1. Pagrindinis suvirintų vamzdžių ekonominis pranašumas, palyginti su besiūliais, yra aiškus esant dideliam skersmeniui. Tačiau kokie yra būdingi techniniai ir metalurginiai pačios suvirintos jungties apribojimai ir kaip jie įtakoja vamzdžio taikymą kritinėje tarnyboje?
Pagrindinis suvirinto vamzdžio apribojimas yra metalurgiškai nevienalytės sistemos sukūrimas išilgai suvirinimo siūlės. Dėl šio nevienalytiškumo atsiranda galimų silpnų vietų, kurių nėra besiūliame vamzdyje.
Būdingi suvirinto jungties apribojimai:
Šilumos-paveiktos zonos (HAZ) minkštėjimas arba trapumas: suvirinimo terminis ciklas keičia netauriųjų metalų, esančių šalia suvirinimo siūlės, mikrostruktūrą. Dirbant-grūdintose CP klasėse (pvz., Gr2), HAZ gali atkaitinti ir išaugti grūdeliai, todėl vietinis mažesnio stiprumo ir kietumo regionas. 5 klasėje (Ti-6Al-4V) HAZ gali sukurti sudėtingą mikrostruktūrą su įvairiais fazių balansais, galinčiais sumažinti kietumą arba atsparumą korozijai.
Liekamieji įtempiai: Intensyvus, vietinis kaitinimas ir greitas aušinimas suvirinimo metu sukuria didelius liekamuosius tempimo įtempius, pirmiausia orientuotus išilgai išilgai suvirinimo siūlės. Šie įtempiai gali neigiamai paveikti veikimą tam tikromis sąlygomis, padidindami jautrumą įtempių korozijos įtrūkimams (SCC), jei yra specifinių teršalų, ir sumažindami nuovargio trukmę esant ciklinei slėginei apkrovai.
Galimi suvirinimo defektai: procesas iš prigimties yra jautrus tokiems defektams kaip poringumas (dėl dujų įstrigimo), susiliejimo trūkumas ir volframo įtraukimas (GTAW). Jie veikia kaip įtempių koncentratoriai ir gali būti nuovargio įtrūkimų ar korozijos atsiradimo vietos.
Geometriniai netobulumai: suvirinimo sutvirtinimas (dangtelis) ir bet koks galimas nesutapimas sukuria nukrypimą nuo idealios lygios kiaurymės ir išorinio skersmens. Tai gali sutrikdyti laminarinį srautą, sukelti turbulenciją ir sukurti plyšių vietas korozijai sukelti.
Įtaka kritinių paslaugų programai:
Šie apribojimai reiškia, kad suvirintam titano vamzdžiui dažnai taikomi griežtesni neardomojo bandymo (NDT) reikalavimai, pvz., 100 % rentgenografija (RT) arba automatinis ultragarsinis suvirinimo siūlės bandymas (UT). Paslaugoms, susijusioms su dideliu cikliniu slėgiu, ekstremaliomis temperatūromis arba labai toksiškomis / mirtinomis terpėmis, dažnai nurodomas garantuotas besiūlio vamzdžio homogeniškumas, siekiant pašalinti riziką, susijusią su išilginiu suvirinimu, nepaisant didesnių sąnaudų.
2. Sėkmingas titano suvirinimas visiškai priklauso nuo nepriekaištingo dujų ekranavimo. Kokius specifinius ekranavimo iššūkius kelia vamzdžio geometrija ir kokia specializuota įranga naudojama suvirintų vamzdžių gamybai?
Titano reaktyvumas aukštesnėje temperatūroje daro ekranavimą vieninteliu svarbiausiu veiksniu. Vamzdžio geometrija sukuria du pagrindinius iššūkius: apsaugoti išorinį suvirinimo baseiną ir HAZ ir, dar svarbiau, apsaugoti vidinį šaknies paviršių nuo oksidacijos.
