Nerūdijančio plieno vamzdžių suvirinimo ir terminio apdorojimo atsargumo priemonės

Įvadas

Nerūdijančio plieno vamzdžiaiyra svarbiausios infrastruktūros pagrindas naftos chemijos, maisto perdirbimo, farmacijos, elektros energijos gamybos ir jūrų pramonėje. Dėl jų gebėjimo atsparumo korozijai, aukštai temperatūrai ir išlaikyti konstrukcijos vientisumą esant slėgiui jie yra būtini -, tačiau juos gaminant reikia ir tikslumo.

Suvirinimas ir terminis apdorojimas yra dvi svarbiausios nerūdijančio plieno vamzdžių gamybos operacijos. Tinkamai atlikus, jie išsaugo lydinio apsauginę chromo -oksido plėvelę ir mechanines savybes. Prastai atliekami, jie gali sukelti jautrumą, karštą įtrūkimą, sigma-fazinį trapumą arba matmenų iškraipymą -, dėl kurių gali atsirasti ankstyvas gedimas, brangios prastovos ir kyla pavojus saugai.

Šiame vadove pateikiama išsami,{0}}duomenimis pagrįsta nuoroda, apimanti kokybės parinkimą, suvirinimo proceso pasirinkimą, užpildo metalo suderinamumą, perėjimo temperatūros kontrolę, po-suvirinimo terminį apdorojimą (PWHT), bendrų defektų prevenciją ir kokybės tikrinimo standartus. Nesvarbu, ar esate kvalifikuotas suvirinimo inžinierius, ar gamybos vadovas, šiame dokumente pateiktos lentelės ir atsargumo priemonės padės priimti geresnius sprendimus kiekviename gamybos proceso etape.

Pagrindinė įžvalga:Vienintelė veiksmingiausia atsargumo priemonė suvirinant nerūdijančio plieno vamzdžius yra tinkamos rūšies ir užpildo metalo derinio parinkimas prieš numušant pirmąjį lanką.

Nerūdijančio plieno rūšių supratimas

Nerūdijantis plienas nėra viena medžiaga. Tai geležies-chromo lydinių šeima, išsiskirianti mikrostruktūra, legiravimo elementais ir - kritiškai - reakcija į šilumą. Tinkamos kokybės pasirinkimas prieš pradedant suvirinimą yra pats svarbiausias sprendimas, kurį gali priimti inžinierius.

Penkios mikrostruktūrinės šeimos

Austenitas (300 serija):Dažniausiai suvirinama grupė. Ne-magnetinis, puikus atsparumas žemai temperatūrai ir didelis atsparumas korozijai. Jautrus, jei lėtai aušinamas 450–850 laipsnių diapazone.

Feritinė (400 serija):Magnetinis, vidutinio atsparumo korozijai, mažesnis nikelio kiekis sumažina išlaidas. Grūdų augimas karščio paveiktoje{1}}zonoje (HAZ) gali sumažinti kietumą.

Martensitinis (410, 420, 440):Kietinamas termiškai apdorojant. Didžiausias stiprumas šeimoje, bet mažiausias atsparumas korozijai. Visada reikalingas išankstinis pašildymas ir PWHT.

Dvipusis (2205, 2507):Mišri austenito{0}}ferito mikrostruktūra. Puikus stiprumas ir chlorido įtempis{2}}atsparumas korozijai įtrūkimams. Fazių balansas turi būti palaikomas kontroliuojant šilumos tiekimą.

Kritulių sukietėjimas (17-4 PH, 15-5 PH):Sustiprėja senstant. Retai naudojamas vamzdynų sistemose; reikalingi specializuoti PWHT režimai.

Įprastos klasės ir suvirinimo svarstymai

1 lentelėje apibendrinamos dažniausiai gaminamos nerūdijančio plieno vamzdžių rūšys ir pagrindinės jų suvirinimo pasekmės:

Lentelė 1 - Įprastos nerūdijančio plieno vamzdžių rūšys ir pagrindinės suvirinimo savybės

Kritinė pastaba:Niekada nekeiskite ne{0}}L klasės (pvz., 304) L-klase (304L) aptarnavimo aplinkose, kuriose PWHT negalima atlikti po suvirinimo, nebent konstrukcijoje nurodyta kitaip.

