Techniky spätného preplachovania pre výpočty prietoku plynu pri zváraní rúr z nehrdzavejúcej ocele

Neprečistený koreň zvaru na rúre z nehrdzavejúcej ocele alebo zliatiny niklu je jednou z najbežnejších - a najdrahších - príčin odmietnutia na mieste. Keď je vnútro spoja počas zvárania vystavené vzduchu, kyslík a dusík reagujú s horúcim kovom- bohatým na chróm a odstraňujú tenkú vrstvu oxidu, ktorá dodáva zliatine jej odolnosť proti korózii.

Výsledkom je hrubá, odfarbená, často odlupujúca sa vrstva známa ako „cukrovanie“ a spoj, ktorý neprešiel hydrotestom, PMI alebo koróznou kvalifikáciou. Spätné preplachovanie tomu predchádza zaplavením vnútra potrubia inertným plynom pred zváraním a počas neho, ale jeho správne nastavenie závisí od výberu správnej metódy a výpočtu prietoku a času preplachovania, ktoré skutočne vyčistia potrubie od vzduchu bez turbulencie. Táto príručka porovnáva hlavné techniky spätného preplachovania používané pri výrobe rúr z nehrdzavejúcej ocele a zliatiny niklu a prechádza matematikou-objemovej výmeny používanou na správne dimenzovanie prietokov preplachovania.

Čo je spätné čistenie a prečo je dôležité pre zvary rúr z nehrdzavejúcej ocele?

Plynové wolfrámové oblúkové zváranie (GTAW) a podobné procesy chránia hornú časť zvarového kúpeľa horákovým plynom, ale spodná strana otvoreného-koreňového spoja je vystavená akejkoľvek atmosfére vo vnútri potrubia. Austenitické nehrdzavejúce ocele (304/316), duplexné a super duplexné triedy a zliatiny niklu, ako napríklad Inconel 625 a Hastelloy C276, sa všetky spoliehajú na tenkú, samo{6}}zacelujúcu vrstvu oxidu chrómu pre odolnosť proti korózii. Pri teplotách zvárania sa tento film zničí, a ak je vo vnútri potrubia prítomný kyslík a dusík, na koreni sa vytvorí nová, poškodená vrstva oxidu -, ktorá je viditeľná ako slamové, modré alebo čierno{9}}sivé sfarbenie a vo vážnych prípadoch ako krehký, šupinatý „cukrový“ povrch.

Cukrované korene znižujú odolnosť proti korózii presne na mieste, ktoré je najviac vystavené procesnej kvapaline, a vytvárajú napätie, ktoré môže iniciovať praskanie v cyklickej alebo korozívnej prevádzke. To je dôvod, prečo je spätné preplachovanie povinným krokom - a nie voliteľným vylepšením - pre akékoľvek kódom-riadené zváranie rúr z nehrdzavejúcej ocele alebo zliatiny niklu, a prečo sú výrobné špecifikácie a kontrolné kritériá, ako je referenčná tabuľka odfarbenia AWS D18.2, ASME BPE pre systémy s vysokou-čistotou a referenčné úrovne NACE MR0175/ISO všetky prijateľné.

Ktorú metódu spätného preplachovania by ste mali použiť -preplachovanie (zástrčkou) alebo kontinuálny prietok-prostredníctvom preplachovania?

Preplachovanie hrádze izoluje malý objem okolo spoja pomocou odnímateľných prepážok umiestnených vo vnútri potrubia na oboch stranách zvaru, takže je potrebné prečistiť iba túto obmedzenú časť -, čo skracuje čas čistenia a výrazne znižuje spotrebu plynu v porovnaní s preplachovaním celej cievky. Naproti tomu prietok-preplachovaním zaobchádza s celým potrubím alebo vyrobenou zostavou ako s jedným preplachovacím objemom, pričom na jednom konci privádza plyn a na druhom odvádza vytlačený vzduch; nepotrebuje žiadne priehrady, ale trvá to dlhšie a spotrebúva viac plynu so zvyšujúcou sa dĺžkou alebo zložitosťou potrubia. Tretí variant, preplachovanie komory alebo stanu, uzatvára oblasť spoja (alebo celú armatúru, koleno alebo T) do flexibilného krytu a zvyčajne sa používa tam, kde nie je možné umiestniť priehrady, ako sú napríklad zložité spojky odbočiek.

