Η συγκόλληση με χαλύβδινους σωλήνες με συγκόλληση απαιτεί αυστηρή προσκόλληση σε εξειδικευμένες διαδικασίες για να εξασφαλιστεί η δομική ακεραιότητα και η μακροζωία. Η ποιότητα των συγκολλημένων αρθρώσεων επηρεάζει σημαντικά τη συνολική απόδοση αυτών των βιομηχανικών εξαρτημάτων υψηλής αξίας, ιδιαίτερα σε κρίσιμες εφαρμογές όπως η μεταφορά πετρελαίου και φυσικού αερίου, τα δοχεία πίεσης και τα δομικά υποστηρίγματα. Αυτός ο περιεκτικός οδηγός περιγράφει τις κρίσιμες απαιτήσεις για την επίτευξη βέλτιστων αποτελεσμάτων συγκόλλησης με σωλήνες χάλυβα.
Απαιτήσεις προετοιμασίας πριν από τη συγκόλληση
Η σωστή προετοιμασία είναι το θεμέλιο επιτυχημένων εργασιών συγκόλλησης για χαλύβδινο σωλήνα. Πριν ξεκινήσει οποιαδήποτε συγκόλληση, πρέπει να ακολουθηθούν αρκετά κρίσιμα βήματα:
Προετοιμασία και καθαρισμός επιφάνειας
Οι επιφάνειες σωλήνων με θερμές έλκουσες πρέπει να καθαριστούν καλά για να απομακρυνθούν όλες οι μολυσματικές ουσίες που θα μπορούσαν να θέσουν σε κίνδυνο την ακεραιότητα της συγκόλλησης. Αυτό περιλαμβάνει:
Μηχανικός καθαρισμός χρησιμοποιώντας βούρτσες σύρματος ή άλεση για να αφαιρέσετε τη σκουριά της επιφάνειας
Χημικός καθαρισμός για την εξάλειψη των ελαίων και των λίπους
Αφαίρεση κλίμακας μύλου μέσω διαδικασιών αμμοθινής ή αποχρωματισμού
Εξάλειψη οποιασδήποτε υγρασίας που θα μπορούσε να προκαλέσει ζώνη υδρογόνου
Πρωτόκολλα προθέρμανσης
Η προθέρμανση είναι απαραίτητη για τους παχύτερους σωλήνες με τοίχο (συνήθως πάνω από 19mm) και για βαθμούς χάλυβα κράματος που περιέχουν υψηλότερη περιεκτικότητα σε άνθρακα. Αυτή η διαδικασία:
Μειώνει το θερμικό σοκ και αποτρέπει την ψυχρή ρωγμή
Μειώνει τον ρυθμό ψύξης στη ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα (HAZ)
Ελαχιστοποιεί τις υπολειμματικές τάσεις που θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε παραμόρφωση
Επιτρέπει τη διάχυση του υδρογόνου από την περιοχή συγκόλλησης
Οι θερμοκρασίες προθέρμανσης συνήθως κυμαίνονται από 100 ° C έως 300 ° C, ανάλογα με την προδιαγραφή υλικού και το πάχος του τοιχώματος. Για παράδειγμα, το υλικό API 5L X65 γενικά απαιτεί προθέρμανση στους 150 ° C για πάχος τοιχώματος που υπερβαίνουν τα 25mm.
