Varjenje cevi-na-cevno ploščo v toplotnih izmenjevalnikih: kvalifikacija in pogoste napake

V tem priročniku je razloženo, kako ASME Oddelek IX kvalificira varjenje cevi-na-cevno ploščo, katere konstrukcijske kode določajo, da je ta kvalifikacija obvezna, in posebne načine napak, ki jih morajo nadzorovati inšpektorji in proizvajalci, da bi se izognili dragim predelavam.

Zakaj varjenje cevi-na-cevno ploščo zahteva ločeno kvalifikacijo od zvarov žlebov?

Spoji cevi-na-cevno ploščo zahtevajo namensko kvalifikacijo, ker se njihova geometrija, dostop in način okvare bistveno razlikujejo od standardnega zvara z utori, varilec ali postopek, ki je kvalificiran za kupon za ploščate utore, pa ni samodejno dokazano, da lahko ustvari zvočen,-tesen spoj v tej konfiguraciji.

Preskusni kupon za zvar z utori je varjen na odprtem, neoviranem mestu s polnim dostopom do obeh strani spoja. Spoj cevi-in-cevne plošče je zvarjen v tesno omejenem obročastem prostoru med steno cevi in ​​izvrtano luknjo za cevno ploščo, pogosto s sosednjimi luknjami za cevi le milimetre stran in z dostopom le z ene strani. Sama stena cevi je tanka - pogosto pod 3 mm -, zaradi česar je zelo dovzetna za prežganje-, medtem ko je cevna plošča debel blok, ki deluje kot velik odvod toplote in ustvarja neenakomerno porazdelitev toplote po spoju.

Ti pogoji ustvarjajo načine napake - prežgane-skozi, pomanjkanje fuzije na korenu spoja in nezadostno minimalno pot puščanja -, ki se preprosto ne pojavijo pri varjenju z odprtim utorom, zaradi česar ASME oddelek IX obravnava varjenje cevi-na-cevno ploščo kot lastno kvalifikacijsko kategorijo, namesto da bi ga zložil v standardni utorni ali kotni zvar pravila.

Kakšni sta dve kvalifikacijski poti v razdelku IX ASME?

Oddelek IX ASME ponuja dve različni poti za kvalifikacijo postopkov in varilcev za varjenje cevi-na-cevno ploščo: predstavitveni model po QW-193 ali običajni preskus žlebov ali kotnih zvarov po QW-202, pri čemer veljavna konstrukcijska koda določa, katera pot je obvezna.

Primerjava kvalifikacijske poti

Po ASME oddelek IX QW-202.6 in oddelek VIII oddelek 1 UW-28(b)/UW-29 (izdaja 2021); Razdelek 2 para. 6.3.4. Bistvene spremenljivke za kvalifikacijo postopka so podane v QW-288; Bistvene spremenljivke kvalifikacije učinkovitosti varilcev in varilcev so podane v QW-387 in QW-388. Preden izberete pot kvalifikacije, vedno potrdite zahteve trenutne izdaje in morebitne preglasitve, specifične za stranko.

Obe osnovni tabeli-spremenljivk veljata v kombinaciji s tabelami osnovnih{1}}postopkov varjenja. Na primer, postopek GTAW od cevi-do-cevne plošče mora izpolnjevati tako standardne spremenljivke GTAW v tabeli QW-256 kot spremenljivke, specifične za cev-to-cevno ploščo v tabeli QW-288.1, ki zajemajo postavke, kot so zunanji premer cevi, razpon debeline cevne plošče, stanje luknje za cevi in ​​načrt spoja.

Koliko modelnih zvarov je potrebnih in kaj morajo opraviti?

Ko se uporabi modelna pot QW-193, je treba izdelati najmanj pet zvarov in vsak od njih mora opraviti vizualni pregled, testiranje s tekočim penetrantom in makro-pregled odsekov - en sam neuspeli zvar razveljavi celotno maketo in zahteva popolno ponovno varjenje, ne točkovno popravilo.

Vizualni pregled (QW-193.1.1): izveden brez povečave, preverjanje popolnega zlitja, prežganosti, poroznosti in razpok.

Preiskava s tekočinskim penetrantom (QW-193.1.2): izvede ga v skladu s členom 6 oddelka V ASME usposobljeno osebje, da odkrije nekontinuitete zaradi lomljenja površine, ki niso vidne s prostim očesom.

Pregled makro{0}}preseka (QW-193.1.3): maketa je razrezana po njenem premeru, da se izpostavijo štiri površine, nato pa se pregleda pri 10- do 20-kratni povečavi, da se preveri popolno zlitje, odsotnost razpok in - kritično - ali pot najmanjšega puščanja izpolnjuje konstrukcijske zahteve.

Sama maketa sklopa mora v bistvu podvajati konfiguracijo lukenj za cevi in ​​zasnovo spoja, ki se bo uporabljal v proizvodnji, v mejah bistvenih spremenljivk QW-288 – kar pomeni, da morajo biti premer cevi, debelina cevne plošče in geometrija spoja reprezentativni za dejanski izmenjevalnik toplote, ki se izdeluje, ne le za kateri koli priročen preskusni kos.

