Prekrytie zvaru zliatinami niklu: Plášť uhlíkovej ocele pre odolnosť proti korózii - Vedomosti

Prekrytie zvaru -, tiež nazývané zvarové opláštenie alebo naváranie -, je osvedčená metóda-vyhovujúca kódexu na nanášanie vrstvy niklovej zliatiny odolnej voči korózii-na uhlíkovú oceľ alebo substrát z nízkolegovanej ocele-. Výsledok: mechanická pevnosť a nízka cena uhlíkovej ocele v kombinácii s odolnosťou zliatin niklu proti korózii - pri nákladoch na materiál o 40 – 60 % nižších ako pri konštrukcii z pevnej zliatiny niklu. Tento článok vysvetľuje, kedy je prekrytie zvarom tou správnou voľbou, aké zliatiny niklu sa používajú, aké normy platia a ako správne určiť prekrytie.

Weld Overlay with Nickel Alloys

Prekrytie zvarom so zliatinami niklu je priemyselné-štandardné riešenie pre tlakové nádoby, výmenníky tepla a potrubné komponenty, ktoré musia odolávať korózii spôsobenej kyslým plynom (H₂S), chloridmi, kyselinami a vysokoteplotnou oxidáciou - bez nákladov na výrobu pevnej zliatiny.

Prekrytie zvarom je proces nanášania jednej alebo viacerých vrstiev zliatiny odolnej voči korózii -(zvyčajne na báze niklu{1}}) na povrch lacnejšieho základného kovu (zvyčajne uhlíkovej ocele alebo -nízkolegovanej ocele) pomocou procesov oblúkového zvárania. Prekryvná vrstva - zvyčajne s hrúbkou 3–6 mm - pôsobí ako bariéra medzi korozívnou procesnou kvapalinou a konštrukčným základným kovom.

Prečo používať prekrytie namiesto pevnej zliatiny?

Tabuľka. Porovnanie nákladov a výkonu - Pevná zliatina vs. konštrukcia prekrytia zvarom


Parameter	Pevná zliatina niklu	Krycia vrstva z uhlíkovej ocele a zliatiny Ni-	Úspora nákladov	Výkon
Cena materiálu ($/kg, typické)	$35–60	8 – 12 USD (CS) + 15 – 25 USD (prekrytie)	o 40-60% nižšia	Ekvivalentná odolnosť proti korózii
Čas výroby	Dlhšie (ťažko sa zvára)	Kratšie (CS sa ľahko zvára)	o 20-30% rýchlejšie	Rovnaká životnosť
Súlad s kódexom dizajnu	ASME VIII, ASME B31.3	ASME VIII, ASME B31.3	To isté	To isté
Typická hrúbka prekrytia	N/A (plné)	3–6 mm (2–3 vrstvy)	N/A	Vrátane prídavku na koróziu
Oprava a údržba	Náročné (citlivé na praskliny-)	Jednoduchšie (prekrytie možno znova{0}}použiť)	Nižšie náklady na životný cyklus	Dlhšia životnosť
Hmotnosť	Vyššia (hustota 8,4 – 8,9 g/cm³)	Nižšia (hustota CS 7,85 g/cm³)	O 5-10% ľahší	Rovnaké hodnotenie tlaku

Zdroj: ASME kód kotla a tlakových nádob, oddiel VIII oddiel{0}} (2023); ASME B31.3 Procesné potrubie (2022); Special Metals Corporation „Katalóg produktov zvárania“ (2023); Technické údaje „Corosion-Resistant Alloys“ spoločnosti Haynes International; Analýza interných nákladov spoločnosti JN Alloys na roky 2024–2025.

V prípade nádob s veľkým-priemerom, plášťov výmenníkov tepla a cievok potrubia, kde je napadnutie koróziou obmedzené na vnútorný povrch, poskytuje prekrytie zvarom rovnakú koróznu výkonnosť ako pevná zliatina pri o 40 – 60 % nižších nákladoch na materiál.

Nie všetky zliatiny niklu sú vhodné na prekrytie zvarom. Materiál krycej vrstvy musí byť zvárateľný, kompatibilný s riedením uhlíkovej ocele a odolný voči špecifickému korozívnemu prostrediu. V tomto odvetví dominujú dve zliatiny: Alloy 625 (UNS N06625) a Alloy C-276 (UNS N10276).

