Hvordan påføres svejsebelægning for at skabe rustfrit stålbeklædt rør?

Det grundlæggende i svejsebeklædning

Svejsebelægning, også kendt som svejsebeklædning eller belægning, er en fremstillingsproces, der bruges til at skabe rustfrit stål beklædt rør ved at afsætte et korrosionsbestandigt legeringslag på den indvendige overflade af et billigere kulstof- eller lavlegeret stålstøtterør. I modsætning til rullebundne eller eksplosionsbundne metoder bygger svejseoverlejring beklædningslaget metallurgisk gennem fusionssvejsning. Processen involverer anvendelse af et automatiseret svejsesystem til at påføre successive, overlappende svejseperler langs hele rørets indre. Dette skaber et fuldt tæt, homogent rustfrit stållag, der er integreret bundet til basismaterialet. Den primære hensigt er at kombinere den mekaniske styrke og økonomi af kulstofstål med den specifikke korrosions-, erosion- eller højtemperaturbestandighed af en rustfri stållegering, hvilket resulterer i en omkostningseffektiv løsning til krævende servicemiljøer.

Primære svejseprocesser til overlejring

Påføringen af beklædningslaget opnås gennem automatiserede præcisionssvejseteknikker, der sikrer ensartethed og kvalitet. Valget af proces afhænger af faktorer som rørstørrelse, ønsket beklædningstykkelse, produktionshastighed og legeringssammensætning.

Submerged Arc Welding (SAW)

Nedsænket buesvejsning er en udbredt metode til svejsebeklædning på rør med stor diameter. Buen rammes under et tæppe af granulært smeltemiddel, som forhindrer atmosfærisk forurening, sprøjt og UV-stråling. SAW tilbyder høje aflejringshastigheder og dyb indtrængning, hvilket gør den effektiv til at påføre tykke beklædte lag. Det bruges typisk med strimmelelektroder (f.eks. 60 mm brede) for maksimal produktivitet og en glat, fortyndet overlejringsoverflade.

Gaswolframbuesvejsning (GTAW/TIG)

Gas-wolframbuesvejsning anvender en ikke-forbrugbar wolframelektrode og en inert beskyttelsesgas. Kendt for sin præcision og fremragende kontrol over varmetilførsel, producerer GTAW høj renhed, lav-fortynding svejseaflejringer. Dette er kritisk ved beklædning med højtydende legeringer som Inconel eller Hastelloy, hvor det er vigtigt at minimere blandingen af ​​kulstofstål fra basisrøret for at opretholde beklædningens korrosionsbestandighed. Det bruges ofte til mindre diametre eller den kritiske rodgennemgang.

Gasmetalbuesvejsning (GMAW/MIG)

Gas Metal Arc Welding bruger en kontinuerligt tilført forbrugsbar trådelektrode og beskyttelsesgas. Moderne automatiserede GMAW-processer, såsom Cold Metal Transfer (CMT), er yderst effektive til beklædning. CMT reducerer varmetilførslen drastisk, minimerer fortynding og forvrængning, samtidig med at det tillader højhastighedsafsætning. Dette gør den velegnet til en bred vifte af rørstørrelser og legeringstyper, hvilket giver en god balance mellem kvalitet og produktivitet.

Nøgleprocesparametre og kontrol

Vellykket svejsebelægning kræver streng kontrol over flere parametre for at garantere integriteten og ydeevnen af beklædningslaget. Afvigelse kan føre til fejl, der kompromitterer det endelige produkt.