Κοινή σχεδίαση
Ο σωστός σχεδιασμός κοινών είναι κρίσιμος για τις εργασίες συγκόλλησης σωλήνων. Η διαμόρφωση θα πρέπει να αντιπροσωπεύει:
Πάχος υλικού και προδιαγραφές βαθμού
Κατάλληλες γωνίες αυλάκωσης (συνήθως 60-75 °)
Διαστάσεις προσώπου ρίζας και μετρήσεις χάσματος ρίζας
Προσβασιμότητα για εξοπλισμό συγκόλλησης
Επιλογή διαδικασίας συγκόλλησης
Η επιλογή της κατάλληλης μεθόδου συγκόλλησης επηρεάζει άμεσα την ποιότητα και την ανθεκτικότητα της τελικής άρθρωσης. Αρκετές διαδικασίες είναι κατάλληλες για ζεστό έλκηθρο:
Κοινές μεθόδους συγκόλλησης για χαλύβδινο σωλήνα
SMAW (συγκόλληση με θωρακισμένο μέταλλο) : ευπροσάρμοστο για εφαρμογές πεδίου, αλλά προσφέρει χαμηλότερα ποσοστά εναπόθεσης
GTAW/TIG (συγκόλληση τόξου βολφραμίου αερίου) : Παρέχει ακρίβεια για περάσματα ρίζας και σωλήνες με λεπτό τοίχωμα
FCAW (συγκόλληση τόξου Flux) : Κατάλληλο για εφαρμογές πεδίου με υψηλότερα ποσοστά εναπόθεσης
SAW (βυθισμένη συγκόλληση τόξου) : Ιδανικό για κατασκευή καταστημάτων σωλήνων μεγαλύτερης διαμέτρου
Βελτιστοποίηση παραμέτρων συγκόλλησης
Οι κρίσιμες παράμετροι πρέπει να ελέγχονται με ακρίβεια σύμφωνα με τις προδιαγραφές σωλήνων:
Amperage: Πρέπει να ταιριάζει με το πάχος και τη θέση του υλικού (συνήθως 80-250a για Smaw)
Τάση: επηρεάζει το μήκος και τη διείσδυση τόξου (συνήθως 20-30V για το GMAW)
Ταχύτητα ταξιδιού: Επιπτώσεις εισόδου θερμότητας και προφίλ συγκόλλησης
Η θερμοκρασία Interpass: συνήθως διατηρείται μεταξύ 100-250 ° C
Απαιτήσεις θερμικής επεξεργασίας μετά τη συγκόλληση
Η θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση είναι συχνά υποχρεωτική, ειδικά για εφαρμογές υψηλής πίεσης που συμμορφώνονται με τα πρότυπα ASME, API ή ISO:
Διαδικασίες ανακούφισης στρες
Η μετα-συγκόλληση θερμικής επεξεργασίας (PWHT) εκτελεί διάφορες κρίσιμες λειτουργίες:
Μειώνει τις υπολειμματικές τάσεις που θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε διάβρωση στρες
Οι θερμοκρασίες δυνητικά εύθραυστες μικροδομές στη ζώνη που πλήττονται από τη θερμότητα
Βελτιώνει την ολκιμότητα και την ανθεκτικότητα της συγκολλημένης άρθρωσης
Ενισχύει τη σταθερότητα διαστάσεων σε υπηρεσία υψηλής θερμοκρασίας
Για τους σωλήνες άνθρακα (όπως το ASTM A106 βαθμό Β), οι τυπικές θερμοκρασίες ανακούφισης στρες κυμαίνονται από 550 ° C έως 650 ° C με χρόνους συγκράτησης με βάση το πάχος του υλικού (περίπου 1 ώρα ανά 25mm).
Αναλώσιμη επιλογή και συμβατότητα
Τα υλικά συγκόλλησης πρέπει να ταιριάζουν προσεκτικά με τις βασικές ιδιότητες μετάλλου:
Απαιτήσεις μετάλλου πλήρωσης
Τα κριτήρια επιλογής περιλαμβάνουν:
Χημική σύνθεση συμβατή με το υλικό του χαλύβδινου σωλήνα
Ίση ή μεγαλύτερη αντοχή σε εφελκυσμό σε σύγκριση με το βασικό υλικό
Κατάλληλες ιδιότητες πρόσκρουσης για τη θερμοκρασία της υπηρεσίας
Η αντιστοίχιση αντοχής στη διάβρωση ή η υπερβολή υλικού βάσης (ειδικά για εφαρμογές ξινής υπηρεσίας ανά NACE MR0175)
Τα κοινά μέταλλα πλήρωσης για σωλήνες από ανθρακούχο χάλυβα περιλαμβάνουν E7018 για SMAW και ER70S-6 για διαδικασίες GMAW.