Výber zliatiny podľa prostredia korózie

Tabuľka. Materiály na prekrytie zliatiny niklu - Sprievodca výberom podľa prostredia korózie


Zliatina (UNS)	Kľúčové legujúce prvky	Primárna odolnosť proti korózii	Typické prekrývacie aplikácie	Proces zvárania	ASME P-Číslo
Zliatina 625 (N06625)	Ni-22Cr-9Mo-3,5Nb	Oxidácia, chloridová jamka, H₂S, morská voda	Vybavenie ústia vrtu, podmorské konektory, tlakové nádoby	GTAW, GMAW, FCAW, SAW	P-Nie. 43
Alloy C-276 (N10276)	Ni-16Cr-16Mo-4W	Redukčné kyseliny, HCl, H2SO4, chlór, kyslý plyn	Chemické reaktory, práčky, systémy FGD, kyslé potrubia	GTAW, GMAW, FCAW, SAW	P-Nie. 44
Zliatina C-22 (N06022)	Ni-22Cr-13Mo-3W	Silné zmiešané kyseliny, chlórnan, vlhký chlór	Farmaceutický priemysel, celulóza a papier, spaľovanie odpadu	GTAW, GMAW	P-Nie. 44
Zliatina 825 (N08825)	Ni-22Cr-42Fe-3Mo-1Ti	Kyslý plyn (H2S), kyselina sírová/fosforečná	Potrubie, spracovanie plynu, výmenníky tepla	GTAW, GMAW	P-Nie. 45
Alloy 600 (N06600)	Ni-16Cr-8Fe	Vysokoteplotná {0}oxidácia, nitridácia, žieravina	Komponenty pecí, koše na tepelné spracovanie	GTAW, GMAW	P-Nie. 43
Alloy X (N06002)	Ni-22Cr-18Fe-9Mo	Oxidácia pri 1100-1200 stupňoch, nauhličovanie	Spaľovacie komory, komponenty plynových turbín	GTAW, GMAW	P-Nie. 43
Zliatina 59 (N06059)	Ni-23Cr-16Mo-1Fe	Extrémne redukujúce kyseliny, HCl, H₂SO₄ zmesi	Chemický proces, kontrola znečistenia	GTAW, GMAW	P-Nie. 44

Zdroj: Technické listy spoločnosti Special Metals Corporation „INCONEL® Alloy 625“ a „INCONEL® Alloy 725“ (2023); Technické údaje Haynes International 'HASTELLOY® C-276 Alloy' (2023); ASME kód kotla a tlakovej nádoby, oddiel IX (2023) QW-422 P-číslo zoskupenie; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015.

Porovnanie chemického zloženia

Tabuľka. Chemické zloženie bežných prekrývacích materiálov z niklových zliatin (hmotnosť %, typická)


Zliatina (UNS)	Ni	Cr	Mo	Fe	W	Pozn	Ti	C (max.)
Zliatina 625 (N06625)	58–63	20–23	8–10	Menšie alebo rovné 5	-	3.15–4.15	Menšie alebo rovné 0,4	0.10
Alloy C-276 (N10276)	Zostatok	14.5–16.5	15–17	4–7	3–4.5	-	-	0.01
Zliatina C-22 (N06022)	Zostatok	20–22.5	12.5–14.5	2–6	2.5–3.5	-	-	0.015
Zliatina 825 (N08825)	38–46	19.5–23.5	2.5–3.5	22 min	-	-	0.6–1.2	0.05
Alloy 600 (N06600)	72 min	14–17	-	6–10	-	-	-	0.15
Alloy X (N06002)	Zostatok	20.5–23	8–10	17–20	0.2–1.0	-	-	0.05–0.15
Zliatina 59 (N06059)	Zostatok	22–24	15–16.5	Menšie alebo rovné 1,5	-	-	-	0.01

Zdroj: ASTM B443 (Zliatina 625); ASTM B575 (zliatina C-276, C-22, 59); ASTM B425 (zliatina 825); ASTM B168 (zliatina 600); ASTM B435 (zliatina X); Špeciálne kovy a údajové listy Haynes International (2023).

Alloy 625 je predvolená voľba pre služby s morskou vodou, chloridmi a kyslým plynom (H₂S). Zliatina C-276 je predvolenou voľbou pre redukciu kyselín (HCl, H₂SO₄) a náročných chemických prostredí. Pre hraničné prípady si pozrite NACE MR0175 / ISO 15156-3 a vykonajte testovanie korózie.

Výber procesu zvárania ovplyvňuje kvalitu prekrytia, rýchlosť riedenia, rýchlosť odtavovania a náklady. Pre kritické tlakové zariadenia sú najbežnejšou voľbou GTAW (TIG) a GMAW (MIG). Pre veľké-plošné obklady ponúkajú FCAW a SAW vyššiu produktivitu.

