Kako se nanosi zavareni sloj za izradu cijevi obložene nehrđajućim čelikom?

Osnove oblaganja zavarenim slojem

Prekrivanje zavara, također poznato kao oblaganje zavara ili površinska obrada, je proizvodni proces koji se koristi za stvaranje cijev obložena nehrđajućim čelikom nanošenjem sloja legure otporne na koroziju na unutarnju površinu jeftinije potporne cijevi od ugljika ili niskolegiranog čelika. Za razliku od metoda spajanja na valjku ili spajanja eksplozijom, sloj zavarivanja metalurškim putem zavarivanja taljenjem gradi obloženi sloj. Proces uključuje korištenje automatiziranog sustava za zavarivanje za nanošenje uzastopnih, preklapajućih zrnaca zavarivanja duž cijele duljine unutrašnjosti cijevi. Ovo stvara potpuno gust, homogen sloj od nehrđajućeg čelika koji je integralno vezan za osnovni materijal. Primarna namjera je kombinirati mehaničku čvrstoću i ekonomičnost ugljičnog čelika sa specifičnom otpornošću na koroziju, eroziju ili visoke temperature legure nehrđajućeg čelika, što rezultira isplativim rješenjem za zahtjevna radna okruženja.

Primarni postupci zavarivanja za nanošenje prekrivanja

Primjena obloženog sloja postiže se automatiziranim, preciznim tehnikama zavarivanja koje osiguravaju dosljednost i kvalitetu. Izbor postupka ovisi o čimbenicima kao što su veličina cijevi, željena debljina obloge, brzina proizvodnje i sastav legure.

Zavarivanje pod praškom (SAW)

Zavarivanje pod praškom je prevladavajuća metoda za oblaganje zavarenih slojeva na cijevima velikog promjera. Luk se pali ispod pokrivača granuliranog topljivog fluksa koji sprječava atmosfersku kontaminaciju, prskanje i UV zračenje. SAW nudi visoke stope taloženja i duboku penetraciju, što ga čini učinkovitim za nanošenje debelih obloženih slojeva. Obično se koristi s trakastim elektrodama (npr. široke 60 mm) za maksimalnu produktivnost i glatku, razrijeđenu površinu.

Zavarivanje s plinskim volframom (GTAW/TIG)

Plinsko lučno zavarivanje koristi volframovu elektrodu koja nije potrošna i inertni zaštitni plin. Poznat po svojoj preciznosti i izvrsnoj kontroli nad unosom topline, GTAW proizvodi zavarene naslage visoke čistoće i niske razrijeđenosti. Ovo je kritično kada se oblaže legurama visokih performansi kao što su Inconel ili Hastelloy, gdje je minimiziranje miješanja ugljičnog čelika iz osnovne cijevi ključno za održavanje otpornosti obloge na koroziju. Često se koristi za manje promjere ili kritične prolaze korijena.

Plinsko elektrolučno zavarivanje (GMAW/MIG)

Plinsko elektrolučno zavarivanje koristi potrošnu žičanu elektrodu s kontinuiranim napajanjem i zaštitni plin. Moderni automatizirani GMAW procesi, kao što je Cold Metal Transfer (CMT), vrlo su učinkoviti za obloge. CMT drastično smanjuje unos topline, minimizirajući razrjeđivanje i izobličenje, dok omogućuje taloženje velikom brzinom. To ga čini prikladnim za širok raspon veličina cijevi i vrsta legura, nudeći dobru ravnotežu između kvalitete i produktivnosti.

Ključni procesni parametri i kontrola

Uspješno preklapanje zavara zahtijeva strogu kontrolu nad nekoliko parametara kako bi se zajamčila cjelovitost i izvedba obloženog sloja. Odstupanje može dovesti do nedostataka koji ugrožavaju konačni proizvod.