Voľba vo všeobecnosti závisí od geometrie a opakovateľnosti: výroba cievok v dielni s mnohými krátkymi spojmi uprednostňuje priehrady z hľadiska rýchlosti, zatiaľ čo medzi-spojenie potrubí{1}}a zvary orbitálnej rúrky-k{3}}rúrke sa zvyčajne používa prietok-preplachovaním, pretože neexistuje žiadny praktický spôsob vkladania priehrad.

Ako vypočítate rýchlosť prietoku čistiaceho plynu pre daný priemer potrubia?

Počiatočným bodom je vnútorný objem preplachovanej sekcie:

V=π × (ID / 2)² × L

kde ID je vnútorný priemer potrubia a L je dĺžka preplachovacej zóny (vzdialenosť medzi priehradami alebo celá dĺžka cievky pre prietok-preplachovaním). Keď je objem známy, požadovaný prietok vyplýva priamo z cieľového času preplachovania a počtu objemových výmen potrebných na dosiahnutie bezpečnej hladiny kyslíka:

Q = (V × N) / t

Q je prietok, V je objem preplachovacej{0}}zóny, N je počet úplných výmen objemu (zvyčajne 4 až 10, o ktorých sa hovorí v ďalšej časti) a t je cieľový čas preplachovania. Spracovaný príklad: 6-palcová rúrka harmonogramu 40 má vnútorný priemer približne 154 mm. Na 3-metrovom prehradenom úseku je objem preplachovania V=π × (0,077 m)² × 3 m ≈ 0,056 m³ alebo približne 56 litrov. Na dosiahnutie 6 úplných výmen objemu počas 8-minútového preplachovania je požadovaný prietok Q=(56 l × 6) / 8 min ≈ 42 l/min.

V praxi väčšina postupov používa dvoj{0}}stupňový prietok: vyšší počiatočný prietok na rýchle odstránenie väčšiny vzduchu, po ktorom nasleduje oveľa nižší „zadržiavací“ prietok - často len 5–15 l/min. pre malé -rúry s priemerom - udržiavané počas zvárania, aby sa udržal mierny pretlak bez narušenia už -prečistenej atmosféry. Prietok by sa nikdy nemal tlačiť tak vysoko, aby sa rýchlosť plynu stala turbulentnou; turbulencie-sťahujú vzduch, ktorý sa preplachovanie snaží odstrániť, a môžu tiež vyfúknuť priehrady, takže postupy sa zvyčajne zameriavajú skôr na nízku, stabilnú rýchlosť než na najrýchlejšie možné naplnenie.

Koľko výmen objemu potrubia je potrebných na dosiahnutie bezpečnej hladiny kyslíka?

Vytlačenie vzduchu z potrubia nie je -na{1}}jednu výmenu -, prichádzajúci preplachovací plyn sa zmiešava so zvyšným vzduchom v prednej časti prúdu, takže každá ďalšia výmena objemu odstraňuje postupne menší podiel zostávajúceho kyslíka. To je dôvod, prečo koncentrácia kyslíka rýchlo klesá počas prvých pár výmen a potom klesá oveľa pomalšie a prečo jednoduchý výpočet doby čistenia z objemu a prietoku nie je náhradou za potvrdenie skutočnej hladiny kyslíka pomocou kalibrovaného analyzátora kyslíka na odvzdušňovači alebo koreni zvaru pred zapálením oblúka.

Tieto údaje sú reprezentatívne, nezaručené - mŕtve ramená, ventily, vzorkovacie otvory a zlé tesnenia hrádze, to všetko znižuje skutočnú-účinnosť čistenia v porovnaní s teoretickým modelom riedenia, čo je presne dôvod, prečo je monitorovanie kyslíka, nie samotné počítanie výmen, základom pre uvoľnenie-k-zváraniu rozhodnutí o korózii-kritickej práce.

Aký obsah kyslíka by ste mali zacieliť pred úderom do oblúka podľa Alloy Family?