Suvirinimo proceso pasirinkimas

Pasirinkus suvirinimo procesą, nustatomas šilumos kiekis, padėties pajėgumas, našumas ir suvirinimo defektų tikimybė. Nerūdijančio plieno vamzdžiai dažniausiai sujungiami toliau aprašytais procesais. 2 lentelėje pateikiama lyginamoji apžvalga.

Lentelė 2 - Nerūdijančio plieno vamzdžių suvirinimo proceso palyginimas

GTAW / TIG suvirinimas - Pageidaujamas metodas

Dujinis volframo lankinis suvirinimas (GTAW), paprastai vadinamas TIG suvirinimu, yra auksinis nerūdijančio plieno vamzdžių gamybos standartas. Mažas jo šilumos tiekimas sumažinamas iki minimumo

HAZ jautrumo rizika, o dėl jo tikslumo jis idealiai tinka šaknies{0}}pralaidiniam suvirinimui, kai užbaigus suvirinimo kokybę patikrinti sunkiausia.

Daugeliui austenitinių rūšių naudokite 100% argono ekraną.

Įpilkite helio (iki 30%), kad padidintumėte įsiskverbimą į sienelių storį virš 6 mm.

Visada išvalykite vamzdžio angą (vidinį skersmenį) argonu, kai suvirinate šaknį{0}}, kad išvengtumėte oksidacijos. Srauto greitis: 10–20 L/min.

Laikykite elektrodo kampą 70–80 laipsnių nuo horizontalės, kad valdytumėte lanko kryptį.

SMAW - Lankstumas atliekant darbus lauko sąlygomis

Ekranuotas metalo lankinis suvirinimas (SMAW) naudoja dengtus elektrodus ir puikiai tinka{0}}lauke arba vietoje, kur vėjas sutrikdytų dujų apsaugą. Elektrodo pasirinkimas yra labai svarbus: visada suderinkite AWS klasifikaciją su netauriųjų metalų rūšimi (pvz., E316L-16 316L vamzdžiui).

Elektrodus laikykite 120–150 laipsnių temperatūros strypų orkaitėje, kad nesugertų drėgmės.

Sklandžiai tempiant elektrodus - audimas padidina šilumos patekimą ir iškraipymo riziką.

Šlakas turi būti visiškai pašalintas tarp važiavimų naudojant nerūdijančio plieno vielinį šepetį.,

Bendrosios atsargumo priemonės visuose procesuose

Niekada nenaudokite anglinio plieno vielinių šepečių ar šlifavimo diskų nerūdijančio plieno - užterštumas geležimi skatina rūdymą.

Gnybtai, tvirtinimo detalės ir atraminiai strypai turi būti švarūs ir be anglinio plieno.

Visas eksploatacines medžiagas (elektrodus, laidą, srautą) laikykite sandarioje, sausoje saugykloje iki naudojimo.

Prieš montuodami patikrinkite, ar vamzdžio angoje nėra nuosėdų, alyvos ar drėgmės.

Užpildo metalo pasirinkimas

Tinkamo užpildo metalo pasirinkimas yra toks pat svarbus kaip ir pagrindinės medžiagos pasirinkimas. Netinkamas užpildas gali sumažinti atsparumą korozijai, sukelti karšto įtrūkimo jautrumą arba sukurti galvaninę porą, kuri pagreitina koroziją eksploatacijos metu.

Taikomi trys pagrindiniai principai:

Atitinkamas arba šiek tiek daugiau{0}}legiruotas: užpildo metalas turi atitikti arba viršyti netauriojo metalo lydinio kiekį.

Kontrolinis ferito skaičius (FN): Austenitinėms klasėms FN 4–10 suvirinimo metale labai sumažina karštojo įtrūkimo riziką, neprarandant atsparumo korozijai.

Naudokite mažai -anglies (L-klasės) užpildus: net suvirindami standartinius -klasės netauriuosius metalus (pvz., 304), naudokite L-klasės užpildą (ER308L), kad sumažintumėte suvirinimo nuosėdų jautrumą.