Ekranavimo iššūkiai:
Vidinė šaknų apsauga (didžiausias iššūkis): kai suvirinama, vamzdžio jungties vidus įkaista iki temperatūros, kurioje greitai oksiduosis, jei bus veikiamas oro. Dėl šios vidinės oksidacijos susidaro trapus, užterštas sluoksnis, kuris labai pablogina atsparumą korozijai ir lankstumą.
Apsauga nuo užpakalio: sukietėjęs suvirinimo rutulys ir greta esantis HAZ išlieka karštas ir reaguoja ilgą laiką, kai degiklis praeina. Jie turi būti apsaugoti, kol atvės žemiau maždaug 425 laipsnių (800 laipsnių F), kad nepakeistų spalvos ir nesutrupėtų.
Specializuota ekranavimo įranga:
Vidinės valymo sistemos (privaloma): norint apsaugoti šaknį, vamzdžio vidus turi būti užtvindytas didelio -grynumo argonu. Tai pasiekiama naudojant:
Pripučiamos užtvankos arba valymo kištukai: jie įkišami į vamzdį abiejose suvirinimo jungties pusėse ir pripučiami, kad aplink suvirinimo vietą būtų sukurta sandari kamera. Tada kamera evakuojama ir užpildoma argonu. Deguonies matuokliai dažnai naudojami norint patikrinti, ar valymo atmosfera yra mažesnė nei 50–100 ppm O₂ prieš pradedant suvirinimą.
Išplėstiniai galiniai skydai: standartinis GTAW žibintuvėlis aprūpintas pagal užsakymą pagamintu-pailgu keraminiu arba metaliniu skydu, kuris tęsiasi kelis colius už degiklio. Šis prietaisas taip pat maitinamas argonu ir yra skirtas padengti karštą, kietėjantį suvirinimo metalą ir aušinimo HAZ, sudarydamas sluoksniuotą inertinių dujų antklodę.
Papildomų dujų aprėptis: esant dideliam skersmeniui, suvirintojai gali naudoti pagalbines dujų žarnas, nukreiptas į suvirinimo vietą, kad papildytų pirminius ir galinius skydus.
Puikiai suvirinta titano jungtis bus ryškiai sidabrinės spalvos. Bet koks spalvos pakitimo požymis (šiaudų, mėlynas, violetinis arba baltas) rodo didėjantį deguonies užterštumą ir galimai nepriimtiną suvirinimo siūlę.
3. Jūros vandens vamzdžių sistemai dizaineris gali pasirinkti suvirintą CP 2 klasės titaną dėl išlaidų. Kokie konkretūs neardomieji bandymo metodai yra būtini norint kvalifikuoti suvirinimo siūlę ir koks yra priėmimo kriterijus, tiesiogiai susijęs su vamzdžio atsparumu korozijai?
Norint užtikrinti ilgalaikį suvirinto titano vamzdžio vientisumą- korozinėje aplinkoje, pavyzdžiui, jūros vandenyje, būtina laikytis griežto NDT protokolo. Pagrindiniai metodai yra šie:
Radiografinis tyrimas (RT): tai labiausiai paplitęs tūrinio tyrimo metodas. Tai suteikia nuolatinį filmą arba skaitmeninį viso suvirinimo tūrio įrašą, efektyviai aptinkant tūrinius defektus, tokius kaip poringumas, šlako intarpai ir susiliejimo trūkumas. Tai puikiai tinka vidiniam suvirinimo tvirtumui įvertinti.
Dažų įsiskverbimo bandymas (PT): tai paviršiaus tyrimo metodas. Jis labai veiksmingas aptinkant smulkius, linijinius paviršiaus-lūžimo defektus, tokius kaip mikro-įtrūkimai, kraterio įtrūkimai ir suvirinimo pirštų susiliejimo trūkumas. Šie defektai yra labai svarbūs, nes jie gali būti nuovargio ar plyšių korozijos pradžios taškai.
Kritinis priėmimo kriterijus: spalvos pakitimas (vizualinis testas - VT)
Nors RT ir PT tikrina, ar nėra fizinių defektų, tiesiausias ir kritiškiausias korozijos tinkamumo kriterijus yra griežtas vizualinis spalvos pakitimo patikrinimas.
