Niklisulamitega keevisõmblus: süsinikterasest kattekiht korrosioonikindluse tagamiseks

Keevisliide -, mida nimetatakse ka keeviskatteks või kõvakatteks -, on tõestatud, koodi-ühilduv meetod korrosioonikindla-niklisulamikihi kandmiseks süsinikterasest või madala{4}}legeeritud terasest aluspinnale. Tulemus: süsinikterase mehaaniline tugevus ja madal hind koos niklisulamite korrosioonikindlusega - 40–60% madalama materjalikuluga kui tahke niklisulamist konstruktsioon. See artikkel selgitab, millal on õige valik keevisõmbluse ülekate, milliseid niklisulamid kasutatakse, millised standardid kehtivad ja kuidas kattekihti õigesti määrata.

Niklisulamitega keevisõmbluskate on tööstuses{0}}standardlahendus surveanumatele, soojusvahetitele ja torustiku komponentidele, mis peavad ilma tahkesulami valmistamise kuludeta vastu pidama korrosioonile hapugaasi (H₂S), kloriidide, hapete ja kõrgel temperatuuril oksüdatsioonist -.

Keevituskatte sissejuhatus

Keevituse ülekate on protsess, mille käigus kantakse kaarkeevitusprotsesside abil üks või mitu korrosioonikindla -sulami (tavaliselt nikli-põhist) kihti odavama mitteväärismetalli (tavaliselt süsinikterase või madala -legeerterase) pinnale. Kattekiht - tavaliselt 3–6 mm paksune - toimib barjäärina söövitava protsessivedeliku ja konstruktsiooni mitteväärismetalli vahel.

Miks kasutada tahke sulami asemel ülekatet?

Tabel. Kulude ja toimivuse võrdlus - Tahkesulami vs. keeviskatte konstruktsioon

Allikas: ASME boilerite ja surveanumate koodide VIII jaotis. 1 (2023); ASME B31.3 protsessi torustik (2022); Special Metals Corporation „Keevitustoodete kataloog” (2023); Haynes Internationali korrosioonikindlate sulamite tehnilised andmed; JN Alloysi sisekulude analüüs aastateks 2024–2025.

Suurte -läbimõõduga anumate, soojusvaheti kestade ja torupoolide puhul, mille korrosioonikahjustus piirdub sisepinnaga, tagab keevisliide sama korrosioonikindluse kui tahkel sulamil 40–60% madalama materjalikuluga.

Kõige laialdasemalt kasutatavad kattematerjalid sulam 625 ja sulam C-276

Mitte kõik niklisulamid ei sobi keevisõmbluse kattekihiks. Kattematerjal peab olema keevitatav, ühilduma süsinikterasest lahjendusega ja vastupidav konkreetsele söövitavale keskkonnale. Tööstuses domineerivad kaks sulamit: sulam 625 (UNS N06625) ja sulam C-276 (UNS N10276).

Sulami valik korrosioonikeskkonna järgi

Tabel. Niklisulamist kattematerjalid - Korrosioonikeskkonna valikujuhend

Allikas: Special Metals Corporation 'INCONEL® Alloy 625' ja 'INCONEL® Alloy 725' andmelehed (2023); Haynes Internationali 'HASTELLOY® C-276 sulami tehnilised andmed (2023); ASME katla ja surveanuma koodi IX jaotis (2023) QW-422 P-numbrite rühmitus; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015.

Keemilise koostise võrdlus

Tabel. Tavaliste niklisulamist kattematerjalide keemiline koostis (massi%, tüüpiline)

Allikas: ASTM B443 (sulam 625); ASTM B575 (sulam C-276, C-22, 59); ASTM B425 (sulam 825); ASTM B168 (sulam 600); ASTM B435 (sulam X); Special Metalsi ja Haynes Internationali andmelehed (2023).

Alloy 625 on merevee, kloriidi ja hapugaasi (H₂S) teenuse vaikevalik. Sulam C-276 on vaikevalik hapete (HCl, H2SO₄) ja raskete keemiliste keskkondade redutseerimiseks. Piirjuhtumite puhul vaadake NACE MR0175 / ISO 15156-3 ja viige läbi korrosioonikatsed.

GTAW ja GMAW kõrge{0}}terviklikkuse ülekatte jaoks

Keevitusmeetodi valik mõjutab katte kvaliteeti, lahjenduskiirust, sadestuskiirust ja maksumust. Kriitiliste surveseadmete puhul on kõige levinumad valikud GTAW (TIG) ja GMAW (MIG). Suure-pindala katte jaoks pakuvad FCAW ja SAW suuremat tootlikkust.

