Наплавка Inconel 625: процедура плакирования внутренних частей труб и сосудов из углеродистой стали

Инконель 625Наплавочная сварка — это процесс наплавления тонкого, -стойкого к коррозии слоя никеля-хрома-молибдена на внутренние-недорогие трубы из углеродистой стали или внутренние детали резервуара. В результате получается композитный компонент, сочетающий в себе прочность и экономичность углеродистой стали с коррозионной и эрозионной стойкостью высококачественного никелевого сплава -, при этом стоимость составляет лишь долю стоимости цельной детали из Inconel 625.

В этом руководстве простыми словами объясняется, как работает процесс, какие методы сварки используются, как контролируется разбавление и какие нормы регулируют приемку, чтобы инженеры, покупатели и студенты могли с уверенностью оценить процедуру.

Что такое наплавка Inconel 625?

Наплавка Inconel 625 (также называемая наплавкой) — это процесс сварки плавлением, при котором один или несколько слоев присадочного металла Inconel 625 наносятся на поверхность основного металла из углеродистой стали, создавая металлургически связанную коррозионно--стойкую оболочку без изменения структурной роли основного материала.

Подложка из углеродистой стали выдерживает механическую нагрузку -, выдерживает давление, структурную поддержку и ударопрочность -, поскольку она недорогая и ее легко изготовить. Слой Inconel 625, обычно толщиной 3–6 мм после механической обработки, наносится только там, где поверхность будет контактировать с агрессивной или эрозионной технологической жидкостью, такой как сернистая нефть, морская вода или кислый газ. Поскольку два металла сплавлены на атомном уровне, плакированный слой не будет расслаиваться под рабочим давлением и температурой, как это может сделать механически нанесенная гильза или покрытие.

Таблица 1 - Сравнительная сводка методов защиты никелевых-сплавов от коррозии- для углеродистой стали.

Почему плакированная углеродистая сталь вместо использования твердого инконеля 625?

Наплавочная сварка обычно снижает стоимость материала на 60–80% по сравнению с твердым компонентом из Inconel 625, обеспечивая при этом эквивалентную коррозионную стойкость на смачиваемой поверхности, поскольку никелевый сплав применяется только там, где это действительно необходимо.

Инконель 625 стоит во много раз дороже за килограмм, чем углеродистая сталь, и его труднее обрабатывать и сваривать в толстых секциях. В сосудах под давлением и трубных катушках коррозионное воздействие возникает только на внутренней поверхности, подвергающейся воздействию технологической жидкости - основная толщина стенок существует исключительно для сопротивления давлению. Наплавочная сварка позволяет инженерам наносить дорогой сплав только в зоне воздействия, в то время как углеродистая сталь выполняет структурную работу. Дополнительные преимущества включают в себя:

• Снижение общей стоимости установки трубопроводов большого-диаметра, внутренних устройств реактора и полов резервуаров.
•  

1. Время выполнения заказа короче, чем при закупке листов или труб из твердого никелевого-сплава, которые зачастую требуют длительного времени выполнения заказа.
2. Возможность отремонтировать или продлить срок службы существующего оборудования из углеродистой стали в полевых условиях, избегая полной замены.
3. Гибкость проектирования, позволяющая выборочно плакировать только зоны с высоким-износом, такие как колена, тройники и сварные переходы.

Какие сварочные процессы используются для нанесения наложения Inconel 625?

Чаще всего используются четыре процесса: газовая вольфрамовая дуговая сварка (GTAW/горячая- проволока), газовая дуговая сварка металлом (GMAW), дуговая сварка под флюсом (SAW) с ленточным электродом и плазменная дуговая сварка (PTA) с лазерной наплавкой, используемой для применений с высокой-точностью или низким-разбавлением.

В каждом процессе по-разному учитываются скорость осаждения, контроль разбавления и стоимость оборудования. Выбор процесса зависит от геометрии компонента (труба с малым-диаметром вместо внутренних частей большого плоского резервуара), требуемых пределов разбавления и объема производства.

Таблица 2 - Процессы сварки, использованные для наплавки из Inconel 625, ранжированные по контролю разбавления и производительности.

Какова пошаговая процедура облицовки?

Квалифицированная процедура наплавки Inconel 625 состоит из шести последовательных этапов: подготовка основы, предварительный нагрев, квалификация процедуры сварки, многопроходное наплавление, межпроходной контроль и термообработка после-сварки плюс контроль.

На каждом этапе контролируется определенный вид отказа -: загрязнение поверхности, растрескивание, чрезмерное разбавление или пористость. Приведенная ниже последовательность отражает стандартную производственную практику для сосудов и трубных катушек, соответствующих нормам ASME-.

