Previdnostni ukrepi za varjenje in toplotno obdelavo cevi iz nerjavečega jekla

Uvod

Cevi iz nerjavečega jeklaso hrbtenica kritične infrastrukture v petrokemični, prehrambeni, farmacevtski, energetski in pomorski industriji. Zaradi njihove sposobnosti, da so odporni proti koroziji, vzdržijo visoke temperature in ohranijo strukturno celovitost pod pritiskom, so nepogrešljivi -, a zahtevajo tudi natančnost med izdelavo.

Varjenje in toplotna obdelava sta najbolj posledični operaciji pri izdelavi cevi iz nerjavečega jekla. Če so pravilno izdelani, ohranijo zaščitno kromovo-oksidno pasivno folijo in mehanske lastnosti zlitine. Če se izvajajo slabo, lahko sprožijo preobčutljivost, vroče razpoke, krhkost sigma-faze ali dimenzijsko popačenje - napake, ki povzročijo prezgodnjo odpoved, drage izpade in varnostna tveganja.

Ta priročnik ponuja obsežno podatkovno{0}}osnovano referenco, ki zajema izbiro kakovosti, izbiro varilnega postopka, združljivost dodajnih kovin, nadzor medprehodne temperature, -toplotno obdelavo po varjenju (PWHT), splošno preprečevanje napak in standarde za nadzor kakovosti. Ne glede na to, ali ste kvalificirani varilni inženir ali vodja proizvodnje, vam bodo tabele in previdnostni ukrepi v tem dokumentu pomagali pri boljših odločitvah na vsaki stopnji postopka izdelave.

Ključni vpogled:Edini najučinkovitejši previdnostni ukrep pri varjenju cevi iz nerjavečega jekla je izbira pravilne kombinacije kakovosti in dodane kovine, preden se vžge prvi oblok.

Razumevanje vrst nerjavečega jekla

Nerjavno jeklo ni en sam material. Je družina železo-kromovih zlitin, ki se razlikujejo po mikrostrukturi, legirnih elementih in - kritično - odzivu na toploto. Izbira pravilnega razreda pred začetkom varjenja je najpomembnejša odločitev, ki jo lahko sprejme inženir.

Pet mikrostrukturnih družin

Avstenitni (serija 300):Najpogosteje varjena skupina. Ne-magnetna, odlična žilavost pri nizkih temperaturah in visoka odpornost proti koroziji. Občutljivo za preobčutljivost, če se počasi ohladi v razponu 450–850 stopinj.

Feritno (serija 400):Magnetna, zmerna odpornost proti koroziji, nižja vsebnost niklja zmanjšuje stroške. Rast zrn v toplotno{1}}območju (HAZ) lahko zmanjša žilavost.

Martenzitno (410, 420, 440):Možnost utrjevanja s toplotno obdelavo. Najvišja trdnost v družini, vendar najnižja odpornost proti koroziji. Vedno zahteva predgretje in PWHT.

Duplex (2205, 2507):Mikrostruktura mešanega avstenit-ferita. Odlična trdnost in kloridna odpornost-na korozijsko pokanje. Fazno ravnotežje je treba vzdrževati z nadzorovanim vnosom toplote.

Precipitacijsko utrjevanje (17-4 PH, 15-5 PH):Okrepljen s staranjem. Redko se uporablja v cevovodnih sistemih; potrebni so posebni režimi PWHT.

Skupni razredi in vidiki varjenja

Tabela 1 povzema najpogosteje izdelane vrste cevi iz nerjavečega jekla in njihove primarne posledice za varjenje:

Tabela 1 - Skupni razredi cevi iz nerjavečega jekla in ključne varilne lastnosti

Kritična opomba:Nikoli ne zamenjajte razreda, ki ni -L (npr. 304), z razredom L- (304L) v delovnih okoljih, kjer PWHT ni mogoče izvesti po varjenju, razen če načrt ne določa drugače.

Izbira postopka varjenja

Izbira varilnega postopka določa vnos toplote, pozicijsko sposobnost, produktivnost in verjetnost napak pri varjenju. Cevi iz nerjavečega jekla se najpogosteje spajajo po spodaj opisanih postopkih. Tabela 2 prikazuje primerjalni pregled.