GTAW and GMAW for High-Integrity Overlay

Porovnanie procesov pre prekrytie zliatiny niklu

Tabuľka. Procesy zvárania pre povlak z niklovej zliatiny - Porovnanie podľa kvality a produktivity


Proces	Miera riedenia	Depozičná sadzba	Najlepšia aplikácia	pozícia	Úroveň zručností	náklady
GTAW (TIG)	10–25%	0,5–1,5 kg/h	Prvá vrstva, koreňový priechod, tenké prekrytie, malý priemer	Všetky pozície	Vysoká	Vysoká
GMAW (MIG)	20–30%	2-4 kg/h	Vyplňte a zakryjte vrstvy, stredná{0}}hrúbka prekrytia	Ploché, horizontálne	Stredná	Stredná
FCAW (Flux{0}}Coed)	20–35%	3-6 kg/h	Veľké{0}}plošné prekrytie,-nekritické aplikácie	Ploché, horizontálne	Stredná	Nízka
SAW (ponorený oblúk)	30–50%	5-15 kg/h	Veľké nádoby, ťažké opláštenie, vysoká produktivita	Iba ploché	Stredná	Najnižšia
PAW (plazmový oblúk)	5–15%	1-3 kg/h	Presné prekrytie, automatizované systémy	Ploché, mechanizované	Vysoká	Vysoká
Laserové obloženie	5–10%	1-5 kg/h	Presná oprava, tenké prekrytie, minimálne riedenie	Ploché, mechanizované	Vysoká	Veľmi vysoká

Zdroj: ASME kód kotla a tlakových nádob, oddiel IX (2023); AWS D1.6/D1.6M-22 „Kód pre zváranie štruktúr – nehrdzavejúca oceľ“; Špeciálne kovy „Pokyny pre zváranie zliatin niklu“ (2023); Technická príručka Lincoln Electric „Výrobky na zváranie niklových zliatin“ (2023).

Riadenie riedenia je rozhodujúce pre výkon prekrývania

K zriedeniu dochádza, keď sa základný kov (uhlíková oceľ) roztaví a zmieša s prídavným kovom (zliatina niklu). Nadmerné riedenie znižuje koróznu odolnosť krycej vrstvy znížením kritického obsahu zliatiny (Cr, Mo, Nb). Pre vrstvu Alloy 625 by sa mal obsah železa v prvej vrstve udržiavať pod 10 %; pre C-276 pod 7 %.

Tabuľka. Maximálne povolené riedenie - Limity obsahu železa podľa zliatiny


Zliatina	Maximálne Fe v prekrytí (hmotn. %)	Minimálne Cr v prekryvnej vrstve (hmotn. %)	Minimálne Mo v prekrytí (hmotn. %)	Odporúčaný postup
Zliatina 625	Menej ako alebo rovné 10 %	Väčšie alebo rovné 18 %	Väčšie alebo rovné 7 %	GTAW alebo GMAW pre prvú vrstvu; FCAW/SAW pre výplň
Zliatina C-276	Menej ako alebo rovné 7 %	Väčšie alebo rovné 14 %	Väčšie alebo rovné 14 %	GTAW pre prvú vrstvu; GMAW/FCAW pre výplň
Zliatina C-22	Menej ako alebo rovné 6 %	Väčšie alebo rovné 19 %	Väčšie alebo rovné 11 %	GTAW alebo GMAW pre všetky vrstvy
Zliatina 825	Menej ako alebo rovné 15 %	Väčšie alebo rovné 20 %	Väčšie alebo rovné 2,5 %	GTAW alebo GMAW
Zliatina 600	Menej ako alebo rovné 10 %	Väčšie alebo rovné 14 %	N/A	GTAW alebo GMAW

Zdroj: Špeciálne kovy 'Pokyny pre zváranie pre INCONEL® Alloy 625' (2023); Haynes International „Zváranie a výroba zliatiny HASTELLOY® C-276“ (2023); ASME sekcia IX QW-404.12 „Riedenie prídavného kovu“; AWS A5.14/A5.14M: 2018 „Špecifikácia pre holé elektródy a tyče na zváranie z niklu a zliatin niklu“.

Pre prvú vrstvu použite GTAW (TIG), aby ste minimalizovali riedenie a zabezpečili súlad s chémiou. Na zvýšenie produktivity použite GMAW, FCAW alebo SAW pre následné vrstvy. Vždy overte chémiu prekrytia pomocou PMI (Positive Material Identification) alebo laboratórnej analýzy.

Minimálna hrúbka prekrytia sa riadi prípustnou koróziou, hĺbkou zriedenia, schopnosťou procesu zvárania a požiadavkami normy. Pre väčšinu tlakových nádob a potrubí je štandardom 3–6 mm (2–3 vrstvy). Tenšie prekrytia riskujú prielom; hrubšie prekrytia zvyšujú náklady a môžu spôsobiť problémy so zvyškovým napätím.