Oddelek VIII Razdelek 1 proti Razdelku 2: Kdaj je QW-193 obvezen?

Razdelek 2 oddelka VIII ASME določa, da je model QW-193 obvezen za kvalifikacijo postopka varjenja cevi-na cevno ploščo, medtem ko ga razdelek VIII, razdelek 1 prepušča proizvajalčevi izbiri, in to razlikovanje je ena najbolj posledičnih in najpogosteje napačno razumljenih točk pri načrtovanju izdelave izmenjevalnika toplote.

Po ASME razdelek VIII razdelek 1 UW-28/UW-29 (izdaja 2021 naprej), razdelek VIII razdelek 2 para. 6.3.4 in razdelek I PFT-12. Tehnične specifikacije naročnika pogosto nalagajo QW-193, tudi če osnovna koda tega ne zahteva - vedno preverite naročilnico in projektno specifikacijo varjenja, preden dokončate kvalifikacijski načrt.

Katere so najpogostejše napake pri zvarih cevi-na-cevno ploščo?

Napake, ki najpogosteje ogrožajo spoje cevi-in-cevne plošče, so pomanjkanje fuzije na vmesniku cevi-in-cevne plošče, prežganost-stene-cevi, nezadostna pot najmanjšega puščanja, poroznost in razpoke-v-območju-vpliva na toploto - in ker vsak cevni spoj je varjen posamično ročno ali z orbitalno glavo, stopnja napak običajno narašča z utrujenostjo, nedoslednim prileganje-spojev in neustrezno pripravo površine pri velikem številu cevi.

Načini napak in metode odkrivanja v skladu z zahtevami ASME razdelka IX QW-193.1 in industrijskimi izkušnjami na področju izdelave in popravil-oklepnih toplotnih izmenjevalnikov.

Izkušnje na terenu v aplikacijah za pridobivanje žvepla, rafiniranje in procesno hlajenje kažejo, da ponavljajoča se puščanja cevi-na-cevno ploščo pogosto sledijo pomanjkanju penetracije in pomanjkanju zlitja, uvedenemu med prvotno izdelavo - napak, ki jih je težko zaznati samo s proizvodnim NDE in ki se ponavadi pokažejo šele po ponavljajočem se toplotnem ciklu, ki povzroči, da se razpoke širijo iz nezlitega korena.

Kako se preverja minimalna pot puščanja (MLP) in zakaj je to pomembno?

Minimalna pot puščanja je najkrajša razdalja v kateri koli smeri od korena cevi-do-zvara cevne plošče do najbližje proste površine in je pomembna, ker je dimenzija tista, ki odloča o tem, ali lahko trdnost-zvarjenega spoja dejansko zadrži pritisk in prepreči navzkrižno-kontaminacijo - premajhen MLP lahko prestane površinski vizualni pregled, medtem ko še vedno ne izpolnjuje pogojev spoja konstrukcijska osnova.

MLP se preveri tako, da se kvalifikacijski model razreže po njegovem premeru, izpostavi prečni-prerez zvara in izmeri taljena pot pri 10- do 20-kratni povečavi glede na izračunani minimum iz osnove zasnove.

Najvišja pripisana vrednost MLP je omejena na debelino stene cevi, ne glede na to, koliko dodatne zvarne kovine je nanesenega nad to dimenzijo.

Vzdolžne praske na zunanji površini cevi ali luknji v cevni plošči se obravnavajo kot povečano tveganje med vrednotenjem modela, ker lahko praska, ki poteka vzporedno s spojem, ustvari pot puščanja, ki v celoti zaobide območje fuzije zvara.

Ker je MLP mogoče potrditi samo destruktivno - z rezanjem reprezentativne makete -, se preveri med kvalifikacijo postopka in ne na vsakem proizvodnem spoju. Ravno zato je discipliniran, ponovljiv nadzor postopka med proizvodnim varjenjem tako pomemben: ko je WPS kvalificiran z dokazanim MLP, morajo biti proizvodni zvari izvedeni znotraj iste bistvene-spremenljive ovojnice, da ostanejo veljavni.

Katere inšpekcijske metode odkrijejo napake med-cevnimi ploščami-pred zagonom?

Večplastno inšpekcijsko zaporedje - vizualni pregled, testiranje s penetracijo tekočine in testiranje puščanja s helijem - ujame veliko večino napak med cevmi-in-cevnimi ploščami, preden se snop izmenjevalnika toplote zapre in začne delovati, pri čemer testiranje puščanja s helijem ponuja najvišjo občutljivost za puščanje skozi-steno od vseh metod, ki se običajno uporabljajo za to vrsto spoja.

Vizualni pregled se izvede na vsakem proizvodnem zvaru kot pregled prvega-prehoda za prežganost-, nepopolno zlitje in površinsko poroznost.