• Varmeindgang: Præcis kontrol af strømstyrke, spænding og rejsehastighed er altafgørende. Overdreven varmetilførsel øger fortyndingen (procentdelen af ​​uædle metaller blandet ind i svejsningen), hvilket kan sænke krom- og nikkelindholdet i beklædningen og forringe dens korrosionsbestandighed. Det kan også forårsage overdreven forvrængning og resterende spændinger.
• Fortyndingskontrol: Målet er typisk at opnå fortyndingsniveauer under 10-15%. Teknikker som at bruge et "smørrende" lag, optimering af svejseparametre og anvendelse af oscillerende svejsehoveder hjælper med at minimere blanding af uædle metaller og sikre, at beklædningens kemi opfylder specifikationerne.
• Interpass temperatur: Styring af temperaturen mellem successive svejsegange er afgørende for at forhindre revner, især med austenitiske rustfrie stål, der er modtagelige for sensibilisering (udfældning af kromcarbid).
• Perleplacering og overlapning: Automatiserede systemer planlægger omhyggeligt brænderens vej for at sikre ensartet perlegeometri og tilstrækkelig overlapning (normalt 30-50%) mellem tilstødende perler. Dette eliminerer manglende fusionsdefekter og skaber et ensartet tykt beklædt lag.

Materialevalg: Forbrugsstoffer og basisrør

Udvælgelsen af svejsetilsætningsmaterialer definerer direkte beklædningslagets egenskaber. Fyldningsmetallet skal vælges ud fra den påkrævede korrosionsbestandighed, og ikke kun matche den nominelle legering.

Basisrøret, eller støttestålet, er typisk kulstofstål (f.eks. ASTM A106 Gr. B) eller lavlegeret stål. Dens primære funktion er at give strukturel styrke og trykdæmpning. Overfladen skal rengøres grundigt (ved slibning eller bearbejdning) og inspiceres før beklædning for at fjerne eventuelle oxider, kedelsten eller urenheder, der kan forårsage bindingsfejl.

Behandling og inspektion efter ansøgning

Når svejsebelægningen er påført, gennemgår det beklædte rør flere kritiske efterbehandlings- og verifikationstrin. Den indvendige beklædte overflade er ofte bearbejdet eller slibet for at opnå en jævn, endelig dimensionstolerance og for at fjerne eventuelle overfladeuregelmæssigheder, der kan fange forurenende stoffer eller hæmme flow. Røret udsættes derefter for et strengt batteri af ikke-destruktive undersøgelser (NDE). Dye Penetrant Testing (PT) eller Magnetic Particle Testing (MT) kontrollerer for overfladerevner. Ultralydstestning (UT) bruges i vid udstrækning til at måle den endelige beklædningstykkelse ensartet langs røret og til at detektere enhver mangel på binding mellem beklædningen og basismetallet. Til sidst varmebehandles røret, hvis det kræves af specifikationen (typisk varmebehandling efter svejsning til spændingsaflastning) og gennemgår hydrostatisk test for at validere dets trykintegritet som en sammensat struktur.

Fordele og begrænsninger ved svejseoverlejringsmetoden

Forståelse af fordele og ulemper ved denne metode er afgørende for korrekt materialevalg i projektdesign.

• Fordele: Tilbyder enestående designfleksibilitet til beklædning af komplekse geometrier som fittings, ventiler og rørbøjninger. Det giver mulighed for anvendelse af en bred vifte af legeringskvaliteter, herunder nikkelbaserede og koboltbaserede superlegeringer. Processen kan reparere beskadigede komponenter og opbygge slidte overflader. Det muliggør skabelsen af ​​"overgangsfuger" mellem uens metaller.
• Begrænsninger: Det er generelt en langsommere og mere arbejdskrævende proces sammenlignet med roll-bonding til lange, lige rørsektioner. Den cykliske opvarmning og afkøling kan indføre betydelige restspændinger. At opnå ekstremt lav fortynding kræver avanceret processtyring. Der er risiko for defekter som porøsitet, revner eller ufuldstændig fusion, hvis parametrene ikke er perfekt kontrolleret.

Afslutningsvis er det at skabe rustfrit stålbeklædt rør via svejsebelægning en sofistikeret, konstrueret proces, der omdanner et kulstofstålrør til et bimetalprodukt. Gennem omhyggelig kontrol af automatiseret svejsning, parametre og materialevidenskab leverer den en robust og økonomisk løsning, hvor korrosionsbestandighed og strukturel styrke er altafgørende.