Pokyny pre návrh hrúbky

Tabuľka. Návrh hrúbky prekrytia - Odporúčané hodnoty podľa aplikácie


Aplikácia	Závažnosť korózie	Minimálna hrúbka (mm)	Typické vrstvy	Referenčný kód	Poznámky
Tlakové nádoby (všeobecne)	Stredné (bez H₂S)	3.0	2 vrstvy	ASME VIII Div{0}} UG-16	1,5 mm min po opracovaní
Služba kyslého plynu (H₂S)	Ťažké (NACE MR0175)	4.0–5.0	2-3 vrstvy	NACE MR0175 / ISO 15156	Overte tvrdosť Menšia alebo rovná 22 HRC
Výmenníky tepla morskej vody	Vysoký Cl⁻ pitting	4.0	2-3 vrstvy	ASME VIII + užívateľská špecifikácia	Použite zliatinu 625 alebo 825
Kolóny na absorpciu kyslých plynov	Ťažké (HCl, H2SO4)	5.0–6.0	3 vrstvy	ASME VIII + užívateľská špecifikácia	Použite zliatinu C-276 alebo C-22
Vybavenie ústia podmorského vrtu	Ťažká + HPHT	5.0–6.0	3 vrstvy	API 6A, API 17D	Použite zliatinu 625, overte pomocou PMI
FGD (odsírenie spalín)	Ťažké (mokrý SO₂, HCl)	5.0	3 vrstvy	Užívateľská špecifikácia	Použite zliatinu C-276 alebo C-22
Katalytické reformátory	Vysokoteplotná{0} oxidácia	4.0	2-3 vrstvy	API 560 / užívateľská špecifikácia	Použite Alloy 600 alebo X

Zdroj: ASME kód kotla a tlakovej nádoby, oddiel VIII oddiel. 1 (2023) UG-16 „Minimálna hrúbka steny“; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 „Petrový a zemný plynárenský priemysel – materiály na použitie v prostrediach obsahujúcich H₂S“; API 6A (21. vydanie, 2024) „Vybavenie vrtov a stromov“; API 17D (3. vydanie, 2021) „Návrh a prevádzka podmorských výrobných systémov“.

Výpočet povolenej korózie

Hrúbka prekrytia musí zahŕňať: (1) prídavok na koróziu (zvyčajne 1,5–3,0 mm pre životnosť 10–20 rokov), (2) prídavok na opracovanie (0,5–1,0 mm na konečnú úpravu povrchu) a (3) hrúbku zóny riedenia (1,0–1,5 mm pre prvú vrstvu).

Tabuľka. Rozdelenie hrúbky prekrytia - Povolenie korózie a výrobné tolerancie


Hrúbkový komponent	Typický rozsah (mm)	Účel	Metóda kontroly	Štandardná referencia
Prídavok na koróziu	1.5–3.0	Strata materiálu počas životnosti konštrukcie	Špecifikácia návrhu procesu	ASME VIII UG-25
Prídavok na obrábanie	0.5–1.0	Povrchová úprava, príprava NDE	Tolerancia obrábania	ASME B46.1
Zóna riedenia	1.0–1.5	Prvá vrstva zmiešaná so základným kovom	Postup zvárania (PQR)	ASME IX QW-404
Minimálny zvukový kov	0.5–1.0	Bezpečnostná rezerva nad riedením	UT alebo RT kontrola	ASME V Článok 4
Celková konštrukčná hrúbka	3.5–6.5	Súčet vyššie uvedených komponentov	Inžiniersky dizajn	Špecifikácia projektu

Zdroj: ASME kód kotla a tlakovej nádoby, sekcia VIII, Div{0}} UG-25 „Povolenie pre koróziu“; ASME B46.1-2019 „Štruktúra povrchu (drsnosť, vlnitosť a položenie povrchu)“; ASME, oddiel V, článok 4 „Ultrazvukové vyšetrovacie metódy pre zvary“; ASME sekcia IX „Kvalifikácia zvárania, spájkovania a tavenia“.

záver:Pre väčšinu aplikácií špecifikujte minimálnu hrúbku krycej vrstvy po opracovaní 3,0 mm. Pre silné korózne prostredia (kyslý plyn, kyseliny, morská voda) špecifikujte 4,0–5,0 mm. Do špecifikácie konštrukcie vždy zahrňte prídavok na koróziu.

Pretože prekryvná vrstva je tenká (3–6 mm) a odolnosť proti korózii závisí od presnej chémie, kontrola kvality je kritickejšia ako pri konštrukcii z pevnej zliatiny. Každé prekrytie musí byť overené pozitívnou identifikáciou materiálu (PMI) a skontrolované ultrazvukovým testovaním (UT) alebo rádiografickým testovaním (RT).