Lentelė 3 - Užpildo metalo pasirinkimo vadovas pagal netauriųjų metalų rūšį

Įspėjimas:Nenaudokite anglinio plieno arba standartinių nerūdijančiojo užpildo metalų pakaitomis. Skirtingoms metalinėms siūlėms (pvz., anglinis plienas iki 316 l) naudokite ER309L, kad gautumėte buferinę kompoziciją, kuri atitiktų abu lydinius.

Išankstinio-šilumos, tarpinės temperatūros ir šilumos įvesties valdymas

Temperatūros valdymas prieš suvirinimą, jo metu ir po jo yra labai svarbus norint išsaugoti nerūdijančio plieno mikrostruktūrą ir savybes. Skirtingai nei anglinis plienas, daugumai austenitinio nerūdijančio plieno išankstinis pašildymas nėra naudingas -, iš tikrųjų per didelis pašildymas padidina įjautrinimo riziką.

Pakaitinimas

Daugeliui austenitinio nerūdijančio plieno rūšių (304, 316, 321, 347) iš anksto pašildyti nereikia, kai aplinkos temperatūra yra aukštesnė nei 10 laipsnių. Tačiau yra išimčių:

Martensitinės klasės (410, 420): pašildykite iki 200–300 laipsnių. PWHT yra privalomas.

Feritinės klasės (430, 444), kurių sienelių storis > 6 mm: lengvas 150–200 laipsnių pašildymas, siekiant sumažinti HAZ grūdų augimą.

Dvipusės klasės: nėra išankstinio pašildymo. Palaikykite aplinkos temperatūrą; per didelis pašildymas lėtina aušinimą ir skatina sigma{1}}fazės susidarymą.

Kai aplinkos temperatūra yra žemesnė nei 10 laipsnių bet kuriai klasei: Vietoje pašildykite vamzdį iki 25–50 laipsnių, kad pašalintumėte paviršiaus kondensaciją.

Interpass temperatūra ir šilumos įvedimas

Perėjimo temperatūra yra vamzdžio temperatūra suvirinimo jungtyje prieš pat pradedant kitą praėjimą. Viršijus maksimalią tarptakų temperatūrą, HAZ gali praleisti daugiau laiko jautrinimo diapazone, todėl grūdelių ribose padidėja chromo karbido nusodinimas.

Lentelė 4 - Įkaitinimas, tarpinė temperatūra ir šilumos įvedimas pagal plieno tipą

Šilumos įvestis (kJ/mm) apskaičiuojama taip: Šilumos įvestis=(įtampa × srovė × 60) / (važiavimo greitis mm/min × 1000). Visada stebėkite ir registruokite šią vertę kiekvienam suvirinimo praėjimui gamybinio suvirinimo metu.

Praktinis patarimas:Naudokite kontaktinį termometrą arba šiluminę kreidelę (Tempilsstick), kad išmatuotų tarpo temperatūrą 25 mm atstumu nuo suvirinimo vidurio linijos.

Po{0}}suvirinimo terminis apdorojimas (PWHT)

Po-suvirinimo siūlės terminis apdorojimas modifikuoja suvirinimo metalą ir HAZ mikrostruktūrą, kad būtų sumažintas liekamasis įtempis, atkurtas atsparumas korozijai arba pasiektos reikiamos mechaninės savybės. Metodas labai skiriasi priklausomai nuo klasės.

Kada reikalingas PWHT?

Privaloma: martensitiniai nerūdijantys plienai - visada grūdinami po suvirinimo.

Reikalingas pagal kodą: Slėginiai indai ir vamzdynai, veikiantys virš tam tikros temperatūros ar slėgio pagal ASME B31.3 arba ASME VIII skyrių.

Rekomenduojama: Austenitinės klasės labai įtemptose konfigūracijose arba didelio{0}}grynumo cheminė priežiūra.

Vengiama: dvipusis nerūdijantis plienas - PWHT gali sunaikinti austenito-ferito fazių balansą, nebent būtų atliktas visiškas tirpalo atkaitinimas.