Referenčná tabuľka odfarbenia AWS D18.2 koreluje viditeľnú-farbu oxidu na strane koreňa s približnou koncentráciou kyslíka a je široko používaná ako praktická kontrola v teréne: svetlý, strieborný alebo svetlý korienok slamy vo všeobecnosti zodpovedá dobre-prečistenému spoju, zatiaľ čo modré, fialové, sivé alebo čierne sfarbenie signalizuje dostatočne vysoké hladiny kyslíka na to, aby už došlo k degradácii povrchu.

Typy duplex a super duplex potrebujú o niečo prísnejší limit kyslíka ako štandardná austenitická nehrdzavejúca oceľ nielen preto, aby sa predišlo zmene farby, ale aj preto, že prebytok kyslíka v koreni môže narušiť rovnováhu feritu-austenitu a zadržiavanie dusíka, čo dáva duplexným oceliam ich pevnosť a odolnosť proti korózii. Zliatiny niklu s vyšším obsahom chrómu a molybdénu sú podobne citlivé a systémy s vysokou -čistotou postavené na ASME BPE pridávajú požiadavku na zrkadlovú- povrchovú úpravu nad limit kyslíka.

Argón vs. dusík vs. argón-Vodík

Argón je úplne inertný, hustejší ako vzduch (čo mu pomáha usadzovať sa a držať v horizontálnych častiach potrubia) a je kompatibilný v podstate so všetkými druhmi nehrdzavejúcej ocele a zliatiny niklu, a preto je predvoleným čistiacim plynom špecifikovaným vo väčšine špecifikácií zváracích postupov. Dusík stojí menej a je široko dostupný a efektívne čistí štandardnú austenitickú nehrdzavejúcu oceľ, ale nie je inertný vzhľadom na dusíkom-riadené duplexné a super duplexné triedy, kde nekontrolované nasávanie dusíka v koreni môže zmeniť zamýšľanú fázovú rovnováhu; je tiež nevhodný pre niekoľko zliatin niklu, kde dusík môže podporovať nežiaducu tvorbu nitridov.

Zmesi argónu-vodíka, zvyčajne 2–5 % vodíka, vytvárajú na austenitickej nehrdzavejúcej oceli jasnejší koreň bez oxidov-a môžu mierne skrátiť čas čistenia, ale vodík predstavuje skutočné riziko krehnutia na duplexných, super duplexných a určitých -tvrdených alebo vysoko{5}}pevných{5}}materiáloch, aby sa pred použitím špecifických niklových zliatin potvrdila ich pevnosť a špecifické použitie proti zliatinám niklu PS.

Ako by mali byť preplachovacie priehrady umiestnené a aké materiály by ste mali použiť?

Umiestnenie priehradky je priamym kompromisom-: posunutie priehradiek bližšie k spoju znižuje objem preplachovania, a tým aj čas preplachovania, ale ponecháva menej miesta pre prívod a odvetrávanie na vytvorenie hladkého,-turbulentného prúdenia cez koreň zvaru. Praktický začiatočný bod je 100 – 150 mm od spoja na každej strane pre rúrky s malým a stredným{5}}priemerom, prispôsobené smerom nahor pre väčšie priemery, kde prietok potrebuje väčšiu vzdialenosť na stabilizáciu.

Vo vode-rozpustné papierové hrádze sú bežné pri výrobe cievok v dielňach, pretože sa po zváraní rozpustia a vymyjú a nezanechávajú žiadny krok odstraňovania; nafukovacie kofferdamy sú opakovane použiteľné a dobre sa hodia na priviazanie-v teréne, kde to isté zariadenie prečistí mnoho kĺbov; a pre T-kusy, redukcie a iné nepravidelné geometrie sa na utesnenie vnútorného profilu armatúry používajú tvarované penové bloky alebo vysokoteplotná čistiaca páska. V každom prípade musí byť odvzdušňovací otvor dimenzovaný tak, aby uvoľnil tlak bez toho, aby umožnil taký veľký odtok, že sa priehrada uvoľní - Porucha priehrady uprostred-zvaru je jednou z najčastejších príčin straty atmosféry počas spoja.