Testiranje s tekočimi penetranti, izvedeno v skladu s členom 6 oddelka V ASME, odkrije površinske-razpoke in poroznost, ki niso vidne s prostim očesom, in se običajno uporablja tako na korenu kot na končnem prehodu.

Preizkušanje puščanja helija pritiska v izmenjevalnik s 5–10 psi helija in uporablja masni spektrometer za odkrivanje stopenj puščanja, ki so veliko manjše, kot jih lahko razjasni hidrostatični preskus, ker je atom helija dovolj majhen, da prehaja skozi prekinitve, ki ne prepuščajo vode. Ta preskus se običajno izvede po vseh-varjenjih koncev cevi, vendar pred raztezanjem cevi, tako da se ocenjuje samo zvar - in ne mehansko raztezanje -.

Nobena posamezna metoda ne ujame vsakega načina napake: vizualni in tekoči penetrantni testi so učinkoviti za površinsko-povezane diskontinuitete, toda podpovršinsko pomanjkanje fuzije ali premajhen MLP je mogoče potrditi le z destruktivnim makro{1}}rezom med kvalifikacijo. Zato sta kvalifikacijsko testiranje in proizvodni NDE komplementarna in ne odvečna - kvalifikacija dokazuje, da je postopek zmožen ustvariti dober spoj, proizvodni NDE pa potrjuje, da je bila zmogljivost dosledno izvedena pri celotnem številu cevi.

Zakaj je kvalifikacijska strogost bolj pomembna za spoje cevi-in-cevne pločevine kot za običajne zvare cevi?

Strogost kvalifikacije cevi-na-cevno ploščo je pomembnejša kot pri običajnih zvarih cevi, ker lahko ena sama sistematična napaka, odkrita po izdelavi, zahteva ponovno-ponovno cevje celotnega snopa in ker lahko vsak izmenjevalnik vsebuje na stotine do tisoče posameznih spojev, zvarjenih po istem postopku -, kar pomeni, da obrobni WPS ali premalo-kvalificiran varilec ne proizvede niti enega slabega variti, proizvaja veliko.

Napaka obodnega varjenja cevi je običajno izolirano popravilo. Način napake med cevmi-in-cevnimi ploščami, ki ga poganja napačni postopek ali nekvalificirana tehnika, je nasprotno sistemski: če je bila zasnova spoja, vnos toplote ali korak priprave površine, ki je povzročil eno napako, uporabljen dosledno v celotnem snopu, je vsak spoj, zvarjen pod temi pogoji, sumljiv.

Naložba v ustrezno usposobljen WPS, ustrezno usposobljene in preizkušene varilce ter disciplinirano zaporedje inšpekcijskih pregledov proizvodnje je nižja-pot stroškov v primerjavi z odkritjem - po zagonu ali še huje, po več letih toplotnega cikla v obratovanju -, da je treba zamenjati velik del cevnega snopa.

Pogosto zastavljena vprašanja

Q: Ali ASME oddelek VIII, oddelek 1 zahteva kvalifikacijo modela QW-193 za zvare cevi-na cevno ploščo?

A: Razdelek 1 pušča QW-193 kot izbiro proizvajalca; preskus varjenja z utori po QW-202.2 in QW-202.4 je sprejemljiva alternativa, razen če naročnikova tehnična specifikacija zahteva modelno pot.

Q: Koliko cevi je treba zvariti in preskusiti, da se kvalificira postopek cev-na-cevno ploščo z modelom?

A: Izdelati je treba najmanj pet modelov zvarov in vseh pet mora opraviti vizualni pregled, pregled s tekočinskim penetrantom in makro{0}}presek na QW-193.2. Vsaka posamezna napaka razveljavi celoten model, kar zahteva popolno ponovno varjenje.

Q: Kaj je minimalna pot puščanja in zakaj je omejena na debelino stene cevi?

A: Minimalna pot puščanja je najkrajša razdalja med zvarom od korena zvara do najbližje proste površine. Omejena je na debelino stene cevi, ker je to fizična meja prečnega-tesnega-prereza spoja, ne glede na to, koliko dodatne kovine za zvar je nanesenega.

Q: Ali lahko varilec, ki je kvalificiran za kuponske zvarne spoje cevi-na-cevno ploščo po WPS, kvalificiran po modelu QW-193?

A: Da, ko veljavna gradbena koda sama po sebi ne zahteva QW-193 za kvalifikacijo delovanja. Kvalifikacija postopka in zmogljivosti se obravnavata kot medsebojno izključujoči zahtevi v razdelku IX ASME.

Q: Zakaj je preskušanje puščanja s helijem prednost pred hidrostatičnim preskušanjem zvarov cevi-na-cevno ploščo?

A: Majhna atomska velikost helija mu omogoča, da prehaja skozi prekinitve, ki jih hidrostatični (vodni) preskus ne bi zaznal, kar daje preizkusu puščanja helija bistveno višjo občutljivost za prepoznavanje obrobnih ali delno zlitih spojev cevi-in-cevne pločevine pred zagonom.