PWHT: spanningsarm gloeien na het lassen

Na het lassen blijven in en rond de las restspanningen achter die kunnen oplopen tot de rekgrens van het materiaal. In combinatie met een harde microstructuur, een agressief medium of dikwandige doorsneden kunnen die spanningen scheuren, maatafwijkingen of spanningscorrosie veroorzaken. Een warmtebehandeling na het lassen, in de praktijk PWHT of spanningsarm gloeien genoemd, verlaagt die spanningen en verbetert de microstructuur van las en warmte beinvloede zone.

PWHT is echter geen behandeling die u zomaar toepast. Zij kost tijd en geld, kan bij verkeerde uitvoering eigenschappen juist verslechteren en is aan strikte regels gebonden. In dit artikel leest u wanneer PWHT vereist is, welke temperaturen en houdtijden gelden, hoe u de behandeling uitvoert en wat er geregistreerd moet worden.

Wat PWHT doet met las en materiaal

Bij spanningsarm gloeien wordt de constructie of de laszone beheerst opgewarmd tot onder de omzettingstemperatuur van het staal, meestal tussen 550 en 620 graden Celsius voor on- en laaggelegeerd staal. Bij die temperatuur daalt de rekgrens tijdelijk, waardoor restspanningen door kruip en plastische vervorming grotendeels afgebouwd worden.

Daarnaast heeft de behandeling metallurgische effecten: harde zones in de warmte beinvloede zone laten aan, de hardheid daalt, diffundeerbare waterstof verdwijnt vrijwel volledig en de taaiheid van de las verbetert in de meeste gevallen. Bij sommige fijnkorrelstalen en bij te lange of te hete behandelingen kan de sterkte of taaiheid echter juist afnemen. PWHT is dus maatwerk per materiaal.

Wanneer is PWHT vereist

Of PWHT verplicht is, volgt uit de toepasselijke norm of code, de materiaaldikte en het gebruiksdoel. Veelvoorkomende gevallen:

• Drukapparatuur onder PED 2014/68/EU: de productnormen, zoals EN 13445 voor drukvaten en EN 13480 voor leidingen, schrijven PWHT voor boven bepaalde wanddiktes per materiaalgroep. Ook ASME VIII en ASME B31.3 kennen zulke dikte-grenzen
• Materialen met chroom en molybdeen, zoals 13CrMo4-5 en 10CrMo9-10: vrijwel altijd PWHT, vaak vrijwel ongeacht de dikte
• Constructies met risico op spanningscorrosie, bijvoorbeeld in loogomgevingen, aminen of H2S-dienst: PWHT om restspanningen onder de kritische grens te brengen
• Maatvaste bewerkingen na het lassen: gloeien om vervorming bij verspanen te voorkomen

De klantspecificatie kan strenger zijn dan de norm. Controleer dus altijd contract, code en materiaalcertificaat samen, en leg de conclusie vast in het laskwaliteitsplan.

Temperatuur en houdtijd bepalen

De gloeitemperatuur en houdtijd volgen uit de materiaalgroep en de code. Richtwaarden voor veel gebruikte materialen:

• Ongelegeerd C-staal en C-Mn-staal: 550 tot 600 graden Celsius
• 13CrMo4-5: circa 630 tot 700 graden Celsius
• 10CrMo9-10: circa 670 tot 720 graden Celsius

De houdtijd bedraagt als vuistregel 2 minuten per millimeter wanddikte met een gangbaar minimum van 30 minuten, maar codes geven eigen tabellen die voorgaan. Belangrijk is ook wat er niet mag: bij veredelde stalen moet de gloeitemperatuur ruim onder de aanlaattemperatuur van de fabrikant blijven, anders zakt de sterkte onder de gegarandeerde waarde. Vraag die aanlaattemperatuur op via het materiaalcertificaat of de leverancier.

Uitvoering: oven of lokaal gloeien

De voorkeursmethode is gloeien in een oven, omdat de hele constructie dan gelijkmatig behandeld wordt. Past het werkstuk niet in een oven, dan is lokaal gloeien met elektrische weerstandsmatten of inductie het alternatief, bijvoorbeeld bij montagelassen in leidingwerk. Daarbij gelden eisen aan de breedte van de verwarmde zone en de isolatie, zodat de temperatuurgradient beheerst blijft en er geen nieuwe spanningen ontstaan aan de rand van de verwarmde band.

Beheers verder de opwarm- en afkoelsnelheid. Codes begrenzen die boven een bepaalde temperatuur, vaak vanaf 300 tot 400 graden Celsius, tot een maximum dat afhangt van de wanddikte. Te snel opwarmen of afkoelen introduceert juist nieuwe spanningen en kan bij dikwandige delen tot scheuren leiden.

PWHT en de lasmethodekwalificatie

De warmtebehandeling is een essentiele variabele in EN ISO 15614-1 en in ASME IX. Een lasmethode die met PWHT is gekwalificeerd, dekt geen productie zonder PWHT, en omgekeerd. Ook de gloeitemperatuur in productie moet binnen het gekwalificeerde bereik blijven. Wie in productie dus wil kunnen kiezen, moet dat in de kwalificatiestrategie vooraf regelen.

Houd er rekening mee dat PWHT de mechanische eigenschappen van de proeflas bepaalt: de trekproef, buigproeven en kerfslagproeven worden na de behandeling uitgevoerd. Een toevoegmateriaal dat als gelast prima presteert, kan na gloeien te veel sterkte of taaiheid verliezen. Overleg bij twijfel met de fabrikant van het toevoegmateriaal of vraag lastechnisch advies.

Registratie en aantoonbaarheid

PWHT is alleen iets waard als zij aantoonbaar is. De registratie omvat ten minste:

• Een gloeiprocedure met opwarmsnelheid, houdtemperatuur, houdtijd, afkoelsnelheid en de plaats van de thermokoppels
• Een doorlopende registratie van de temperatuur, de gloeigrafiek, met kalibratiegegevens van recorder en thermokoppels
• Traceerbaarheid: welke lassen en welke werkstukken in welke gloeicharge zaten

Keurende instanties en klanten beoordelen de gloeigrafiek kritisch: aantal en positie van de thermokoppels, halen en vasthouden van de temperatuur en de gerealiseerde snelheden. Na de behandeling volgt vaak een hardheidsmeting als verificatie en aansluitend het geplande niet-destructieve onderzoek. Omdat PWHT scheuren kan openen of zichtbaar maken, plant u het eindonderzoek altijd na het gloeien; onafhankelijke NDO-begeleiding helpt om die volgorde en de acceptatiecriteria goed vast te leggen.

Veelgemaakte fouten bij PWHT

Uit de praktijk komen steeds dezelfde fouten terug. De verwarmde band bij lokaal gloeien is te smal, waardoor de spanningen alleen verplaatst worden. Thermokoppels zitten op de mat in plaats van op het werkstuk en registreren dus de mattemperatuur. Veredeld of thermomechanisch staal wordt boven de toegestane temperatuur gegloeid en verliest sterkte. Of er wordt na een reparatie vergeten opnieuw te gloeien, terwijl de code dat wel eist.

Ook de volgorde gaat regelmatig mis: eerst het eindonderzoek en daarna pas gloeien maakt het onderzoek waardeloos. Neem PWHT daarom vanaf de werkvoorbereiding op in het inspectie- en testplan, met vaste vrijgavemomenten voor en na de behandeling.