Tehnike povratnega čiščenja za izračune pretoka plina za varjenje cevi iz nerjavečega jekla

Neočiščen koren zvara na cevi iz nerjavečega jekla ali nikljeve zlitine je eden najpogostejših - in najdražjih - vzrokov zavrnitve na terenu. Ko je notranjost spoja med varjenjem izpostavljena zraku, kisik in dušik reagirata z vročo, -kromom bogato kovino in odstranita tanko oksidno plast, ki daje zlitini odpornost proti koroziji.

Rezultat je hrapava, razbarvana, pogosto luščeča se plast, znana kot "sladkanje", in spoj, ki ne opravi hidrotestov, PMI ali korozijske kvalifikacije. Povratno splakovanje to prepreči s preplavljanjem notranjosti cevi z inertnim plinom pred in med varjenjem, vendar je pravilna izbira odvisna od izbire pravilne metode ter izračuna hitrosti pretoka in časa izpihovanja, ki dejansko očisti cev zraka brez vnosa turbulence. Ta vodnik primerja glavne tehnike povratnega čiščenja, ki se uporabljajo pri izdelavi cevi iz nerjavečega jekla in nikljevih zlitin, ter opisuje matematiko-izmenjave prostornine, ki se uporablja za pravilno določanje stopenj pretoka čiščenja.

Kaj je povratno čiščenje in zakaj je pomembno za zvare cevi iz nerjavečega jekla?

Obločno varjenje s plinskim volframom (GTAW) in podobni postopki zaščitijo zgornji del zvarnega bazena z gorilnim plinom, vendar je spodnja stran odprtega-korenskega spoja izpostavljena kakršni koli atmosferi v cevi. Avstenitna nerjavna jekla (304/316), stopnje dupleks in super dupleks ter nikljeve zlitine, kot sta Inconel 625 in Hastelloy C276, so za odpornost proti koroziji odvisne od tanke-folije kromovega oksida, ki se samoceli. Pri temperaturah varjenja se ta film uniči in če sta v cevi prisotna kisik in dušik, se na korenu oblikuje nova, okvarjena oksidna plast -, ki je vidna kot slamnato, modro ali črno-sivo razbarvanje, v hujših primerih pa kot krhka, luskasta "posladkana" površina.

Posladkane korenine zmanjšajo odpornost proti koroziji natanko na mestu, ki je najbolj izpostavljeno procesni tekočini, in ustvarjajo napetosti, ki lahko sprožijo razpoke pri ciklični ali jedki uporabi. To je razlog, zakaj je povratno čiščenje obvezen korak - in ne izbirna izboljšava - za kateri koli kodeks-ki velja za zvar cevi iz nerjavečega jekla ali nikljeve zlitine, in zakaj specifikacije izdelave in inšpekcijska merila, kot je referenčna tabela razbarvanja AWS D18.2, ASME BPE za sisteme visoke -čistosti in NACE MR0175/ISO 15156 za kislo servisirajte vse referenčne sprejemljive ravni oksidacije korenin.

Katero metodo povratnega čiščenja bi morali uporabiti - čiščenje z jezom (čep) ali neprekinjen pretok-skozi čiščenje?

Čiščenje zajezitve izolira majhno prostornino okoli spoja z uporabo odstranljivih zapor, nameščenih znotraj cevi na obeh straneh zvara, tako da je treba sprazniti le ta omejen odsek -, kar skrajša čas splakovanja in bistveno zmanjša porabo plina v primerjavi s splakovanjem celotnega koluta. Pretok{2}}skozi splakovanje nasprotno obravnava celotno cev ali izdelan sklop kot eno čistilno prostornino, ki dovaja plin na enem koncu in odzračuje izpodrinjeni zrak na drugem; ne potrebuje jezov, vendar traja dlje in porabi več plina, ko se dolžina ali kompleksnost cevi povečata. Tretja različica, prezračevalna komora ali šotor, zapre območje spoja (ali celotno okovje, koleno ali T-priključek) v prilagodljivo ohišje in se običajno uporablja tam, kjer jezov ni mogoče postaviti, kot so zapletene povezave vej.

Izbira se na splošno zmanjša na geometrijo in ponovljivost: izdelava tuljav v trgovini s številnimi kratkimi spoji daje prednost jezom zaradi hitrosti, medtem ko -čez{1}}veze za cevovode in zvari-na-cevi običajno uporabljajo pretok-skozi čiščenje, ker ni praktičnega načina za vstavljanje jezov.

Kako izračunate pretok čistilnega plina za dani premer cevi?

Izhodišče je notranja prostornina odseka, ki ga čistimo:

V=π × (ID / 2)² × L

kjer je ID notranji premer cevi in ​​L dolžina čistilne cone (razdalja med jezovi ali polna dolžina tuljave za pretok-skozi čiščenje). Ko je prostornina znana, zahtevani pretok sledi neposredno iz ciljnega časa čiščenja in števila izmenjav volumna, potrebnih za doseganje varne ravni kisika:

Q = (V × N) / t

Q je stopnja pretoka, V prostornina čistilnega-območja, N je število izmenjav polne prostornine (običajno 4–10, o katerih razpravljamo v naslednjem razdelku) in t je ciljni čas praznjenja. Delovni primer: 6-palčna cev 40 ima notranji premer približno 154 mm. Na 3-metrskem zajezenem odseku je prostornina čiščenja V=π × (0,077 m)² × 3 m ≈ 0,056 m³ ali približno 56 litrov. Za dosego 6 izmenjav polne prostornine v 8-minutnem čiščenju je zahtevana stopnja pretoka Q=(56 L × 6) / 8 min ≈ 42 L/min.