Priežastis: spalvos pakitimas yra vizualus atmosferos užterštumo indikatorius. Mėlynas, pilkas arba baltas atspalvis ant suvirinimo siūlės arba HAZ reiškia deguonies ir (arba) azoto pasisavinimą, dėl kurio susidaro trapus alfa{1}}dėklo sluoksnis. Šis užterštas sluoksnis labai sumažino atsparumą korozijai ir gali veikti kaip įtrūkimų pradžios vieta.
Pramonės standartas: griežčiausios specifikacijos (pvz., ASME B31.3 proceso vamzdynams) CP titano suvirinimo siūlėms leidžia naudoti tik šviesią šiaudų arba „saulės“ spalvą, todėl gali reikėti visiškai atmesti bet kokią suvirinimo siūlę, kurioje yra mėlynos, pilkos arba baltos spalvos atspalviai. Suvirinimo siūlę dažnai reikia iškirpti ir iš naujo{4}}suvirinti.
Todėl suvirinimo siūlės kvalifikavimas yra ne tik jo struktūrinis vientisumas (patikrinamas RT), bet ir metalurginis grynumas (patikrintas VT ir PT), kuris yra svarbiausias veiksnys nuo korozijos.
4. Didelio-grynumo chemijos ar farmacijos paslaugų atveju vamzdžio vidinio paviršiaus apdaila yra labai svarbi. Kokius unikalius iššūkius išsprendžia suvirinimo, tempimo ir atkaitinimo (WDA) procesas titano vamzdžiams ir kaip juo pasiekiama apdaila, panaši į besiūlius?
Ats.: didelio{0}}grynumo pramonės šakose būtinas lygus, be įtrūkimų ir valomas vidinis paviršius, kad būtų išvengta bakterijų augimo, produkto užteršimo ir spąstų. Standartinio suvirinto vamzdžio viduje yra sustiprintas rutulys (ID), o tai nepriimtina. WDA (suvirinimo, traukimo ir atkaitinimo) procesas yra specialiai sukurtas šiai problemai pašalinti.
WDA proceso išspręsti iššūkiai:
Vidinės suvirinimo briaunos pašalinimas: pagrindinis iššūkis yra vidinis sutvirtinimas, dėl kurio sutrinka srautas ir atsiranda valymo košmaras. WDA fiziškai pašalina šį karoliuką.
Grūdelių struktūros tobulinimas: suvirintoje HAZ konstrukcijoje{0} gali būti stambių, stulpelių pavidalo grūdelių. WDA patobulina šią mikrostruktūrą.
WDA proceso žingsniai:
1. Suvirinimas: juostelė formuojama ir suvirinama standartiniais metodais (dažniausiai plazminis lankinis arba lazerinis suvirinimas švaresnei, siauresnei siūlei).
2. Šaltasis tempimas (grimzdimas): Suvirintas vamzdis ištraukiamas per sukietintą štampą be įtvaro. Šis procesas:
Sumažina vamzdžio skersmenį ir sienelės storį.
Priverčia vidinę suvirinimo armatūrą tekėti į vidų ir „ištepti“ vidinį paviršių, veiksmingai pašalinant rutuliuką ir sukuriant sklandų, ištisinį ID.
3. Atkaitinimas: šaltai apdorotam vamzdžiui suteikiamas pilnas tirpalo atkaitinimas. Tai:
Pašalina įtampą, kurią sukelia šaltas tempimas.
Perkristalizuoja grūdėtumo struktūrą ir sukuria vienodą smulkiagrūdę{0}}mikrostruktūrą visoje netauriųjų metalų ir suvirinimo zonoje, o tai atkuria lankstumą ir optimizuoja atsparumą korozijai.
Galutinis WDA vamzdis turi vidinę paviršiaus apdailą, kuri praktiškai nesiskiria nuo besiūlio vamzdžio, o suvirinimo linija dažnai vos matoma. Suvirintos konstrukcijos lankstumo skersmuo, vidinis lygumas ir metalurginis vienodumas, reikalingas itin-aukšto-grynumo darbams.