PWHT parametrai pagal laipsnį

Lentelė 5 - Paskelbti-Suvirinimo terminio apdorojimo parametrai pagal klasę ir paslaugą

Kritinės PWHT atsargumo priemonės

Niekada neatlikite įtempių{0}}atsitraukimo terminio apdorojimo austenitinėms rūšims 450–850 laipsnių jautrinimo diapazone -, nes tai sukels, o ne užkirs kelią tarpkristalinei korozijai.

Atkaitinant tirpalą, vamzdis turi būti tinkamai paremtas, kad aukštesnėje temperatūroje nuo savo svorio nenukristų.

Heating and cooling rates must be controlled. For heavy-wall pipes (>25 mm), apribokite greitį iki 150–200 laipsnių per valandą, kad išvengtumėte terminio šoko.

Norint užtikrinti tikslų temperatūros registravimą, termoporos turi būti tvirtinamos tiesiai prie vamzdžio, o ne prie krosnies konstrukcijos.

Atvėsinus austenitines klases, vamzdis turi atvėsti žemiau 300 laipsnių per 3 minutes, kad būtų išvengta pakartotinio chromo karbidų nuosėdų{2}.

Dažni suvirinimo defektai ir prevencijos strategijos

Suvirinimo suvirinimo defektų priežasčių supratimas yra veiksmingiausias būdas jų išvengti. Žemiau esančioje lentelėje pateikiami šeši dažniausiai pasitaikantys nerūdijančio plieno vamzdžių suvirinimo defektų tipai, jų mechanizmai ir prevenciniai bei tikrinimo veiksmai:

6 - lentelė Dažni nerūdijančio plieno suvirinimo defektai, pagrindinės priežastys ir prevencija

Jautrinimas – tai chromo išeikvojimas ties grūdelių ribomis dėl chromo karbido (Cr23C6) nusodinimo. Dėl to plienas tampa jautrus tarpkristalinei korozijai ir įtempių{3}}korozijai. Rizika yra didžiausia, kai:

Anglies kiekis viršija 0,03 % (standartinė -304 arba 316 klasė).

Atvėsinimas 450–850 laipsnių diapazone trunka ilgiau nei maždaug 5 minutes.

Keli praėjimai padidina bendrą laiką jautrinimo diapazone.

Veiksmingiausios atsakomosios priemonės yra L-klasės arba stabilizuotų-netauriųjų metalų ir užpildų naudojimas, tarpo temperatūros sumažinimas ir greito po-suvirinimo aušinimo taikymas, kai tai leidžia konstrukcija.

Bendras paruošimas, švara ir nugaros{0}}valymas

Užteršimas yra pagrindinė nerūdijančio plieno suvirinimo defektų priežastis. Pasyvus chromo -oksido sluoksnis, apsaugantis nerūdijantį plieną nuo korozijos, taip pat yra suvirinimo kokybės problemų šaltinis, jei jis nėra tinkamai tvarkomas sujungimo vietoje. Dėl šių veiksmų negalima-derėtis:

Prieš suvirindami acetonu arba izopropilo alkoholiu (IPA) nuriebalinkite visus siūlių paviršius 50 mm atstumu nuo suvirinimo linijos. Tepkite tik švaria, nesipūkuojančia{2}} šluoste.

Nuvalykite frezavimo apnašas, dažus ir dangas nuo suvirinimo zonos naudodami tam skirtą nerūdijančio plieno šlifuoklį arba atlenkiamąjį diską. Niekada nenaudokite įrankių, anksčiau naudotų anglinio plieno.

Apdorokite arba šlifuokite nuožulnius kampus iki nurodytos tolerancijos. Standartinis nuožulnus: 37,5 laipsnio ± 2,5 laipsnio su 1,5–3 mm šaknies paviršiumi.

Prieš montuodami, patikrinkite, ar vamzdžio angoje nėra laminavimo, siūlių ar paviršiaus nelygumų.