Aké sú najčastejšie chyby spätného čistenia, ktoré spôsobujú cukornatenie alebo chyby zvaru?

Zváranie pred potvrdením cieľovej hladiny kyslíka - na základe pevného času čistenia namiesto skutočného odčítania kyslíka.

Prietok nastavený príliš vysoko, čo vytvára turbulentné prúdenie, ktoré-primiešava vzduch späť do čistiacej zóny, namiesto toho, aby ho vytláčal pred plynové čelo.

Netesné alebo nesprávne usadené hrádze, najmä na prírubách, ventiloch alebo prípojkách odbočiek, kde je vnútorný profil nepravidelný.

Žiadny prieduch alebo príliš malý prieduch, ktorý spôsobuje nahromadenie tlaku, ktorý môže vyhodiť hrádzu alebo zdeformovať tenkú-rúru.

Prepínanie typu preplachovacieho plynu bez kontroly kompatibility zliatiny, najmä s použitím zmesí dusíka alebo argónu-vodíka na duplexných spojoch alebo spojoch zo zliatiny niklu.

Zlyhanie pri udržiavaní nízkeho stabilného „zadržiavacieho“ prúdenia počas zvárania, čo umožňuje vonkajšiemu vzduchu difundovať späť do zóny čistenia cez dlhý viac{0}}prechodový zvar.

Často kladené otázky

Otázka: Aký je minimálny čas čistenia pri zváraní rúr z nehrdzavejúcej ocele?

Odpoveď: Neexistuje žiadny univerzálny minimálny čas - čas čistenia závisí od objemu-zóny čistenia, prietoku a cieľovej hladiny kyslíka a mal by sa vypočítať pomocou Q=(V × N) / t a potom by sa mal potvrdiť pomocou analyzátora kyslíka, a nie použiť ako pevné pravidlo.

Otázka: Môže sa použiť dusík namiesto argónu na spätné preplachovanie?

Odpoveď: Dusík je prijateľný pre štandardnú austenitickú nehrdzavejúcu oceľ radu 300{1}}, ale treba sa mu vyhnúť na duplexných, super duplexných a na dusík citlivých niklových zliatinách, kde nekontrolované nasávanie dusíka môže ovplyvniť fázovú rovnováhu alebo metalurgiu.

Otázka: Aká hladina kyslíka je prijateľná pred zváraním rúr z nehrdzavejúcej ocele?

Odpoveď: Väčšina výrobných špecifikácií sa zameriava na 50 – 100 ppm pre štandardnú austenitickú nehrdzavejúcu oceľ, utiahnutie na 25 – 50 ppm pre duplexné a niklové zliatiny a menej ako 10 ppm pre systémy s vysokou-čistotou; presnú hodnotu určuje príslušná špecifikácia projektu a WPS.

Otázka: Prečo sa koreň zvaru zmení na modrý alebo čierny, aj keď je spustený čistenie?

Odpoveď: Zmena farby naznačuje, že preplachovanie nedosiahlo dostatočne nízku hladinu kyslíka pred alebo počas zvárania - bežné príčiny sú nedostatočný čas preplachovania, presakujúca priehrada, príliš vysoký prietok alebo spustenie oblúka pred stabilizáciou atmosféry.

Otázka: Musí sa zmeniť prietok spätného preplachovania počas zvárania?

Odpoveď: Áno - väčšina postupov používa vyšší počiatočný prietok na rýchle odstránenie vzduchu, potom sa zníži na oveľa nižší spätný prietok počas zvárania, aby sa udržal mierny pretlak bez vytvárania turbulencií.

Otázka: Vyžaduje kód spätné čistenie alebo je to odporúčaný postup?

Odpoveď: Požiadavky sú skôr stanovené riadiacim kódom, špecifikáciou alebo WPS, než aby boli univerzálne - vyžadujú si to mnohé aplikácie na hraniciach potrubia a tlaku- pre rúrky z nehrdzavejúcej ocele a zliatiny niklu a akceptačné kritériá sa bežne odkazujú na tabuľku odfarbenia AWS D18.2 alebo na limit kyslíka pre konkrétny projekt-.