V praksi večina postopkov uporablja dvo{0}}stopenjski pretok: višja začetna stopnja pretoka za hitro pometanje večine zraka, ki ji sledi veliko nižji "zadrževalni" pretok - pogosto le 5–15 L/min za majhne-cevi -, ki se vzdržuje med varjenjem, da zadrži rahel nadtlak, ne da bi pri tem motil že-očiščeno atmosfero. Hitrost pretoka nikoli ne sme biti tako visoka, da postane hitrost plina turbulentna; turbulenca ponovno -vleče zrak, ki ga skuša odstraniti čiščenje, in lahko tudi razstreli jezove, zato so postopki običajno usmerjeni na nizko, enakomerno hitrost in ne na najhitrejše možno polnjenje.

Koliko zamenjav prostornine cevi je potrebnih, da se doseže varna raven kisika?

Izpodrivanje zraka iz cevi ni zamenjava -za-ena - prihajajoči čistilni plin se pomeša s preostalim zrakom blizu sprednjega dela toka, zato vsaka dodatna izmenjava volumna odstrani postopoma manjši delež preostalega kisika. To je razlog, zakaj koncentracija kisika hitro pade med prvimi nekaj izmenjavami in nato pada veliko počasneje, in zakaj preprost izračun časa čiščenja iz volumna in hitrosti pretoka ni nadomestilo za potrditev dejanske ravni kisika s kalibriranim analizatorjem kisika na odprtini ali korenu zvara, preden se sproži oblok.

Te številke so reprezentativne, niso zajamčene - mrtvi kraki, ventili, vzorčne odprtine in slaba tesnila jezov zmanjšujejo realno{1}}učinkovitost čiščenja v primerjavi s teoretičnim modelom redčenja, ravno zato je spremljanje kisika, ne samo število izmenjav, osnova za odločitve o sprostitvi-za-varjenje pri korozijsko-kritičnem delu.

Kakšno vsebnost kisika bi morali ciljati, preden zadanete lok, glede na družino zlitin?

Referenčna tabela razbarvanja AWS D18.2 povezuje vidno barvo oksida na strani -korenina s približno koncentracijo kisika in se pogosto uporablja kot praktično preverjanje na terenu: svetla, srebrna ali svetla slamnata korenina na splošno ustreza dobro-očiščenemu spoju, medtem ko modra, vijolična, siva ali črna obarvanost signalizira dovolj visoke ravni kisika, da je že razgradila površino.

Razredi Duplex in Super Duplex potrebujejo nekoliko strožjo mejo kisika kot standardno avstenitno nerjavno jeklo, ne le zato, da bi se izognili razbarvanju, temveč tudi zato, ker lahko presežek kisika v korenu moti feritno-ravnovesje avstenita in zadrževanje dušika, ki dupleksnim jeklom daje trdnost in odpornost proti koroziji. Nikljeve zlitine z višjo vsebnostjo kroma in molibdena so podobno občutljive, sistemi visoke-čistosti, zgrajeni po ASME BPE, poleg omejitve kisika dodajajo še zahtevo po zrcalnem{3}}finišu.

Argon v primerjavi z dušikom v primerjavi z argonom-vodikom

Argon je popolnoma inerten, gostejši od zraka (kar mu pomaga, da se usede in zadrži v vodoravnih odsekih cevi) in je združljiv s skoraj vsemi razredi nerjavečega jekla in nikljevih zlitin, zato je privzeti čistilni plin, določen v večini specifikacij varilnih postopkov. Dušik je cenejši in je široko dostopen ter učinkovito čisti standardno avstenitno nerjavno jeklo, vendar ni inerten glede na-duplex in super duplex razrede, kjer lahko nenadzorovano zajemanje dušika v korenu spremeni predvideno fazno ravnovesje; prav tako ni primeren za številne nikljeve zlitine, kjer lahko dušik spodbuja neželeno tvorbo nitridov.

Mešanice argona-vodika, običajno 2–5 % vodika, proizvajajo svetlejšo korenino brez-oksidov na avstenitnem nerjavnem jeklu in lahko nekoliko skrajšajo čas čiščenja, vendar vodik predstavlja resnično tveganje za krhkost pri dupleksu, super dupleksu in določenih precipitacijsko-kaljenih ali-visokotrdnih nikljevih zlitinah, zato je treba njegovo uporabo potrjeno glede na specifično WPS in specifikacijo materiala pred izbiro.

Kako naj bodo postavljeni čistilni jezovi in ​​katere materiale je treba uporabiti?