Suvirinant šakniniu būdu, vidinė vamzdžio anga yra veikiama suvirinimo baseino. Be inertinės atmosferos, suvirinimo siūlės atvirkštinė pusė oksiduosis ir susidarys oksidai, kurių sudėtyje nėra chromo-, kurie mažina atsparumą korozijai ir sukuria įtempių koncentracijos taškus.

Atgaliniam valymui naudokite argoną (99,998 % grynumo). Azotas gali būti naudojamas dvipusėms klasėms.

Pasiekite deguonies lygį žemiau 50 ppm (idealiu atveju<20 ppm) before striking the arc. Use an inline oxygen analyzer.

Palaikykite prapūtimo srautą per šaknies praėjimą ir karštojo praėjimo suvirinimą.

Priimtinas suvirinimo siūlės spalvos pakitimas (pagal spalvą): Sidabras=puikus; šviesus auksas=priimtinas; tamsiai aukso/rudos spalvos=kraštinė; mėlyna=nepriimtina; juoda=atmesti.

Pastaba apie kainą:Atgalinis argono valymas- 8–15 % padidina suvirinimo darbo sąnaudas tipiškiems vamzdžių ritėms -, bet pašalina pertvarkymą dėl skylės oksidacijos, kurios ištaisymas gali kainuoti 10 kartų daugiau.

Kokybės kontrolė ir patikra

Vizualinius ir matmenų reikalavimus atitinkanti suvirinimo siūlė nebūtinai yra struktūriškai patikima siūlė. Tvirtas tikrinimo režimas naudoja kelis papildomus metodus, kad būtų galima aptikti visą galimų defektų spektrą paviršiaus, požeminio paviršiaus ir tūrio srityse.

7 - lentelė Kokybės tikrinimo metodai ir taikomi standartai

Visos gamybinės slėginių{0}}vamzdžių suvirinimo siūlės turi būti paremtos toliau pateiktais dokumentais pagal ASME B31.3 ir galiojančias kliento specifikacijas:

Suvirinimo procedūros specifikacija (WPS) - apibrėžia visus esminius kintamuosius.

Procedure Qualification Record (PQR) - bandymo rezultatai, palaikantys WPS.

Suvirintojo našumo kvalifikacija (WPQ) - vienam suvirintojui, vienam procesui, vienai pozicijai.

Gamybos suvirinimo įrašai - šilumos įvesties žurnalai, tarptakų temperatūros įrašai, užpildo metalo sertifikatai.

PWHT diagramos - temperatūros-laiko įrašus su termoporos duomenimis.

Medžiagų bandymų ataskaitos (MTR) - netauriųjų metalų ir užpildų metalams.

Aplinkosaugos ir saugos klausimai

Nerūdijančio plieno suvirinimo dūmuose yra šešiavalenčio chromo Cr(VI) ir nikelio oksido junginių, kuriuos IARC priskyrė žmonėms kancerogenams. Veiksmingos kontrolės priemonės yra privalomos:

Vietinė ištraukiamoji ventiliacija (LEV), kuri surenka dūmus šaltinio vietoje, yra pagrindinė valdymo priemonė.

Uždarose patalpose arba netinkamai natūraliai vėdinimui naudokite pateiktus -oro respiratorius (NIOSH-patvirtintus).

Stebėkite ore esančius Cr(VI) lygius. OSHA PEL: 5 ug/m³ (8 val. TWA). ACGIH TLV: 0,01 mg/m³.

Dažnai suvirinantiems rekomenduojama atlikti biologinį stebėjimą (chromo ir nikelio šlapime).

Pasyvaus sluoksnio atkūrimui įprastas ėsdinimas po-suvirinimo azoto-vandenilio fluorido rūgšties mišiniais. Šios rūgštys yra labai ėsdinančios ir toksiškos:

Mūvėkite rūgštims{0}}atsparias pirštines (nitrilo arba butilo gumos), veido skydelį ir prijuostę.

Neutralizuokite ir tinkamai išmeskite panaudotą marinavimo tirpalą pagal vietinius aplinkosaugos reikalavimus.

Pasyvavimas citrinų rūgštimi (ASTM A380) yra saugesnė alternatyva mažiau svarbioms reikmėms.