Nickel Alloys PMI Verification and NDE

Požiadavky na kontrolu prekrytia zvaru

Tabuľka. Testy kontroly kvality pre prekrytie zvarom z niklovej zliatiny


Test	Účel	Metóda	Kritériá prijatia	Frekvencia	Štandardné
PMI (ID pozitívneho materiálu)	Overte chémiu prekrytia	XRF alebo OES	Cr, Mo, Nb v rámci špecifikácie; Fe Menšie alebo rovné limitu	100 % prekrytej plochy	ASTM E1621
Ultrazvukové testovanie (UT)	Zistiť nedostatok fúzie, pórovitosť	Priamy lúč alebo uhlový lúč	Žiadne indikácie > 20 % DAC	100 % plochy prekrytia	ASME V Art. 4, 5
Rádiografické testovanie (RT)	Zistite vnútorné chyby	X-lúče alebo gama žiarenie	Podľa ASME VIII UW-51	Bodové alebo 100% podľa špecifikácie	ASME V Art. 2
Kvapalný penetrant (PT)	Zistite povrchové trhliny	Viditeľné alebo fluorescenčné farbivo	Žiadne lineárne indikácie > 1,5 mm	100 % prekrytej plochy	ASME V Art. 6
Skúška tvrdosti	Overte súlad s NACE MR0175	Prenosný tvrdomer	Menšie alebo rovné 22 HRC (kyslá služba)	Podľa NACE MR0175 Tabuľka A.1	ASTM E10 / E18
Feritové číslo (ak je k dispozícii)	Nevyžaduje sa pre prekrytie Ni{0}}zliatiny	Feritový meter	N/A (austenitické)	N/A	ASTM A342
Metalografická skúška	Skontrolujte mikroštruktúru, riedenie	Prierez{0}}, lept	Žiadne praskliny, pórovitosť alebo nadmerné riedenie	Kvalifikácia podľa postupu	ASTM E3, E407

Zdroj: ASTM E1621-21 'Štandardná príručka pre elementárnu analýzu pomocou röntgenovej fluorescenčnej spektrometrie s disperznou vlnovou dĺžkou{{13}'; ASME kódex pre kotly a tlakové nádoby oddiel V (2023) články 2, 4, 5, 6; ASME sekcia VIII Div{7}} UW-51 „Rádiografické vyšetrenie zvarov“; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 Tabuľka A.1 „Požiadavky na tvrdosť pre uhlíkové a nízkolegované ocele“.

Časté chyby a ich príčiny

Tabuľka. Bežné chyby prekrytia zvarov - Príčiny a prevencia


Defekt	Vzhľad	Hlavná príčina	Prevencia	Detekčná metóda
Nedostatok fúzie	Lineárna indikácia na rozhraní	Nedostatočný prívod tepla, zlá technika	Zvýšte prúd, správnu rýchlosť jazdy	UT, RT
Pórovitosť	Okrúhle plynové vrecká v prekrytí	Znečistenie (olej, vlhkosť, oxid)	Vyčistite základný kov, použite suchý tmel, správny plynový štít	RT, UT
Horúce praskanie	Medzikryštalické trhliny v prekrytí	Vysoká zdržanlivosť, nesprávne poradie guľôčok	Kontrolujte prívod tepla, správny návrh spoja	PT, VT, metalografia
Nadmerné riedenie	Nízky Cr/Mo v prekrytí	Vysoký príkon tepla, nesprávna technika	Znížte intenzitu prúdu, ako prvú vrstvu použite GTAW	PMI, chemická analýza
Zahrnutie volfrámu	Svetlé častice v prekrytí	Kontakt elektródy GTAW so zvarovým kúpeľom	Udržujte správny odstup, používajte správnu elektródu	RT, VT
Zahrnutie trosky	Nepravidelné tmavé škvrny	Nesprávne čistenie medzipriechodu (FCAW, SAW)	Čistota medzi prechodmi, správna manipulácia s tavivom	RT, UT
Podrezanie	Drážka na špičke zvaru	Nadmerný prúd, nesprávna technika	Znížte intenzitu prúdu, správny uhol horáka	VT, PT

Zdroj: AWS D1.6/D1.6M-22 'Kód konštrukčného zvárania – nehrdzavejúca oceľ'; Špeciálne kovy „Pokyny pre zváranie zliatin niklu“ (2023); ASME sekcia IX QW-190 'Skúška a oprava zvarov'.

PMI overenie chémie prekrytia je povinné pre každú prácu. Kontrola UT alebo RT potvrdzuje integritu spoja. Pre kyslú prevádzku vyžaduje testovanie tvrdosti NACE MR0175. Všetky výsledky kontroly musia byť zdokumentované v protokole o skúške materiálu.

Prekrytie zvarom nie je „alternatívna“ metóda -, je výslovne uznaná a riadi sa návrhovými predpismi ASME. Prekryvnú vrstvu možno počítať ako prídavok na koróziu, ale nie ako hrúbku-zadržujúcu tlak, pokiaľ nie je výslovne kvalifikovaná a zdokumentovaná.