Niklisulami ülekatte protsesside võrdlus

Tabel. Niklisulami katte keevitusprotsessid - Kvaliteedi ja tootlikkuse võrdlus

Allikas: ASME katla ja surveanuma koodi IX jaotis (2023); AWS D1.6/D1.6M-22 'Struktuurikeevitus – roostevaba teras'; Spetsiaalsed metallid „Niklisulamite keevitusjuhised” (2023); Lincoln Electrici niklisulami keevitustoodete tehniline juhend (2023).

Lahjendusjuhtimine on ülekatte toimivuse jaoks ülioluline

Lahjendus tekib siis, kui mitteväärismetall (süsinikteras) sulab ja seguneb täitemetalliga (niklisulam). Liigne lahjendamine vähendab katte korrosioonikindlust, vähendades kriitilist sulami sisaldust (Cr, Mo, Nb). Alloy 625 kattekihi puhul peaks esimese kihi rauasisaldus olema alla 10%; C-276 puhul alla 7%.

Tabel. Maksimaalne lubatud lahjendus - rauasisalduse piirangud sulami järgi

Allikas: Special Metals "Keevitusjuhised INCONEL® Alloy 625 jaoks" (2023); Haynes International „HASTELLOY® C-276 sulami keevitamine ja valmistamine” (2023); ASME IX jaotis QW-404.12 „Täitemetalli lahjendamine”; AWS A5.14/A5.14M:2018 „Niklist ja niklisulamist tühikeevituselektroodide ja varraste spetsifikatsioonid”.

Kasutage esimese kihi jaoks GTAW-d (TIG), et minimeerida lahjendamist ja tagada vastavus keemilistele omadustele. Tootlikkuse suurendamiseks kasutage järgmiste kihtide jaoks GMAW-d, FCAW-d või SAW-d. Kontrollige alati ülekatte keemiat PMI (positiivse materjali identifitseerimise) või laborianalüüsi abil.

Kattekihi paksus 3–6 mm

Kattekihi minimaalset paksust reguleerivad korrosioonivaru, lahjendussügavus, keevitusprotsessi võime ja koodinõuded. Enamiku surveanumate ja torustike jaoks on standardne 3–6 mm (2–3 kihti). Õhemad ülekatted ohustavad läbimurret; paksemad ülekatted suurendavad kulusid ja võivad tekitada jääkpinge probleeme.

Paksuse kujundamise juhised

Tabel. Katte paksuse disain - Soovitatavad väärtused rakenduse järgi

Allikas: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div{0}} (2023) UG-16 'Minimaalne seinapaksus'; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 „Nafta- ja maagaasitööstus – H₂S-i sisaldavates keskkondades kasutatavad materjalid”; API 6A (21. väljaanne, 2024) „Wellhead and Tree Equipment”; API 17D (3. väljaanne, 2021) „Merealuste tootmissüsteemide projekteerimine ja käitamine”.

Korrosioonivarude arvutamine

Kattekihi paksus peab sisaldama: (1) korrosioonivaru (tavaliselt 1,5–3,0 mm 10–20-aastase kasutusea korral), (2) töötlemisvaru (0,5–1,0 mm pinnaviimistlusel) ja (3) lahjendustsooni paksust (esimese kihi puhul 1,0–1,5 mm).

Tabel. Katte paksuse jaotus - Korrosiooniluba ja tootmistolerantsid

Allikas: ASME boilerite ja surveanumate koodi jaotis VIII jaotis. 1 UG-25 ​​„Korrosioonitoetus”; ASME B46.1-2019 „Pinna tekstuur (pinna karedus, lainelisus ja kiht)”; ASME V jao artikkel 4 „Keevisõmbluste ultraheliuuringu meetodid”; ASME IX jaotis „Keevitamise, kõvajoodisega jootmise ja sulatamise kvalifikatsioonid”.

Järeldus:Enamiku rakenduste jaoks määrake pärast töötlemist minimaalseks ülekatte paksuseks 3,0 mm. Tugeva korrosiooniga keskkondade (hapugaas, happed, merevesi) korral määrake 4,0–5,0 mm. Kaasake konstruktsiooni spetsifikatsioonis alati ka korrosioonivaru.