• Подготовка основного металла: отшлифовать или обработать поверхность углеродистой стали до блестящего металла, удалив окалину, оксиды и остатки углеводородов. Перед сваркой проверьте качество поверхности и проверьте наличие расслоений с помощью ультразвукового контроля (UT).
•  
• Применение предварительного нагрева: Предварительный нагрев углеродистой стали до 100–150 градусов (обычно в зависимости от WPS и углеродного эквивалента материала), чтобы снизить риск водородного-растрескивания в зоне термического-воздействия (ЗТВ).
•  
• Запись о квалификации процедуры (PQR): перед началом производственной сварки сварите и протестируйте квалификационный купон, подтверждающий химический состав, разбавление, твердость и свойства изгиба.
•  
• Нанесение основного/первого слоя: Нанесите первый слой с использованием процесса и набора параметров, выбранных для минимизации разбавления, поскольку этот слой имеет наибольшее поглощение железа из основного металла.
•  
• Контроль температуры между проходами: поддерживайте температуру между проходами в допустимом диапазоне (обычно не более 150 градусов), чтобы контролировать рост зерна и избегать чрезмерного тепловложения.
•  
• Второй слой (финишный слой): нанесите второй верхний слой, компенсируя сварные швы от первого слоя, чтобы разбавить содержание железа и добиться заданного конечного химического состава на открытой поверхности.
•  
• Обработка поверхности: отшлифовать или обработать плакированную поверхность до окончательного размера и проверить качество поверхности, подрезы и отсутствие провара.
•  
• Термическая обработка после-сварки (PWHT). Применяйте термообработку для снятия напряжения- там, где это требуется нормами или условиями эксплуатации (например, кислая обработка согласно NACE MR0175/ISO 15156), чтобы уменьшить остаточное напряжение и повысить устойчивость к растрескиванию.
•  
• Окончательная проверка и выпуск: выполните пенетрантное тестирование (PT), UT на целостность соединения, точечный химический анализ (PMI) и испытание на твердость перед выпуском компонента в эксплуатацию.
•  

Как контролируется разбавление при наплавке Inconel 625?

Разбавление контролируется в первую очередь с помощью двух-стратегии осаждения, низкого тепловложения и техники перекрытия валиков, что позволяет поддерживать содержание железа на открытой поверхности ниже 5 %, чтобы сохранить коррозионную стойкость Inconel 625.

Разбавление – это смешивание основного металла углеродистой стали с сварочной ванной никелевого-сплава. Когда горелка плавит основной металл, железо попадает в сварочную ванну и снижает содержание никеля, хрома и молибдена в наплавленном металле. Если содержание железа на поверхности превышает примерно 5–10 %, коррозионная стойкость покрытия приближается к стойкости сплава более низкого-сорта и больше не может считаться истинными характеристиками Inconel 625. Инженеры управляют разбавлением посредством:

• Двухслойное минимальное осаждение - - первый слой поглощает большую часть разбавленного железа; второй слой, нанесенный на разбавленный первый слой, а не на углеродистую сталь, имеет химический состав, близкий к номинальному Inconel 625.
•  

Меньшая сила тока и более высокая скорость перемещения - снижают энергию дуги и ограничивают глубину плавления основного металла.

• Перекрытие валиков на 40–50 % - даже при перекрытии позволяет избежать впадин, которые приводят к увеличению подвода тепла при последующих проходах.
• Холодная-проволока или горячая-проволока GTAW -, отделяющая источник тепла от скорости подачи наполнителя, обеспечивает независимый контроль над проплавлением и осаждением.
• Химическая проверка с помощью PMI (положительная идентификация материала) или лабораторного спектрографического анализа готовой поверхности, а не только аттестационного купона процедуры сварки.
•  

Какие параметры сварки типичны для наплавки из Inconel 625?

Типичные параметры горячей- проволоки GTAW составляют 180–260 А, 10–14 В и скорость движения 8–15 см/мин, что позволяет получить валик толщиной примерно 2–3 мм за проход с разбавлением 5–10 % при правильном контроле.

Точные параметры всегда устанавливаются квалифицированной Спецификацией процедуры сварки (WPS), но следующие диапазоны являются типичными отправными точками, используемыми в отрасли для внутреннего покрытия труб и резервуаров:

Таблица 3 - Типичные диапазоны параметров сварки для наплавки Inconel 625 в зависимости от процесса (проверьте соответствие квалифицированному WPS/PQR).

Какие методы контроля качества и проверки проверяют соответствие накладки?

Соответствие наложению Inconel 625 проверяется посредством пяти проверок: визуального осмотра, капиллярного контроля, ультразвукового испытания соединения, анализа химического состава (PMI) и измерения феррита/разбавления, все эти проверки документируются в соответствии с утвержденным WPS/PQR.