Požiadavky na kód pre prekrytie zvaru

Tabuľka. Požiadavky kódu ASME na konštrukciu prekrytia zvaru


kód	Odsek	Požiadavka	Ošetrenie prekrytím	Kľúčové poznámky
ASME VIII Div. 1	UG-16, UW-42	Minimálna hrúbka, postup zvárania	Prídavok na koróziu prekrytia =	Prekrytie nie je súčasťou tlakového dizajnu
ASME VIII Div. 1	UCL-30 až UCL-46	Obalte a zvarte prekrývacie nádoby	Prekrytie môže byť zahrnuté, ak je kvalifikované	Musí spĺňať požiadavky UCL-30
ASME VIII Div. 2	Časť D, článok D.11	Obloženie a zvarenie	Podobné ako Div. 1	Návrh-podľa-analýzy vyžadovanej pre prekrytie
ASME B31.3	Para{0}}	Obloženie a zváranie prekrývacieho potrubia	Prídavok na koróziu prekrytia =	Prekrytie môže byť použité pre tlak, ak je kvalifikované
ASME B31.3	Para{0}}	Postup prekrývania zvaru	Musí mať kvalifikáciu podľa ASME IX	PQR požadované pre každý proces prekrytia
ASME IX	QW-214, QW-283	Kvalifikácia postupu prekrývania zvaru	Overlay PQR vyžaduje chemickú analýzu	Musí preukázať kontrolu riedenia
NACE MR0175	ISO 15156-3	Kyslé servisné materiály	Prekrytie prijateľné pre základňu CS	Tvrdosť Menšia alebo rovná 22 HRC, kvalifikovaný postup

Zdroj: ASME kód kotla a tlakovej nádoby, oddiel VIII oddiel{0}} (2023) UG-16, UW-42, UCL-30 až UCL-46; ASME kód pre kotly a tlakové nádoby, oddiel VIII oddiel . 2 (2023) časť D článok D.11; ASME B31.3-2022 „Procesné potrubie“ odseky 323.4.2, 328.5.1; ASME kód kotla a tlakovej nádoby, oddiel IX (2023) QW-214, QW-283; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015.

Kedy môže byť prekrytie zahrnuté do hrúbky dizajnu

V predvolenom nastavení kódy ASME považujú prekrytie zvaru za prídavok na koróziu -, ktorý nie je zahrnutý vo výpočte-zádržnej hrúbky. Ak je však postup prekrytia kvalifikovaný na preukázanie plnej metalurgickej väzby a špecifikácia návrhu to výslovne povoľuje, možno pripočítať hrúbku prekrytia (mínus korózna tolerancia).

Tabuľka. Podmienky pre zahrnutie prekrytia do tlakového dizajnu


Podmienka	Požiadavka	Overenie	Odkaz
Plná metalurgická väzba	Žiadna fúzia, úplná fúzia na rozhraní	UT vyšetrenie, 100% pokrytie	ASME VIII UCL-30
Kvalifikovaný postup prekrytia	PQR s chemickou analýzou, mechanickými skúškami	Kvalifikácia ASME IX QW-283	ASME IX QW-214
Schválenie konštrukčnej špecifikácie	Inžinier musí schváliť prekryvný kredit	Vyžaduje sa písomná špecifikácia	ASME VIII UG-22
Prídavok na koróziu bol odpočítaný	Započítava sa iba zdravý kov nad povolenú koróziu	Prídavok na koróziu na UG-25	ASME VIII UG-25

Zdroj: ASME kód pre kotly a tlakové nádoby, sekcia VIII Div. 1 UCL-30 'Clad and Weld-Metal-Lided Vessels'; ASME sekcia IX QW-283 „Premenné zvárania pre prekrytie odolné voči korózii“; Bulletin WRC 447 „Smernice pre hodnotenie prekrývania zvarov v tlakových zariadeniach“ (1999).

Prekrytie zvaru je úplne v súlade s kódom-. V predvolenom nastavení sa s ním zaobchádza ako s prídavkom na koróziu a nie je zahrnuté v tlakovom návrhu. Ak to konštrukčná špecifikácia povoľuje, prekrytie môže byť pripočítané k hrúbke tlaku -, ale to si vyžaduje kvalifikované postupy a výslovné technické schválenie.

Zvarové prekrytie zliatinami niklu sa najčastejšie používa v odvetviach, kde je procesné prostredie vysoko korozívne, ale vzhľadom na veľkosť zariadenia je konštrukcia z pevnej zliatiny ekonomicky neatraktívna. Ropný a plynárenský priemysel je najväčším užívateľom, za ním nasleduje chemické spracovanie a výroba energie.