• Unos topline: Precizna kontrola amperaže, napona i brzine kretanja je najvažnija. Prekomjerni unos topline povećava razrjeđivanje (postotak osnovnog metala umiješanog u zavar), što može smanjiti sadržaj kroma i nikla u placiru, smanjujući njegovu otpornost na koroziju. Također može uzrokovati prekomjerno izobličenje i zaostala naprezanja.
• Kontrola razrjeđivanja: Cilj je obično postići razine razrjeđenja ispod 10-15%. Tehnike kao što su korištenje sloja "maslaca", optimiziranje parametara zavarivanja i korištenje oscilirajućih glava za zavarivanje pomažu minimizirati miješanje osnovnih metala i osiguravaju da kemijski sastav presvučenog sloja zadovoljava specifikacije.
• Interpass temperatura: Upravljanje temperaturom između uzastopnih prolaza zavarivanjem ključno je za sprječavanje pucanja, posebno kod austenitnih nehrđajućih čelika koji su osjetljivi na senzibilizaciju (taloženje krom karbida).
• Postavljanje kuglica i preklapanje: Automatizirani sustavi precizno planiraju putanju plamenika kako bi osigurali dosljednu geometriju zrna i dovoljno preklapanja (obično 30-50%) između susjednih zrna. Ovo eliminira nedostatke fuzije i stvara ravnomjerno debeo obloženi sloj.

Odabir materijala: potrošni materijal i osnovne cijevi

Odabir dodatnog materijala za zavarivanje izravno definira svojstva platiranog sloja. Dodatni metal mora se odabrati na temelju potrebne radne otpornosti na koroziju, a ne samo na temelju nazivne legure.

Osnovna cijev ili čelik za podlogu obično je ugljični čelik (npr. ASTM A106 gr. B) ili niskolegirani čelik. Njegova primarna funkcija je osigurati strukturnu čvrstoću i zadržati pritisak. Površina se mora temeljito očistiti (brušenjem ili strojnom obradom) i pregledati prije oblaganja kako bi se uklonili svi oksidi, kamenac ili onečišćenja koja bi mogla uzrokovati nedostatke pri spajanju.

Obrada i inspekcija nakon prijave

Nakon što se nanese zavareni sloj, obložena cijev prolazi nekoliko kritičnih koraka dorade i provjere. Unutarnja obložena površina često se strojno obrađuje ili brusi kako bi se postigla glatka, konačna dimenzijska tolerancija i kako bi se uklonile sve površinske nepravilnosti koje bi mogle zarobiti kontaminante ili spriječiti protok. Cijev se zatim podvrgava rigoroznoj seriji ispitivanja bez razaranja (NDE). Ispitivanje prodorom boje (PT) ili ispitivanje magnetskim česticama (MT) provjerava površinske pukotine. Ultrazvučno ispitivanje (UT) se intenzivno koristi za mjerenje konačne debljine obloge ravnomjerno duž cijevi i za otkrivanje bilo kakvog nedostatka veze između obloge i osnovnog metala. Konačno, cijev se toplinski obrađuje ako to zahtijeva specifikacija (obično toplinska obrada nakon zavarivanja radi smanjenja naprezanja) i podvrgava se hidrostatskom ispitivanju kako bi se potvrdio njezin tlačni integritet kao kompozitne strukture.

Prednosti i ograničenja metode zavarivanja

Razumijevanje prednosti i nedostataka ove metode ključno je za pravilan odabir materijala u dizajnu projekta.

• Prednosti: Nudi iznimnu fleksibilnost dizajna za oblaganje složenih geometrija kao što su fitinzi, ventili i koljena cijevi. Omogućuje primjenu širokog raspona vrsta legura, uključujući superlegure na bazi nikla i kobalta. Procesom se mogu popraviti oštećene komponente i nakupiti istrošene površine. Omogućuje stvaranje "prijelaznih spojeva" između različitih metala.
• Ograničenja: To je općenito sporiji i radno intenzivniji proces u usporedbi s lijepljenjem na valjku za duge, ravne dijelove cijevi. Cikličko zagrijavanje i hlađenje može dovesti do značajnih zaostalih naprezanja. Postizanje iznimno niskog razrjeđenja zahtijeva naprednu kontrolu procesa. Postoji rizik od nedostataka poput poroznosti, pukotina ili nepotpunog spajanja ako parametri nisu savršeno kontrolirani.

Zaključno, stvaranje cijevi obložene nehrđajućim čelikom putem zavarenog sloja je sofisticiran, projektiran proces koji transformira cijev od ugljičnog čelika u bimetalni proizvod. Preciznom kontrolom automatiziranog zavarivanja, parametara i znanosti o materijalima, pruža robusno i ekonomično rješenje gdje su otpornost na koroziju i čvrstoća konstrukcije najvažniji.