Tabela 2 - Primerjava varilnih postopkov za cevi iz nerjavečega jekla

GTAW/TIG varjenje - Prednostna metoda

Plinsko volframovo obločno varjenje (GTAW), običajno imenovano TIG varjenje, je zlati standard za izdelavo cevi iz nerjavečega jekla. Njegov nizek vnos toplote se zmanjša

Tveganje preobčutljivosti HAZ, zaradi svoje natančnosti pa je idealen za korensko-varjenje, kjer je kakovost zvara po zaključku najtežje preveriti.

Uporabite 100-odstotno argonsko zaščito za večino avstenitnih razredov.

Dodajte helij (do 30%), da povečate penetracijo pri debelini stene nad 6 mm.

Izvrtino cevi (notranji premer) vedno prezračite z argonom med varjenjem korenskega prehoda, da preprečite oksidacijo. Pretok: 10–20 L/min.

Ohranite kot elektrode pri 70–80 stopinjah od vodoravne ravnine, da nadzirate smer obloka.

SMAW - Prilagodljivost za delo na terenu

Varjenje s kovinskim oblokom v oklopu (SMAW) uporablja prevlečene elektrode in je -primerno za zunanje razmere ali razmere na lokaciji, kjer bi zaščito pred plinom motil veter. Izbira elektrode je ključnega pomena: vedno uskladite klasifikacijo AWS z razredom navadne kovine (npr. E316L-16 za cev 316L).

Elektrode hranite v palični pečici pri 120–150 stopinjah, da preprečite absorpcijo vlage.

Gladko povlecite elektrode - tkanje poveča vnos toplote in tveganje popačenja.

Žlindro je treba med prehodi v celoti odstraniti z žično krtačo iz nerjavečega jekla.,

Splošni previdnostni ukrepi v vseh procesih

Nikoli ne uporabljajte žičnih ščetk iz ogljikovega jekla ali brusilnih plošč na nerjavnem jeklu - kontaminacija z železom spodbuja rjavenje.

Objemke, napeljave in podporne palice morajo biti čiste in brez ogljikovega jekla.

Ves potrošni material (elektrode, žice, prašek) do uporabe hranite v zaprtem, suhem skladišču.

Pred montažo preglejte izvrtino cevi glede škarje, olja ali vlage.

Izbira kovinskega polnila

Izbira pravilne polnilne kovine je tako pomembna kot izbira osnovnega materiala. Napačno polnilo lahko zmanjša odpornost proti koroziji, povzroči vroče razpoke ali ustvari galvanski par, ki pospeši korozijo med uporabo.

Veljajo tri vodilna načela:

Ujemanje ali nekoliko več{0}}legirana: dodajna kovina se mora ujemati ali presegati vsebnosti zlitine osnovne kovine.

Kontrolno feritno število (FN): Za avstenitne stopnje FN 4–10 v zvaru močno zmanjša tveganje vročih razpok brez žrtvovanja odpornosti proti koroziji.

Uporabite nizko{0}}ogljična (L-) polnila: Tudi pri varjenju standardnih-osnovnih kovin (npr. 304) uporabite L-polnilo (ER308L), da zmanjšate preobčutljivost zvarnega nanosa.

Tabela 3 - Vodnik za izbiro polnilne kovine glede na razred navadne kovine

Opozorilo:Ne uporabljajte izmenično ogljikovega jekla ali standardnih nerjavnih polnilnih kovin. Za zvare različnih kovin (npr. ogljikovo jeklo na 316L) uporabite ER309L, da zagotovite pufersko sestavo, ki sprejme obe zlitini.

Nadzor pred-toplote, temperature med prehodom in vnosa toplote

Upravljanje temperature pred, med in po varjenju je ključnega pomena za ohranitev mikrostrukture in lastnosti nerjavnega jekla. Za razliko od ogljikovih jekel večina avstenitnih nerjavnih jekel nima koristi od predgretja - v resnici čezmerno predgretje poveča tveganje za preobčutljivost.

Predgretje

Za večino vrst avstenitnega nerjavnega jekla (304, 316, 321, 347) predgretje ni potrebno, če je temperatura okolja nad 10 stopinj. Vendar obstajajo izjeme:

Martenzitne stopnje (410, 420): Predgrejte na 200–300 stopinj. PWHT je obvezna.