Prieš-suvirinimo,-proceso ir po-suvirinimo kontrolinis sąrašas

Patikrinkite klasę, šilumos skaičių ir matmenis pagal medžiagų bandymų ataskaitas.

Patvirtinkite, kad WPS yra patvirtintas ir suvirintojai yra kvalifikuoti atitinkamam procesui ir pareigoms.

Nuriebalinkite ir nusausinkite visus siūlių paviršius 50 mm atstumu nuo suvirinimo vidurio linijos.

Patikrinkite užpildo metalo tipą, AWS klasifikaciją ir laikymo sąlygas.

Patikrinkite apsauginių dujų grynumo sertifikatus. Argonas: mažiausiai 99,998%.

Nustatyti atsarginę{0}}išvalymo sistemą; patikrinti deguonies kiekį < 50 ppm su analizatoriumi.

Patvirtinkite pritaikymo{0}}matmenis: tarpas tarp šaknų, nuožulnus kampas, nesutapimas (aukštas-žemas < 1 mm).

-Apdorojimo kontrolinis sąrašas

Prieš kiekvieną praėjimą išmatuokite ir užrašykite temperatūrą tarpeinant.

Apskaičiuokite ir užregistruokite kiekvieno praėjimo šilumos kiekį.

Nerūdijančio plieno vieliniu šepečiu nuvalykite šlaką ir oksidus tarp ėjimų.

Nuolat stebėkite apsauginių dujų srautą.

Vizualiai patikrinkite kiekvieną praėjimą prieš pradedant kitą.

Paskelbkite{0}}suvirinimo kontrolinį sąrašą

Vizualiai patikrinkite galutinį suvirinimo rutulio kontūrą, dydį ir spalvos pasikeitimą.

Atlikite NDE pagal patikros planą (PT, RT, UT, kaip nurodyta).

Patikrinkite, ar PWHT ciklas baigtas pagal WPS, ir įrašykite termoporos duomenis.

Marinuoti ir pasyvinti pagal specifikaciją; dokumentuoti cheminių medžiagų koncentracijas ir poveikio laiką.

Atlikite matmenų patikrinimą (skersmuo, tiesumas, galo kvadratiškumas).

Užpildykite ir saugokite visus suvirinimo įrašus reikiamą saugojimo laikotarpį.

Išvada

Nerūdijančio plieno vamzdžių suvirinimas ir terminis apdorojimas reikalauja disciplinuoto, žiniomis{0}}pagrįsto požiūrio kiekviename etape - nuo klasės pasirinkimo iki galutinio patikrinimo. Šiame vadove aprašytos „atsargumo priemonės“ nėra biurokratiniai reikalavimai; tai inžinerinės kontrolės priemonės, apsaugančios gatavos vamzdynų sistemos veikimą, įrenginio, kuriame ji veikia, saugą ir ją pagaminusio gamintojo reputaciją.

Pagrindinius šio vadovo dalykus galima apibendrinti penkiais principais:

Suderinkite rūšį ir užpildą prie aptarnavimo aplinkos - mažai anglies išmetančios- arba stabilizuotos kokybės daugeliui suvirinimo darbų.

Kontroliuokite šilumos įvedimą ir praėjimo temperatūrą - jautrinimo diapazonas (450–850 laipsnių) yra atsparumo korozijai priešas.

Išvalykite, išvalykite ir apsaugokite - nuo užteršimo ir oksidacijos daugiau suvirinimo gedimų nei dėl netinkamos technikos.

Tinkamai taikykite PWHT arba visai nenaudokite - netinkamas terminis apdorojimas yra blogesnis nei jokio.

Viską dokumentuokite - atsekamumas yra patikimos kokybės sistemos pagrindas.

Jei norite{0}}konkrečių projektų techninių užklausų, pagalbos renkantis klasę ar konsultacijų dėl gamybos pagal užsakymą, susisiekite su mūsų inžinierių komanda. Esame įsipareigoję teikti ne tik aukščiausios-kokybės nerūdijančio plieno ir nikelio lydinių gaminius, bet ir technines žinias, kad užtikrintume, kad jie veiktų taip, kaip suplanuota per visą tarnavimo laiką.