PMI verifitseerimine ja NDE

Kuna kattekiht on õhuke (3–6 mm) ja korrosioonikindlus sõltub täpsest keemiast, on kvaliteedikontroll kriitilisem kui tahkesulamist konstruktsiooni puhul. Iga ülekate peab olema kinnitatud positiivse materjali identifitseerimise (PMI) abil ja kontrollitud ultraheliuuringu (UT) või radiograafilise testimisega (RT).

Keevisõmbluse ülekatte kontrollinõuded

Tabel. Niklissulamist keeviskatte kvaliteedikontrolli testid

Allikas: ASTM E1621-21 'Standardjuhend elementide analüüsiks lainepikkuse hajutava röntgen-kiirte fluorestsentsspektromeetria abil'; ASME boilerite ja surveanumate koodeksi V jaotis (2023) artiklid 2, 4, 5, 6; ASME VIII jaotis. 1 UW-51 „Keevisliidete radiograafiline uurimine”; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 Tabel A.1 „Süsinik- ja vähelegeeritud teraste kõvadusnõuded”.

Levinud vead ja nende põhjused

Tabel. Levinud keevisõmbluse ülekatte defektid - Põhjused ja ennetamine

Allikas: AWS D1.6/D1.6M-22 'Struktuurikeevituskood-roostevaba teras'; Spetsiaalsed metallid „Niklisulamite keevitusjuhised” (2023); ASME IX jaotis QW-190 "Keevisliidete uurimine ja parandamine".

Kattekeemia PMI kontrollimine on kohustuslik iga töö puhul. TÜ või RT kontroll kinnitab sideme terviklikkust. Hapu teenuse puhul nõuab NACE MR0175 kõvaduse testimist. Kõik kontrolli tulemused tuleb dokumenteerida materjali katseprotokolli.

ASME VIII ja ASME B31.3

Keevisõmbluse ülekate ei ole „alternatiivne” meetod - see on selgelt tunnustatud ja seda juhivad ASME disainikoodid. Ülekattekihti võib lugeda korrosioonivaruks, kuid mitte survet säilitavaks paksuseks, välja arvatud juhul, kui see on spetsiaalselt kvalifitseeritud ja dokumenteeritud.

Keevisõmbluse ülekatte koodinõuded

Tabel. ASME koodi nõuded keeviskatte ehitamisele

Allikas: ASME katla ja surveanuma koodi VIII jaotis, osa. 1 (2023) UG-16, UW-42, UCL-30 kuni UCL-46; ASME boilerite ja surveanumate koodi jao VIII jaotis. 2 (2023) D osa artikkel D.11; ASME B31.3-2022 „Protsessi torustikud” punktid 323.4.2, 328.5.1; ASME katla ja surveanuma koodi IX jaotis (2023) QW-214, QW-283; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015.

Millal saab kujunduse paksusesse lisada ülekatte

Vaikimisi käsitlevad ASME koodid keevisõmbluse ülekatet korrosioonivaruna - seda ei arvestata rõhu-säilituspaksuse arvutamisel. Kui ülekatteprotseduur on aga kvalifitseeritud näitama täielikku metallurgilist sidet ja konstruktsiooni spetsifikatsioon seda selgesõnaliselt lubab, võib kattekihi paksuse (miinus korrosioonivaru) arvesse võtta.

Tabel. Ülekatte lisamise tingimused survekujundusse

Allikas: ASME katla ja surveanuma koodi jaotis VIII jaotis. 1 UCL-30 „Pleeritud ja keevitatud-metallist-vooderdatud anumad”; ASME IX jaotis QW-283 "Keevitusmuutujad korrosioonikindla kattekihi jaoks"; WRC Bulletin 447 "Juhised surveseadmete keeviskatte kattekihi hindamiseks" (1999).

Keevituse ülekate on täielikult koodi{0}}ühilduv. Vaikimisi käsitletakse seda korrosioonivarusena ja see ei sisaldu rõhu konstruktsioonis. Kui konstruktsiooni spetsifikatsioon lubab, võib ülekatte arvestada survepaksusega -, kuid selleks on vaja kvalifitseeritud protseduure ja selgesõnalist inseneri kinnitust.

Nafta ja gaasi, keemia- ja elektritootmine

Niklisulamitega keevisõmbluskihti kasutatakse kõige sagedamini tööstusharudes, kus protsessikeskkond on väga söövitav, kuid seadmete suurus muudab tahkesulamist konstruktsiooni majanduslikult ebaatraktiivseks. Suurim kasutaja on nafta- ja gaasitööstus, millele järgneb keemiline töötlemine ja elektritootmine.

