Как применяется наплавка для создания плакированной трубы из нержавеющей стали?

Основы наплавки сварных швов

Наплавка, также известная как наплавка или наплавка, представляет собой производственный процесс, используемый для создания плакированная труба из нержавеющей стали путем нанесения слоя коррозионностойкого сплава на внутреннюю поверхность менее дорогой опорной трубы из углеродистой или низколегированной стали. В отличие от методов прокатки или сварки взрывом, при наплавке плакирующий слой формируется металлургическим путем посредством сварки плавлением. Этот процесс включает в себя использование автоматизированной сварочной системы для нанесения последовательных перекрывающихся сварных швов по всей длине внутренней части трубы. Это создает полностью плотный, однородный слой нержавеющей стали, который неразрывно связан с основным материалом. Основная цель состоит в том, чтобы объединить механическую прочность и экономичность углеродистой стали со специфической устойчивостью к коррозии, эрозии или высоким температурам сплава нержавеющей стали, что приведет к созданию экономически эффективного решения для требовательных условий эксплуатации.

Основные процессы сварки для наплавки

Нанесение плакированного слоя достигается за счет автоматизированных прецизионных методов сварки, обеспечивающих стабильность и качество. Выбор процесса зависит от таких факторов, как размер трубы, желаемая толщина оболочки, производительность и состав сплава.

Дуговая сварка под флюсом (SAW)

Дуговая сварка под флюсом является распространенным методом наплавки труб большого диаметра. Дуга зажигается под слоем гранулированного плавкого флюса, который предотвращает атмосферное загрязнение, брызги и УФ-излучение. SAW обеспечивает высокую скорость наплавки и глубокое проникновение, что делает его эффективным для нанесения толстых плакированных слоев. Обычно он используется с ленточными электродами (например, шириной 60 мм) для максимальной производительности и гладкой, разбавленной поверхности наложения.

Газовая вольфрамовая дуговая сварка (GTAW/TIG)

При газовой вольфрамовой дуговой сварке используется неплавящийся вольфрамовый электрод и инертный защитный газ. GTAW, известная своей точностью и превосходным контролем тепловложения, производит сварочные наплавки высокой чистоты и с низким разбавлением. Это имеет решающее значение при плакировании высокопроизводительными сплавами, такими как Inconel или Hastelloy, где сведение к минимуму примеси углеродистой стали из основной трубы имеет важное значение для поддержания коррозионной стойкости плакированного покрытия. Его часто используют для обработки меньших диаметров или критического корневого прохода.

Газовая дуговая сварка металлов (GMAW/MIG)

При газовой дуговой сварке используется плавящийся проволочный электрод с непрерывной подачей и защитный газ. Современные автоматизированные процессы GMAW, такие как холодный перенос металла (CMT), очень эффективны для плакирования. CMT значительно снижает тепловложение, сводя к минимуму разбавление и деформацию, обеспечивая при этом высокоскоростное осаждение. Это делает его пригодным для широкого спектра размеров труб и типов сплавов, обеспечивая хороший баланс между качеством и производительностью.

Ключевые параметры процесса и контроль

Успешная наплавка требует строгого контроля над несколькими параметрами, чтобы гарантировать целостность и работоспособность плакированного слоя. Отклонение может привести к дефектам, которые поставят под угрозу конечный продукт.

• Тепловая мощность: Точный контроль силы тока, напряжения и скорости движения имеет первостепенное значение. Чрезмерное тепловложение увеличивает разбавление (процент основного металла, смешанного с сварным швом), что может снизить содержание хрома и никеля в плакировке, ухудшив ее коррозионную стойкость. Это также может вызвать чрезмерную деформацию и остаточные напряжения.
• Контроль разбавления: Обычно целью является достижение уровня разбавления ниже 10–15%. Такие методы, как использование «промасленного» слоя, оптимизация параметров сварки и использование вибрирующих сварочных головок, помогают свести к минимуму смешивание основного металла и обеспечить соответствие химического состава плакирования спецификациям.
• Межпроходная температура: Контроль температуры между последовательными проходами сварки имеет решающее значение для предотвращения растрескивания, особенно в случае аустенитных нержавеющих сталей, которые подвержены сенсибилизации (выделению карбида хрома).
• Размещение и перекрытие бортов: Автоматизированные системы тщательно планируют путь резака, чтобы обеспечить постоянную геометрию валиков и достаточное перекрытие (обычно 30-50%) между соседними швами. Это исключает непровары и создает равномерный по толщине плакирующий слой.

Выбор материала: расходные материалы и базовые трубы

Выбор сварочных материалов напрямую определяет свойства плакирующего слоя. Присадочный металл следует выбирать исходя из требуемой коррозионной стойкости при эксплуатации, а не просто в соответствии с номинальным сплавом.

Основная труба или опорная сталь обычно представляет собой углеродистую сталь (например, ASTM A106 Gr. B) или низколегированную сталь. Его основная функция – обеспечение прочности конструкции и сдерживания давления. Поверхность должна быть тщательно очищена (путем шлифовки или механической обработки) и проверена перед плакированием на предмет удаления любых оксидов, окалины или загрязнений, которые могут вызвать дефекты соединения.

Обработка и проверка после подачи заявления

После нанесения наплавленного слоя плакированная труба проходит несколько важных этапов отделки и проверки. Внутренняя плакированная поверхность часто подвергается механической обработке или шлифовке для достижения гладких окончательных допусков по размерам и для удаления любых неровностей поверхности, которые могут задерживать загрязнения или препятствовать потоку. Затем труба подвергается тщательному неразрушающему контролю (NDE). Тестирование на проникновение красителя (PT) или тестирование магнитными частицами (MT) проверяют наличие поверхностных трещин. Ультразвуковой контроль (UT) широко используется для измерения окончательной толщины плакировки, равномерной по длине трубы, а также для обнаружения любого отсутствия связи между плакировкой и основным металлом. Наконец, труба подвергается термообработке, если того требует спецификация (обычно послесварочная термообработка для снятия напряжений) и подвергается гидростатическим испытаниям для подтверждения ее герметичности как композитной конструкции.

Преимущества и ограничения метода наплавки

Понимание плюсов и минусов этого метода жизненно важно для правильного выбора материала при проектировании проекта.

• Преимущества: Обеспечивает исключительную гибкость проектирования для облицовки изделий сложной геометрии, таких как фитинги, клапаны и изгибы труб. Это позволяет применять широкий спектр марок сплавов, включая суперсплавы на основе никеля и кобальта. Этот процесс позволяет восстановить поврежденные компоненты и восстановить изношенные поверхности. Это позволяет создавать «переходные соединения» между разнородными металлами.
• Ограничения: Как правило, это более медленный и трудоемкий процесс по сравнению с склеиванием длинных прямых участков труб методом прокатки. Циклический нагрев и охлаждение могут вызвать значительные остаточные напряжения. Достижение чрезвычайно низкого разбавления требует усовершенствованного управления процессом. Если параметры не полностью контролируются, существует риск возникновения таких дефектов, как пористость, растрескивание или неполное проваривание.

В заключение, создание плакированной трубы из нержавеющей стали посредством наплавки — это сложный технологический процесс, который превращает трубу из углеродистой стали в биметаллический продукт. Благодаря тщательному контролю автоматизированной сварки, параметров и материаловедения он обеспечивает надежное и экономичное решение, в котором стойкость к коррозии и прочность конструкции имеют первостепенное значение.