Postavitev zajezitve je neposreden kompromis-: premikanje zajezitev bližje spoju zmanjša prostornino čiščenja in s tem čas čiščenja, vendar pušča manj prostora za dovod in zračnik za vzpostavitev gladkega, ne{1}}turbulentnega toka čez koren zvara. Praktično izhodišče je 100–150 mm od spoja na vsaki strani za cevi z majhnim in-srednjim premerom, nastavljeno navzgor za večje premere, kjer tok potrebuje več razdalje za stabilizacijo.

Vodo{0}}topni papirnati zaboji so pogosti pri izdelavi tuljav v trgovini, ker se po varjenju raztopijo in izperejo, tako da ni več koraka odstranjevanja; napihljivi gumijasti jezovi so primerni za večkratno uporabo in so zelo primerni za povezovanje na terenu, kjer ista oprema čisti številne spoje; in za T-kratnike, reduktorje in druge nepravilne geometrije se za tesnjenje okoli notranjega profila fitinga uporabljajo oblikovani penasti bloki ali visoko{2}}temperaturni čistilni trakovi. V vsakem primeru mora biti prezračevalna odprtina dimenzionirana tako, da razbremeni pritisk, ne da bi dovolila toliko iztoka, da se jez zrahlja - odpoved jezu sredi-var je eden najpogostejših vzrokov za izpihovanje, ki izgubi svojo atmosfero delno skozi spoj.

Katere so najpogostejše napake pri povratnem čiščenju, ki povzročajo sladkorjenje ali napake zvara?

Varjenje, preden je potrjena ciljna raven kisika - se zanaša na fiksni čas čiščenja namesto dejanskega odčitka kisika.

Hitrost pretoka je nastavljena previsoko, kar ustvarja turbulenten tok, ki ponovno -meša zrak nazaj v čistilno območje, namesto da bi ga potisnil ven pred sprednjo stran plina.

Puščanje ali nepravilno nameščeni jezovi, zlasti na prirobnicah, ventilih ali odcepih, kjer je notranji profil nepravilen.

Ni zračnika ali pa je zračnik premajhen, kar povzroča kopičenje tlaka, ki lahko razstreli jez ali popači tank{0}}cev.

Zamenjava vrste čistilnega plina brez preverjanja združljivosti zlitin, zlasti z uporabo mešanic dušika ali argona-vodika na spojih duplex ali nikljevih zlitin.

Nezmožnost vzdrževanja nizkega stalnega "zadrževalnega" pretoka med varjenjem, kar omogoča difuzijo zunanjega zraka nazaj v čistilno cono pri dolgem več{0}}varjenju.

Pogosto zastavljena vprašanja

V: Kakšen je najmanjši čas čiščenja za varjenje cevi iz nerjavečega jekla?

O: Ni univerzalnega minimalnega časa - čas čiščenja je odvisen od volumna območja čiščenja-, hitrosti pretoka in ciljne ravni kisika in ga je treba izračunati s Q=(V × N) / t in nato potrditi z analizatorjem kisika, namesto da bi ga uporabljali kot fiksno pravilo.

V: Ali se lahko namesto argona za povratno čiščenje uporabi dušik?

O: Dušik je sprejemljiv za standardno avstenitno nerjavno jeklo serije 300-, vendar se mu je treba izogibati pri dupleksnih, super dupleksnih in na dušik občutljivih nikljevih zlitinah, kjer lahko nenadzorovano zajemanje dušika vpliva na fazno ravnovesje ali metalurgijo.

V: Kakšna raven kisika je sprejemljiva pred varjenjem cevi iz nerjavečega jekla?

O: Večina proizvodnih specifikacij cilja na 50–100 ppm za standardno avstenitno nerjavno jeklo, zategovanje na 25–50 ppm za dupleks in nikljeve zlitine ter pod 10 ppm za sisteme visoke -čistosti; veljavna projektna specifikacija in WPS urejata natančno številko.

V: Zakaj koren zvara postane moder ali črn, tudi ko teče čiščenje?

O: Razbarvanje pomeni, da splakovanje ni doseglo dovolj nizke ravni kisika pred ali med varjenjem - pogosti vzroki so nezadosten čas splakovanja, jez, ki pušča, nastavljen previsok pretok ali zagon obloka, preden se je atmosfera stabilizirala.

V: Ali se mora pretok povratnega zračenja med varjenjem spremeniti?

O: Da - večina postopkov uporablja višjo začetno stopnjo pretoka za hitro izločanje zraka, nato pa se med varjenjem zmanjša na veliko nižji zadrževalni pretok, da se ohrani rahel pozitiven tlak brez vnašanja turbulence.

V: Ali koda zahteva ponovno čiščenje ali je to priporočena praksa?

O: Zahteve so določene z veljavnim kodeksom, specifikacijo ali WPS, namesto da bi bile univerzalne - številne cevi in ​​tlak-mejne aplikacije za cevi iz nerjavečega jekla in nikljeve zlitine to zahtevajo, merila sprejemljivosti pa se običajno sklicujejo na tabelo razbarvanja AWS D18.2 ali projekt-specifično mejno vrednost kisika.