Rakendusnäited tööstuse järgi

Tabel. Keevisliidete rakendused tööstuse ja teeninduskeskkonna järgi

Allikas: API 6A (21. väljaanne, 2024) 'Wellhead and Tree Equipment'; API 17D (3. väljaanne, 2021) „Merealused tootmissüsteemid”; API 934-A (3. väljaanne, 2019) „2¼Cr-1Mo ja 3Cr-1Mo terasest raskeseinasurveanumate materjalid ja valmistamine kõrge-temperatuuri ja kõrgsurve vesiniku teenuse jaoks“; NACE RP045-2003 „Vesinikuteenuse kattekeevitus”; ASME B31.3-2022 „Protsessi torustikud”; DNVGL-OS-F101 (2021) „Submarine Pipeline Systems”.

Juhtumiuuring: kaevupea seadmete ülekate

Merealused kaevupea seadmed ja jõulupuud töötavad mõnes kõige agressiivsemas korrosioonikeskkonnas: väljastpoolt merevesi, seest hapugaas (H₂S) ja soolvesi ning temperatuur kuni 200 kraadi. Solid Alloy 625 konstruktsioon maksaks 5–8× süsinikterasest. Alloy 625 keeviskiht süsinikterasel või madala{7}}legeerterasel (nt AISI 4130, F22) tagab sama korrosioonikindluse 40–50% madalamate kuludega.

Tabel. Juhtumiuuring - Submea Wellhead Hub: sulam 625 ülekate F22 terasel

Allikas: API 6A (21. väljaanne, 2024) 'Wellhead and Tree Equipment'; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015; JN Alloysi sisemised projektiandmed veealuse kaevupea rummu jaoks, mis on valmistatud 2023. aastal; Spetsiaalsete metallide 'INCONEL® Alloy 625' andmeleht (2023).

Suurte, paksude{0}}seinaga seadmete puhul, mille korrosioonitõrje piirdub sisepinnaga, on keevisõmbluse kattekiht majanduslikult parem valik. Tahke sulam tuleks reserveerida väikeste komponentide jaoks (ventiili siseosad, instrumendi liitmikud), mille ülekate on ebapraktiline.

ERNiCrMo-4 ja ERNiCr-3

Täitemetalli spetsifikatsioon (AWS klassifikatsioon) määrab katte keemia ja korrosioonikindluse. Alloy 625 ülekatte jaoks kasutage ERNiCrMo-3 või ERNiCrMo-4; C-276 ülekatte jaoks kasutage ERNiCrMo-4. Klassifikatsioon -4 on kõrgema Mo-sisaldusega ja seda eelistatakse tugevalt redutseerivate hapete kasutamisel.

Niklisulami kattekihi täitematerjalide klassifikatsioonid

Tabel. AWS-i täitematerjalide klassifikatsioonid niklisulami keeviskatte jaoks

Allikas: AWS A5.14/A5.14M:2018 „Nikkli ja nikli{3}}sulamist paljaskeevituselektroodide ja -vardade spetsifikatsioon”; AWS A5.11/A5.11M:2017 „Nikkli ja nikli{7}}sulamikeevituselektroodide spetsifikatsioon varjestatud metalli kaarkeevitamiseks”; Spetsiaalsete metallide keevitustoodete kataloog (2023); Haynes Internationali 'Keevitustäitemetallide' tehnilised andmed (2023).

Täitematerjali valik teeninduskeskkonna järgi

Tabel. Täitematerjali valiku juhend - Niklisulami kattekiht korrosioonikeskkonna järgi

Allikas: NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 „Nafta- ja maagaasitööstus-H₂S-sisaldavates keskkondades kasutatavad materjalid”; Erimetallide korrosioonikindlate sulamite valiku juhend (2023); Haynes Internationali korrosiooniandmete tehniline brošüür (2023); Outokumpu roostevaba terase ja niklisulamite korrosioonikäsiraamat (2021).

ERNiCrMo-3 (sulam 625 täiteaine) on kõige mitmekülgsem valik üldiste ülekatterakenduste jaoks. ERNiCrMo-4 (täiteaine C-276) on eelistatud happe tugevaks redutseerimiseks. Kontrollige alati PMI-ga ülekatte keemiat, et täitemetall ja keevitusprotseduur tagaksid vajaliku Cr-, Mo- ja Fe-sisalduse.