Feritni razredi (430, 444) z debelino stene > 6 mm: Rahlo predgretje 150–200 stopinj za zmanjšanje rasti HAZ zrn.

Dvostranski razredi: Brez predgretja. Ohranite temperaturo okolja; čezmerno predgretje upočasni ohlajanje in spodbudi tvorbo sigma-faze.

Ko je temperatura okolja pod 10 stopinj za kateri koli razred: cev lokalno segrejte na 25–50 stopinj, da odpravite površinsko kondenzacijo.

Interpass temperatura in vnos toplote

Interpass temperatura je temperatura cevi na zvarnem spoju neposredno pred začetkom naslednjega prehoda. Preseganje najvišje medprehodne temperature omogoča HAZ, da preživi več časa v območju občutljivosti, kar poveča izločanje kromovega karbida na mejah zrn.

Tabela 4 - Predgretje, vmesna temperatura in vnos toplote glede na vrsto jekla

Dovod toplote (kJ/mm) se izračuna kot: dovod toplote=(napetost × tok × 60) / (hitrost potovanja v mm/min × 1000). Vedno spremljajte in beležite to vrednost za vsak zvar med proizvodnim varjenjem.

Praktični nasvet:S kontaktnim termometrom ali termično barvico (Tempilstick) izmerite temperaturo vmesnega prehoda na razdalji 25 mm od središčnice zvara.

Toplotna obdelava po -varjenju (PWHT)

Toplotna -obdelava po varjenju spremeni zvar in mikrostrukturo HAZ za razbremenitev preostalih napetosti, obnovitev odpornosti proti koroziji ali doseganje zahtevanih mehanskih lastnosti. Pristop se glede na stopnjo močno razlikuje.

Kdaj je potrebna PWHT?

Obvezno: martenzitna nerjavna jekla - po varjenju vedno popustite.

Zahtevano s kodo: Tlačne posode in cevovodi, ki delujejo nad določenimi temperaturami ali tlaki po ASME B31.3 ali ASME, oddelek VIII.

Priporočeno: avstenitni razredi v zelo obremenjenih konfiguracijah ali visoko{0}}kemijski servis.

Preprečeno: Dupleksna nerjavna jekla - PWHT lahko uničijo avstenitno-fazno ravnotežje feritov, razen če se izvede polno žarjenje v raztopini.

Parametri PWHT po razredu

Tabela 5 - Post-Parametri toplotne obdelave zvara po stopnji in storitvi

Kritični varnostni ukrepi PWHT

Nikoli ne izvajajte-toplotne obdelave za lajšanje napetosti na avstenitnih stopnjah v območju občutljivosti 450–850 stopinj - to bo povzročilo, ne pa preprečilo, občutljivosti na interkristalno korozijo.

Med žarjenjem v raztopini mora biti cev ustrezno podprta, da se prepreči povešanje pod lastno težo pri povišanih temperaturah.

Heating and cooling rates must be controlled. For heavy-wall pipes (>25 mm), omejite hitrost na 150–200 stopinj/uro, da preprečite toplotni šok.

Termoelementi morajo biti pritrjeni neposredno na cev, ne na strukturo peči, da se zagotovi natančno beleženje temperature.

Po kaljenju avstenitnih stopenj se mora cev v 3 minutah ohladiti pod 300 stopinj, da se prepreči ponovno obarjanje kromovih karbidov.

Pogoste okvare zvara in strategije preprečevanja

Razumevanje temeljnih vzrokov napak zvara je najučinkovitejši način za njihovo preprečevanje. Spodnja tabela katalogizira šest najpogostejših vrst napak pri varjenju cevi iz nerjavnega jekla, njihove mehanizme ter preventivne in inšpekcijske ukrepe:

Tabela 6 - Pogoste napake zvara nerjavečega jekla, glavni vzroki in preprečevanje

Preobčutljivost je izločanje kroma na mejah zrn, ki ga povzroča obarjanje kromovega karbida (Cr23C6). Zaradi tega je jeklo dovzetno za interkristalno korozijo in napetostno{3}}korozijsko razpokanje. Tveganje je največje, ko:

Vsebnost ogljika presega 0,03 % (standardni-razred 304 ali 316).

Hlajenje skozi območje 450–850 stopinj traja dlje kot približno 5 minut.

Več prehodov poveča kumulativni čas v območju preobčutljivosti.