Nickel Alloys for Oil Gas Chemical and Power Generation

Príklady aplikácií podľa odvetvia

Tabuľka. Aplikácie prekrývania zvarov podľa priemyselného a servisného prostredia


priemysel	Vybavenie	Režim korózie	Typické prekrytie zliatiny	Hrúbka (mm)	Kód/Štandard
Ropa a plyn (proti prúdu)	Hlava studne, X-strom, škrtiace ventily	H2S, CO2, Cl⁻, morská voda	Zliatina 625	5–6	API 6A, API 17D, NACE MR0175
Ropa a plyn (stredný prúd)	Potrubie, telesá ventilov, telesá čerpadiel	H₂S, CO₂, mokrý plyn	Zliatina 625 alebo 825	3–5	ASME B31.3, NACE MR0175
Ropa a plyn (dolný prúd)	Hydrokrak, HDS reaktory	H2, H2S, vysoká teplota	Zliatina 625 alebo 825	4–5	API 934-A, NACE RP045
Petrochemický	Reaktorové nádoby, výmenníky tepla	Kyseliny, chloridy, H2S	Zliatina C-276 alebo C-22	4–6	ASME VIII, užívateľská špecifikácia
Chemický proces	Kyslé reaktory, práčky, potrubia	HCl, H2S04, H3P04, Cl2	Zliatina C-276 alebo C-22	5–6	ASME VIII, užívateľská špecifikácia
Generovanie energie	FGD absorbéry, potrubia, ventilátory	SO₂, HCl, mokrá práčka	Zliatina C-276 alebo C-22	4–6	ASTM, užívateľská špecifikácia
Odsoľovanie	Rúrkové dosky výmenníka tepla	Morská voda, vysoká teplota	Zliatina 625 alebo 825	3–4	ASTM, užívateľská špecifikácia
Marine/Offshore	Čerpadlá, ventily, rozvody morskej vody	Morská voda, biologické znečistenie	Zliatina 625	4–5	DNV, ABS, užívateľská špecifikácia
Buničina a papier	Digestory, bieliace práčky	NaOH, Cl02, H2S04	Zliatina C-276 alebo C-22	4–6	TAPPI, užívateľská špecifikácia

Zdroj: API 6A (21. vydanie, 2024) „Výstroj studní a stromov“; API 17D (3. vydanie, 2021) 'Subsea Production Systems'; API 934-A (3. vydanie, 2019) „Materiály a výroba 2¼Cr-1Mo a 3Cr-1Mo oceľových tlakových nádob s ťažkými stenami pre vysokoteplotné a vysokotlakové vodíkové služby“; NACE RP045-2003 „Prekrývacie zváranie pre vodíkové služby“; ASME B31.3-2022 „Procesné potrubie“; DNVGL-OS-F101 (2021) „Submarine Pipeline Systems“.

Prípadová štúdia: Prekrytie zariadením vrtu

Zariadenia podmorského vrtu a vianočné stromčeky fungujú v niektorých z najagresívnejších koróznych prostredí: morská voda zvonka, kyslý plyn (H₂S) a soľanka vo vnútri a teploty až 200 stupňov. Konštrukcia Solid Alloy 625 by stála 5–8× uhlíková oceľ. Zvarová vrstva zliatiny 625 na uhlíkovej oceli alebo nízkolegovanej oceli -(napr. AISI 4130, F22) poskytuje rovnakú odolnosť proti korózii pri 40–50 % nižšej cene.

Tabuľka. Prípadová štúdia - Subsea Wellhead Hub: Alloy 625 Overlay on F22 Steel


Parameter	Pevná zliatina 625	F22 + Prekrytie zliatiny 625	Úspory	Poznámky
Cena základného materiálu	55 USD/kg	4 USD/kg (F22)	o 90 % nižšie	F22 je nízko-legovaná Cr-Mo oceľ
Cena prekrytia	N/A	18 USD/kg (625 plniva + práca)	N/A	GTAW + GMAW proces
Celkové náklady na zhotovenie	$180,000	$95,000	o 47 % nižšia	Podľa špecifikácie API 6A
Dodacia lehota	16 týždňov	10 týždňov	O 6 týždňov rýchlejšie	F22 sa ľahko zvára, prekrytie je rutinou
Korózny výkon	Výborne	Vynikajúce (ekvivalentné)	To isté	Prekrytie kvalifikované podľa API 6A
Súlad s kódexom	API 6A, NACE MR0175	API 6A, NACE MR0175	To isté	Tvrdosť povlaku Menšia alebo rovná 22 HRC

Zdroj: API 6A (21. vydanie, 2024) „Výstroj studní a stromov“; NACE MR0175 / ISO 15156-3: 2015; Interné údaje projektu JN Alloys pre podmorský uzol ústia vrtu vyrobený v roku 2023; Špeciálne kovy 'INCONEL® Alloy 625' Data Sheet (2023).

Pre veľké, hrubostenné-zariadenia, kde je napadnutie koróziou obmedzené na vnútorný povrch, je prekrytie zvarom ekonomicky najlepšou voľbou. Pevná zliatina by mala byť vyhradená pre malé komponenty (vnútorné časti ventilov, armatúry nástrojov), kde je prekrytie nepraktické.