Поскольку вся цель наложения – коррозионная стойкость поверхности, при проверке основное внимание уделяется целостности и химическому составу поверхности, а не только механической прочности.

• Визуальный осмотр (VT): проверка на наличие поверхностных трещин, подрезов и однородности сварного шва.
• Пенетрантное тестирование (PT): обнаруживает-трещины на поверхности и пористость, невидимую глазу.
• Ультразвуковой контроль (UT): подтверждает плавление соединения между накладным слоем и основным металлом, выявляя отсутствие-связывания-связывания или ламинирования.
• Положительная идентификация материала (PMI): подтверждает, что содержание никеля, хрома и молибдена соответствует указанным минимумам на готовой поверхности.
• Испытание на твердость: проверяется,-зона, подвергшаяся термическому воздействию, не затвердела чрезмерно, что может указывать на риск растрескивания, особенно при работе с кислой средой или водородом.
• Проверка феррита/разбавления: для критически важных условий химическое или металлографическое поперечное-сечение подтверждает, что разбавление железа находится в допустимых пределах.

Каковы наиболее распространенные дефекты наплавленных сварных швов Inconel 625?

Наиболее частыми дефектами являются непровар по линии соединения, горячие трещины в металле сварного шва, чрезмерное разжижение и пористость -, каждый из которых связан с определенным, корректируемым параметром процесса.

Таблица 4 - Распространенные дефекты наложения Inconel 625, их причины и методы предотвращения.

Какие нормы и стандарты регулируют наплавку Inconel 625?

Наплавочная сварка Inconel 625 регулируется в первую очередь разделом IX ASME (квалификация сварщика и процедур), ASME B31.3 или разделом VIII (проектирование трубопроводов и сосудов), NACE MR0175/ISO 15156 (требования к кислым материалам) и ASTM B443/UNS N06625 (химия сплавов).

Таблица 5 - Ключевые коды и стандарты, применимые к проектам наплавки Inconel 625.

Где используется углеродистая сталь, плакированная Inconel 625?

Углеродистая сталь, плакированная Inconel 625, наиболее широко используется в трубопроводах для добычи нефти и газа, подводных выкидных линиях, внутренних устройствах корпусов реакторов и сепараторов, системах десульфурации дымовых-газов и оборудовании для обработки морской воды-, где коррозионная технологическая жидкость встречается с компонентами конструкционной стали.

1. Высокосернистые нефте- и газопроводы и устьевые компоненты скважин, подвергающиеся воздействию H2S и CO2.
2. Подводные выкидные трубопроводы и райзеры, требующие коррозионной стойкости и экономичности конструкционной стали.
3. Внутренние устройства сосудов под давлением и реакторов в нефтепереработке и нефтехимии.
4. Компоненты системы десульфурации дымовых-газов (ДДГ), подвергающиеся воздействию кислотных конденсатов.
5. Системы охлаждения морской воды и оборудование для опреснения.
6. Сопла, трубные решетки и колена подвержены комбинированной эрозии и коррозии.

Часто задаваемые вопросы

Да, когда разбавление контролируется должным образом и содержание железа на открытой поверхности ниже примерно 5 %, двух-слойное покрытие из Inconel 625 обеспечивает коррозионную стойкость, эквивалентную твердому Inconel 625 на смачиваемой поверхности, поскольку химический состав открытого слоя соответствует тем же пределам спецификации.

В большинстве конструкций минимальная толщина готового изделия после механической обработки составляет 3 мм, наплавляемая в виде двух слоев сварного шва толщиной примерно 2–3 мм каждый перед чистовой отделкой, чтобы гарантировать достаточный припуск на коррозию даже после шлифования поверхности и любой последующей повторной -механической обработки.

Да. Наплавочная сварка обычно используется для ремонта или модернизации существующих труб и сосудов из углеродистой стали в полевых условиях или при капитальном ремонте цеха, продлевая срок службы оборудования без полной замены при условии, что основной металл сначала проходит проверку UT на прочность.

Наплавка наносится путем сварки после изготовления компонента, что делает ее подходящей для изделий сложной геометрии, таких как отверстия труб и патрубки, а прокатная-плакированная пластина изготавливается на сталелитейном заводе путем соединения под давлением-двух плоских пластин вместе, что делает ее подходящей для корпусов плоских сосудов, изготовленных из новой пластины.

Один слой неизбежно содержит разбавленное железо, полученное из основного металла углеродистой стали, поэтому второй слой наносится поверх первого -, а не на основной металл -, чтобы вернуть химический состав поверхности в соответствие с полной спецификацией Inconel 625.