Najučinkovitejši protiukrepi so uporaba osnovnih kovin in polnil razreda L-ali stabiliziranih-razredov, zmanjševanje temperature vmesnega prehoda in uporaba hitrega hlajenja po-varu, kjer to dovoljuje konstrukcija.

Priprava sklepov, čistoča in -čiščenje hrbta

Kontaminacija je glavni vzrok napak pri varjenju nerjavnega jekla. Pasivna plast kromovega -oksida, ki ščiti nerjavno jeklo pred korozijo, je tudi vir težav s kakovostjo zvarov, če z njo na spoju ne upravljate pravilno. O naslednjih korakih se ni-mogoče pogajati:

Pred varjenjem z acetonom ali izopropilnim alkoholom (IPA) razmastite vse spojne površine znotraj 50 mm od linije zvara. Nanašajte samo s čistimi krpami,-ki ne puščajo vlaken.

Odstranite ostanke, barvo in premaze z varjenega območja z namenskim brusilnikom iz nerjavečega jekla ali lamelno ploščo. Nikoli ne uporabljajte orodij, ki ste jih prej uporabljali za ogljikovo jeklo.

Obdelajte ali brusite poševne kote na navedeno toleranco. Standardni poševni kot: 37,5 stopinje ± 2,5 stopinje z 1,5–3 mm korena.

Pred montažo preverite, ali so v izvrtini cevi laminati, šivi ali površinske nepravilnosti.

Med varjenjem korenskega prehoda je notranja izvrtina cevi izpostavljena zvarnemu bazenu. Brez inertne atmosfere bo hrbtna stran zvara oksidirala, pri čemer nastanejo -osiromašeni oksidi, ki zmanjšajo odpornost proti koroziji in ustvarijo točke koncentracije napetosti.

Uporabite argon (99,998 % čistosti) za povratno-čiščenje. Dušik se lahko uporablja za dupleksne razrede.

Dosezite raven kisika pod 50 ppm (idealno<20 ppm) before striking the arc. Use an inline oxygen analyzer.

Ohranite čistilni tok med koreninskim in vročim varjenjem.

Sprejemljivo razbarvanje zvara (glede na barvo): srebrno=odlično; svetlo zlato=sprejemljivo; temno zlato/rjavo=rob; modra=nesprejemljivo; črna=zavrniti.

Opomba o stroških:Povratno -čiščenje z argonom doda 8–15 % k stroškom varilskega dela na tipičnih kolutih cevi -, vendar odpravi predelavo zaradi oksidacije izvrtine, ki lahko stane 10× več za popravek.

Kontrola kakovosti in inšpekcija

Zvar, ki izpolnjuje vizualne in dimenzijske zahteve, ni nujno strukturno zdrav zvar. Robusten inšpekcijski režim uporablja več komplementarnih metod za odkrivanje celotnega spektra možnih napak na površinskih, podpovršinskih in volumetričnih področjih.

Tabela 7 - Metode nadzora kakovosti in veljavni standardi

Vsi proizvodni zvari na cevovodih,-ki vsebujejo pritisk, morajo biti podprti z naslednjo dokumentacijo v skladu z ASME B31.3 in veljavnimi specifikacijami naročnika:

Specifikacija varilnega postopka (WPS) - določa vse bistvene spremenljivke.

Zapis o kvalifikaciji postopka (PQR) - rezultati testov, ki podpirajo WPS.

Usposobljenost varilca (WPQ) - na varilca, na postopek, na položaj.

Zapisi o proizvodnih zvarih - dnevniki vnosa toplote, zapisi o vmesni temperaturi, certifikati o polnilnem materialu.

PWHT prikazuje - temperaturne-časovne zapise s podatki o termoelementih.

Poročila o preskusih materialov (MTR) - za navadne kovine in dodajne kovine.

Okoljski in varnostni vidiki

Varilni hlapi iz nerjavnega jekla vsebujejo šestvalentni krom Cr(VI) in spojine nikljevega oksida, ki jih IARC obe uvršča med rakotvorne snovi za ljudi. Učinkovit nadzor je obvezen:

Lokalno izpušno prezračevanje (LEV), ki zajema dim pri viru, je primarni nadzor.

Za zaprte prostore ali neustrezno naravno prezračevanje uporabljajte respiratorje z-zrakom (odobreno NIOSH-).