Špecifikácia prídavného kovu (klasifikácia AWS) určuje chémiu povlaku a odolnosť proti korózii. Pre prekrytie zliatiny 625 použite ERNiCrMo-3 alebo ERNiCrMo-4; pre prekrytie C-276 použite ERNiCrMo-4. Klasifikácia -4 má vyšší obsah Mo a je uprednostňovaná pre silne redukčné kyslé služby.

Klasifikácia prídavných kovov pre prekrytie zliatiny niklu

Tabuľka. Klasifikácia prídavného kovu AWS pre prekrytie zváraním z niklovej zliatiny


Klasifikácia AWS	UNS	Zodpovedajúca zliatina	Cr (%)	Mo (%)	Nb+Ta (%)	Primárna aplikácia
ERNiCr-3	N06082	Zliatina 600, 601	18–22	-	2.0–3.0	Vysoko{0}}oxidácia, rozdielne zvary
ERNiCrMo-3	N06625	Zliatina 625	20–23	8–10	3.15–4.15	Morská voda, H₂S, chloridy, všeobecná vrstva
ERNiCrMo-4	N10276	Zliatina C-276	14.5–16.5	15–17	-	Zníženie obsahu kyselín, silná korózia
ERNiCrMo-10	N06022	Zliatina C-22	20–22.5	12.5–14.5	-	Zmes kyselín, chlórnan
ERNiCrMo-14	N06686	Zliatina 686	19–23	15–17	-	Extrémne kyseliny, morská voda
ERNiFeCr-1	N08065	Zliatina 825	19.5–23.5	2.5–3.5	-	Kyslý plyn, kyselina sírová
ERNiMo-7	N10665	Zliatina B-2, B-3	Menšie alebo rovné 1,0	26–30	-	Kyselina chlorovodíková, redukčné prostredie

Zdroj: AWS A5.14/A5.14M:2018 „Špecifikácia pre nikel a nikel-zliatinové holé zváracie elektródy a tyče“; AWS A5.11/A5.11M:2017 „Špecifikácia pre niklové a niklové-zváracie elektródy na zváranie v tieninom kovovom oblúku“; Špeciálne kovy „Katalóg zváracích produktov“ (2023); Technické údaje Haynes International „Welding Filler Metals“ (2023).

Výber prídavného kovu podľa servisného prostredia

Tabuľka. Sprievodca výberom prídavného kovu - Prekrytie zliatiny niklu podľa prostredia korózie


Servisné prostredie	Režim korózie	Odporúčaná výplň	Alternatívne	Poznámky
Morská voda, soľanka	Cl⁻ jamky, štrbina	ERNiCrMo-3 (625)	ERNiCrMo-4	625 je štandard pre morskú vodu
kyslý plyn (H₂S)	SSC, HIC, SOHIC	ERNiCrMo-3 alebo ERNiFeCr-1	ERNiCrMo-4	Overte tvrdosť Menšia alebo rovná 22 HRC
Kyselina chlorovodíková	Všeobecná korózia	ERNiMo-7 (B-2/B-3)	ERNiCrMo-4	B-3 je výhodný pre HCl
Kyselina sírová	Všeobecná korózia	ERNiCrMo-4 alebo ERNiFeCr-1	ERNiCrMo-10	C-276 pre < 50 % H2S04
Zmiešané kyseliny (HCl + H2SO4)	Silná korózia	ERNiCrMo-4 alebo ERNiCrMo-10	ERNiCrMo-14	C-22 alebo 686 pre extrémnu službu
Vysokoteplotná{0} oxidácia	Oxidácia, karburizácia	ERNiCr-3	ERNiCrCoMo-1	Použitie pre > 900 stupňový servis
Žieravina (NaOH, KOH)	Žieravé praskanie	ERNiCr-3	ERNiCrMo-3	Plnivo Alloy 600 pre žieraviny
Odsírenie spalín	SO₂, HCl, mokrá práčka	ERNiCrMo-4	ERNiCrMo-10	C-276 je štandard pre FGD

Zdroj: NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 „Petrolejový a zemný plynárenský priemysel-Materiály na použitie v prostrediach obsahujúcich H₂S-“; Špeciálne kovy „Sprievodca výberom zliatin odolných voči korózii“ (2023); Technická brožúra Haynes International „Údaje o korózii“ (2023); Outokumpu „Príručka o korózii pre nehrdzavejúce ocele a zliatiny niklu“ (2021).

ERNiCrMo-3 (plnivo Alloy 625) je najuniverzálnejšia voľba pre všeobecné aplikácie prekrytia. ERNiCrMo-4 (plnivo C-276) sa uprednostňuje na použitie s ťažkými redukčnými kyselinami. Vždy overte chémiu prekrytia pomocou PMI, aby ste zabezpečili, že prídavný kov a postup zvárania dodajú požadovaný obsah Cr, Mo a Fe.