Επιλογή θωράκισης αερίου
Για διαδικασίες που απαιτούν εξωτερική θωράκιση αερίου:
Argon: Παρέχει εξαιρετική σταθερότητα τόξου για GTAW
Μείγματα αργού/CO2 (τυπικά 75%/25%): πρότυπο για GMAW ανθρακούχου χάλυβα
Μίγματα ηλίου/αργού: Για εξειδικευμένες εφαρμογές που απαιτούν υψηλότερη εισροή θερμότητας
Έλεγχος και επιθεώρηση ποιότητας
Οι αυστηρές δοκιμές εξασφαλίζουν ότι οι συγκολλημένες αρθρώσεις πληρούν τα πρότυπα της βιομηχανίας:
Μη καταστροφικές μεθόδους εξέτασης
Ακτινογραφική δοκιμή (RT) : Απαιτείται για κρίσιμες αρθρώσεις ανά API 1104 ή ASME B31.3
Ultrasonic Testing (UT) : Προτιμώμενη για σωλήνες με παχύ τοίχο
Επιθεώρηση μαγνητικών σωματιδίων (MPI) : για ανίχνευση ρωγμών επιφάνειας
Δοκιμές υγρού διείσδυσης (PT) : Για τον εντοπισμό επιφανειακών ελαττωμάτων σε μη μαγνητικά υλικά
Απαιτήσεις μηχανικών δοκιμών
Η επαλήθευση της κοινής ακεραιότητας περιλαμβάνει συνήθως:
Δοκιμές εφελκυσμού για επιβεβαίωση επαρκούς δύναμης
Δοκιμές κάμψης για την επαλήθευση της ολκιμότητας
Δοκιμές επιπτώσεων για εφαρμογές με υπηρεσία χαμηλής θερμοκρασίας
Οι δοκιμές σκληρότητας για τη διασφάλιση των τιμών παραμένουν εντός αποδεκτών περιοχών (συνήθως κάτω από 250 HV για σωλήνα άνθρακα σε ξινή υπηρεσία)
Στρατηγικές ελέγχου παραμόρφωσης
Η ελαχιστοποίηση της παραμόρφωσης κατά τη συγκόλληση απαιτεί προσεκτικό σχεδιασμό:
Στρατηγική αλληλουχία των περάσματος συγκόλλησης (συνήθως χρησιμοποιώντας ισορροπημένα πρότυπα συγκόλλησης)
Εφαρμογή σωστών εργαλείων Fixturing και ευθυγράμμισης
Διαλείπουσες τεχνικές συγκόλλησης για μεγάλες συναθροίσεις
Μεθόδους συγκόλλησης στο βήμα για τη διανομή της εισόδου θερμότητας πιο ομοιόμορφα
Ειδικές εκτιμήσεις για σωλήνες χαλύβδινων κραμάτων
Οι σωλήνες υψηλού κράματος απαιτούν πρόσθετες προφυλάξεις:
Τσανό έλεγχο των θερμοκρασιών προθερμάτισης και αλληλογραφίας
Επιλογή διαδικασιών συγκόλλησης χαμηλού υδρογόνου
Πιο ακριβείς κύκλοι θερμικής επεξεργασίας μετά τη συγκόλληση
Ενισχυμένη προστασία από την ατμοσφαιρική μόλυνση κατά τη συγκόλληση
Εξειδικευμένα μέταλλα πλήρωσης που ταιριάζουν με την ακριβή σύνθεση του υλικού βάσης
Σύναψη
Η συγκόλληση με χαλύβδινα σωλήνες με θερμό κύλινδρο απαιτεί σχολαστική προσοχή στην προετοιμασία, την επιλογή των διαδικασιών, τη συμβατότητα υλικών και τη μετα-συγκολλημένη θεραπεία. Η προσκόλληση αυτών των απαιτήσεων διασφαλίζει τις αρθρώσεις που διατηρούν τα εγγενή πλεονεκτήματα της κατασκευής των σωλήνων, παρέχοντας παράλληλα την απαιτούμενη αντοχή, την αντίσταση στη διάβρωση και τη διάρκεια ζωής των κρίσιμων βιομηχανικών εφαρμογών. Συμβουλευτείτε πάντα τους ισχύοντες κωδικούς όπως το API 1104, το ASME B31.3 ή το ISO 15614 κατά την ανάπτυξη διαδικασιών συγκόλλησης για συγκεκριμένες εφαρμογές αγωγών.