Spremljajte ravni Cr(VI) v zraku. OSHA PEL: 5 ug/m³ (8-urni TWA). ACGIH TLV: 0,01 mg/m³.

Za pogoste varilce je priporočljivo biološko spremljanje (krom in nikelj v urinu).

Luženje po-varu z mešanicami dušikove-fluorovodikove kisline je običajno za obnovo pasivne plasti. Te kisline so zelo jedke in strupene:

Nosite rokavice-odporne na kislino (nitril ali butil kavčuk), ščitnik za obraz in predpasnik.

Nevtralizirajte in ustrezno odstranite izrabljeno raztopino za luženje v skladu z lokalnimi okoljskimi predpisi.

Pasivacija s citronsko kislino (ASTM A380) je varnejša alternativa za manj kritične aplikacije.

Kontrolni seznam pred-varjenjem, med-procesom in po-varjenju

Preverite razred, toplotno število in dimenzije glede na poročila o preskusih materiala.

Potrdite, da je WPS odobren in da so varilci usposobljeni za ustrezen postopek in položaj.

Razmastite in posušite vse spojne površine znotraj 50 mm od središčnice zvara.

Preverite vrsto polnilne kovine, klasifikacijo AWS in pogoje skladiščenja.

Preverite certifikate o čistosti zaščitnega plina. Argon: najmanj 99,998 %.

Nastavite povratni{0}}sistem za čiščenje; preverite vsebnost kisika < 50 ppm z analizatorjem.

Potrdite prilega-mere: koreninska vrzel, poševni kot, neporavnanost (visoka-nizka < 1 mm).

Na-kontrolnem seznamu postopka

Pred vsakim prehodom izmerite in zabeležite temperaturo med prehodi.

Izračunajte in zabeležite vnos toplote za vsak prehod.

Žlindro in okside med prehodi očistite z žično krtačo iz nerjavečega jekla.

Nenehno spremljajte pretok zaščitnega plina.

Vizualno preglejte vsak prehod, preden se začne naslednji.

Kontrolni seznam-za varjenje

Vizualno preglejte obris končnega zvara, velikost in razbarvanje.

Izvedite NDE v skladu z inšpekcijskim načrtom (PT, RT, UT, kot je določeno).

Preverite dokončanje cikla PWHT na WPS in zabeležite podatke termočlena.

Dekapiranje in pasiviranje po specifikaciji; dokumentirati koncentracije kemikalij in čas izpostavljenosti.

Izvedite dimenzijski pregled (premer, ravnost, pravokotnost).

Izpolnite in hranite vse zapise o zvarih za zahtevano obdobje hrambe.

Zaključek

Varjenje cevi iz nerjavečega jekla in toplotna obdelava zahtevata discipliniran pristop-ki temelji na znanju na vsaki stopnji - od izbire kakovosti do končnega pregleda. „Varnostni ukrepi“, opisani v tem priročniku, niso birokratske zahteve; so inženirski nadzor, ki ščiti delovanje dokončanega cevnega sistema, varnost objekta, v katerem deluje, in ugled proizvajalca, ki ga je izdelal.

Ključne ugotovitve tega vodnika je mogoče povzeti v petih načelih:

Ujemajte kakovost in polnilo s servisnim okoljem - nizko-ogljične ali stabilizirane stopnje za večino varjenih aplikacij.

Nadzorujte dovod toplote in temperaturo med prehodi - območje občutljivosti (450–850 stopinj) je sovražnik odpornosti proti koroziji.

Očistite, očistite in zaščitite - kontaminacija in oksidacija povzročita več napak zvara kot nepravilna tehnika.

PWHT uporabite pravilno ali pa je sploh ne - napačna toplotna obdelava je hujša kot nobena.

Vse dokumentirajte - sledljivost je hrbtenica zanesljivega sistema kakovosti.

Za-tehnične poizvedbe v zvezi s projektom, pomoč pri izbiri razreda ali svetovanja pri izdelavi po meri se obrnite na našo inženirsko ekipo. Zavezani smo k zagotavljanju ne le najvišje{2}}kakovostnih izdelkov iz nerjavečega jekla in nikljevih zlitin, temveč tudi tehničnega znanja in izkušenj, da zagotovimo, da delujejo, kot je načrtovano, skozi celotno življenjsko dobo.