mm (2 inci), itu berarti laju pemanasan maksimum 111°C per jam di atas 315°C.
Kedua, fase perendaman — benda kerja harus ditahan pada suhu perendaman yang ditentukan untuk waktu minimum. ASME Bagian VIII menetapkan waktu perendaman minimum satu jam per 25 mm (1 inci) ketebalan, dengan minimum 30 menit. Suhu perendaman bergantung pada material dasar. Untuk baja karbon P-No. 1, suhu perendaman minimum adalah 593°C (1100°F). Untuk baja Cr-Mo P-No. 4, suhunya berkisar antara 675-730°C tergantung pada kandungan kromium.
Ketiga, fase pendinginan — benda kerja harus didinginkan dari suhu rendam hingga di bawah 315°C dengan laju yang terkontrol. Laju pendinginan maksimum adalah 278°C per jam dibagi dengan ketebalan dalam inci, hingga maksimum 278°C per jam, di atas 315°C. Di bawah 315°C, benda kerja dapat didinginkan di udara diam.
Persyaratan laju pemanasan dan pendinginan inilah yang membuat desain tungku PWHT menjadi menantang. Untuk kolom reaktor 80 ton yang disebutkan di atas, dengan ketebalan las 100 mm, laju pemanasan maksimum di atas 315°C hanya 56°C per jam. Siklus PWHT total — pemanasan dari suhu sekitar hingga 620°C, penahanan selama 4 jam, pendinginan hingga 315°C — membutuhkan waktu 28-32 jam. Tungku harus mempertahankan keseragaman suhu di seluruh panjang dan penampang benda kerja selama seluruh siklus tersebut.
Kesamaan suhu adalah parameter kinerja tungku yang menentukan kualitas PWHT (Post-Weld Heat Treatment). ASME Bagian VIII mensyaratkan bahwa perbedaan suhu antara dua titik mana pun pada benda kerja selama periode perendaman tidak boleh melebihi 65°C (150°F) untuk sebagian besar material. Untuk kolom reaktor sepanjang 12 meter dalam tungku perapian bogie, mencapai kesamaan suhu tersebut membutuhkan penempatan pembakar yang cermat, desain kipas resirkulasi, dan pembagian zona kontrol.
Kami biasanya membagi tungku perapian bogie PWHT besar menjadi 4 hingga 8 zona suhu yang dikontrol secara independen, masing-masing dengan pembakar atau elemen pemanasnya sendiri, input termokopelnya sendiri, dan pengontrol PID-nya sendiri. Pengontrol zona berkomunikasi dengan pengontrol pengawas pusat yang mengoordinasikan peningkatan titik setel untuk mempertahankan laju pemanasan dan pendinginan yang ditentukan sambil menjaga perbedaan suhu antar zona dalam batas yang diizinkan.
Penempatan dan pemasangan termokopel merupakan mata rantai pengukuran dalam rangkaian kontrol. Kode mengharuskan termokopel dipasang pada benda kerja, bukan mengambang di atmosfer tungku. Untuk bagian yang tebal, termokopel harus dipasang di lokasi pengelasan karena di situlah suhu paling kritis. Metode pemasangan meliputi pengelasan pelepasan kapasitif (lebih disukai untuk termokopel permanen), klem selang (untuk termokopel sementara pada bagian yang lebih kecil), dan pengikat kawat (untuk geometri yang sulit).
Jumlah termokopel yang dibutuhkan bergantung pada ukuran benda kerja dan persyaratan kode. ASME Bagian VIII mensyaratkan minimal satu termokopel untuk 3 meter pertama panjang benda kerja dan satu termokopel tambahan untuk setiap 3 meter berikutnya, dengan minimal total tiga termokopel. Bejana sepanjang 10 meter membutuhkan empat termokopel. Setiap termokopel harus dihubungkan ke perekam yang telah dikalibrasi yang mencetak atau mencatat suhu selama siklus berlangsung.
Kalibrasi adalah landasan dokumentasi jaminan mutu PWHT. Setiap termokopel yang digunakan untuk PWHT harus dikalibrasi terhadap standar yang dapat ditelusuri dalam 12 bulan sebelumnya. Perekam suhu harus dikalibrasi dalam 6 bulan sebelumnya. Tungku itu sendiri harus menjalani survei keseragaman suhu (TUS) setiap tahun, sesuai dengan AMS 2750 atau standar yang setara, untuk memverifikasi bahwa tungku mencapai keseragaman yang dibutuhkan dalam kondisi beban.
Konfigurasi beban memengaruhi keseragaman suhu sama seperti desain tungku. Benda kerja yang ditempatkan dekat dinding tungku mungkin mengalami suhu yang berbeda dibandingkan dengan benda kerja yang ditempatkan di tengah. Benda kerja yang menghalangi aliran udara resirkulasi dapat menciptakan titik dingin di hilir. Spesifikasi PWHT harus mencakup diagram pemuatan yang membahas masalah ini, dan kereta bogie harus memiliki lokasi yang ditandai untuk penyangga benda kerja guna memastikan pemuatan yang konsisten dari satu siklus ke siklus berikutnya.
Tungku PWHT (Pulsed Warming Treatment) tipe bogie hearth MONTE INTELLIGENCE dirancang dengan mempertimbangkan persyaratan kode ini. Desain standar kami mencakup kontrol suhu multi-zona, kipas resirkulasi bervolume tinggi (biasanya 3-6 resirkulasi per menit), input termokopel yang terkalibrasi, dan sistem pencatatan data yang secara otomatis menghasilkan dokumentasi kode yang diperlukan.
Untuk proposal tungku PWHT yang spesifik untuk kebutuhan fabrikasi Anda, hubungi helenxu@cnlymonte.com.