5. Kl.: Lyginant suvirintą titano vamzdį su didelio našumo alternatyva, pvz., itin austenitiniu nerūdijančio plieno (pvz., 6Mo) suvirintu vamzdžiu chemijos gamyklai, kokie yra pagrindiniai apsisprendimo veiksniai, be pradinių medžiagų sąnaudų?
A: Pasirinkimas yra klasikinis{0}}paruošimas tarp aukščiausios kokybės, bet didesnio titano atsparumo korozijai ir 6Mo lydinio mažesnės kainos, bet konkretesnio veikimo.
Pagrindiniai sprendimai{0}}Varomieji veiksniai:
| faktorius | Suvirintas titanas (pvz., Gr2) | Suvirintas superaustenitas (pvz., N08367, S31254) | Poveikis atrankai |
|---|---|---|---|
| Atsparumo korozijai spektras | Išskirtinis, platus atsparumas chloridams (jūros vandeniui, sūrymui) ir oksiduojančioms terpėms (šlapiam chlorui, azoto rūgščiai). Mažai redukuojančių rūgščių (HCl, H2SO4) be inhibitorių. | Puikiai tinka chloridams ir redukuojančioms rūgštims. Jautrus SCC karštuose chloriduose ir veikiamas oksiduojančių rūgščių. | Titanas yra neprilygstamas jūros vandeniui, chlor-šarmams ir oksiduojančioms paslaugoms. 6Mo geriau tinka ne-oksiduojančioms rūgštims, tokioms kaip siera. |
| Jėga ir svoris | Mažesnis stiprumo{0}}svorio ir -svorio santykis nei 5 klasės, bet vis tiek mažesnis nei plieno tankis. | Didelis stiprumas (lyginamas su CP Ti), bet daug didesnis tankis. | Titanas leidžia sutaupyti svorio, o tai naudinga atraminėms konstrukcijoms. |
| Erozija{0}}Korozija | Puikus dėl savo kietos, tvirtos oksido plėvelės. | Geras, bet gali būti prastesnis už titaną didelio greičio{0}}smėliu-prikrautose srutose. | Titanas yra tinkamas didelio greičio{0}}jūros vandens arba abrazyvinių srutų paslaugoms. |
| Galvaninė korozija | Katodinis; gali pagreitinti mažiau tauriųjų metalų (pvz., anglinio plieno, vario lydinių) koroziją, jei yra sujungta. | Neutralesnis; mažiau rimtų galvaninio sujungimo problemų. | Titano sistemas reikia kruopščiai izoliuoti nuo kitų metalų, kad jos nebūtų pažeistos. |
| Gamyba ir priežiūra | Reikalingas didelio{0}}grynumo suvirinimas; specializuoti suvirintojai. Lengvai taisomas suvirinimas. | Lengviau suvirinti nei Ti, bet vis tiek reikia procedūrų kontrolės. Sunkiau pataisyti, jei susidaro sigmos fazė. | 6Mo gali turėti mažesnę gamybos riziką / sąnaudas. Titano taisomumas yra privalumas. |
| Gyvenimo ciklo kaina | Didesnė pradinė kaina, bet dažnai neprilygstamas tarnavimo laikas savo nišoje. | Mažesnės pradinės sąnaudos, tačiau agresyviausioje aplinkoje eksploatavimo laikas gali būti ribotas, todėl jį reikia pakeisti. | Dėl 20+ metų projektavimo chloridų aplinkoje titano ilgaamžiškumas, kuriam nereikia jokios priežiūros, dažnai yra ekonomiškiausias pasirinkimas. |
Išvada: sprendimas priklauso nuo konkrečios cheminės aplinkos. Jei procese naudojami karšti chloridai, oksidatoriai arba didelio greičio{1}}jūros vanduo, suvirintas titanas yra geriausias techninis pasirinkimas, pateisinantis jo pranašumą neprilygstamu ilgaamžiškumu. Suvirintas 6Mo nerūdijantis plėvelė yra tvirtas ir ekonomiškai patrauklesnis sprendimas.
