Cum se aplică suprapunerea de sudură pentru a crea țevi placate cu oțel inoxidabil?

Elementele fundamentale ale acoperirii cu suprapunere de sudură

Suprapunerea de sudură, cunoscută și sub numele de placare sau suprafață de sudură, este un proces de fabricație utilizat pentru a crea teava placata din otel inoxidabil prin depunerea unui strat de aliaj rezistent la coroziune pe suprafața internă a unei țevi de suport mai puțin costisitoare din oțel carbon sau slab aliat. Spre deosebire de metodele de lipire prin rulare sau lipire prin explozie, suprapunerea sudurii construiește stratul placat metalurgic prin sudare prin fuziune. Procesul presupune utilizarea unui sistem automat de sudare pentru a aplica cordonele de sudură succesive, suprapuse, pe toată lungimea interiorului țevii. Acest lucru creează un strat de oțel inoxidabil complet dens, omogen, care este lipit integral de materialul de bază. Intenția principală este de a combina rezistența mecanică și economia oțelului carbon cu rezistența specifică la coroziune, eroziune sau la temperatură ridicată a unui aliaj de oțel inoxidabil, rezultând o soluție rentabilă pentru mediile de service solicitante.

Procese primare de sudare pentru aplicarea suprapunerii

Aplicarea stratului placat se realizează prin tehnici de sudare automate, de precizie, care asigură consistență și calitate. Alegerea procesului depinde de factori precum dimensiunea țevii, grosimea dorită a placajului, rata de producție și compoziția aliajului.

Sudarea cu arc scufundat (SAW)

Sudarea cu arc scufundat este o metodă răspândită pentru placarea suprapusă de sudură pe țevi cu diametru mare. Arcul este lovit sub o pătură de flux fuzibil granular, care previne contaminarea atmosferică, stropirea și radiațiile UV. SAW oferă rate mari de depunere și penetrare adâncă, făcându-l eficient pentru aplicarea straturilor groase de acoperire. Este folosit de obicei cu electrozi cu bandă (de exemplu, 60 mm lățime) pentru o productivitate maximă și o suprafață netedă, diluată.

Sudare cu arc de tungsten cu gaz (GTAW/TIG)

Sudarea cu arc de tungsten cu gaz folosește un electrod de tungsten neconsumabil și un gaz de protecție inert. Cunoscut pentru precizia și controlul excelent asupra aportului de căldură, GTAW produce depozite de sudură de înaltă puritate, cu diluție scăzută. Acest lucru este esențial atunci când placarea cu aliaje de înaltă performanță precum Inconel sau Hastelloy, unde minimizarea amestecului de oțel carbon din țeava de bază este esențială pentru a menține rezistența la coroziune a placajului. Este adesea folosit pentru diametre mai mici sau trecerea critică a rădăcinii.

Sudare cu arc cu gaz metal (GMAW/MIG)

Sudarea cu arc metalic cu gaz folosește un electrod de sârmă consumabil alimentat continuu și gaz de protecție. Procesele moderne automatizate GMAW, cum ar fi Cold Metal Transfer (CMT), sunt foarte eficiente pentru placare. CMT reduce drastic aportul de căldură, minimizând diluția și distorsiunea, permițând în același timp depunerea de mare viteză. Acest lucru îl face potrivit pentru o gamă largă de dimensiuni de țevi și tipuri de aliaje, oferind un echilibru bun între calitate și productivitate.

Parametrii cheie și controlul procesului

Suprapunerea de succes a sudurii necesită un control strict asupra mai multor parametri pentru a garanta integritatea și performanța stratului placat. Abaterea poate duce la defecte care compromit produsul final.

• Intrare de căldură: Controlul precis al amperajului, tensiunii și vitezei de deplasare este primordial. Aportul excesiv de căldură crește diluția (procentul de metal de bază amestecat în sudură), ceea ce poate reduce conținutul de crom și nichel din placare, degradându-i rezistența la coroziune. De asemenea, poate provoca distorsiuni excesive și tensiuni reziduale.
• Controlul diluției: Obiectivul este de obicei atingerea unor niveluri de diluție sub 10-15%. Tehnici precum utilizarea unui strat de „ungere”, optimizarea parametrilor de sudare și utilizarea capetelor de sudare oscilante ajută la minimizarea amestecării metalelor de bază și asigură că chimia placată respectă specificațiile.
• Temperatura interpass: Gestionarea temperaturii între trecerile succesive de sudură este crucială pentru a preveni fisurarea, în special în cazul oțelurilor inoxidabile austenitice care sunt susceptibile la sensibilizare (precipitare de carbură de crom).
• Plasarea margelelor și suprapunerea: Sistemele automate planifică meticulos traseul torței pentru a asigura o geometrie consistentă a talonului și o suprapunere suficientă (de obicei 30-50%) între margelele adiacente. Acest lucru elimină defectele de lipsă de fuziune și creează un strat acoperit uniform gros.

Selectarea materialelor: consumabile și țevi de bază

Selectarea consumabilelor de sudare definește direct proprietățile stratului placat. Metalul de umplutură trebuie ales în funcție de rezistența la coroziune de serviciu necesară, nu doar în funcție de aliajul nominal.

Țeava de bază, sau oțel de suport, este de obicei oțel carbon (de exemplu, ASTM A106 Gr. B) sau oțel slab aliat. Funcția sa principală este de a oferi rezistență structurală și reținere a presiunii. Suprafața trebuie curățată temeinic (prin șlefuire sau prelucrare) și inspectată înainte de placare pentru a îndepărta orice oxizi, depuneri sau contaminanți care ar putea cauza defecte de lipire.

Prelucrare și inspecție post-aplicare

Odată ce suprapunerea de sudură este aplicată, conducta placată trece prin mai multe etape critice de finisare și verificare. Suprafața acoperită interioară este adesea prelucrată sau șlefuită pentru a obține o toleranță dimensională finală netedă și pentru a elimina orice neregularități ale suprafeței care ar putea capta contaminanții sau ar putea împiedica curgerea. Conducta este apoi supusă unei baterii riguroase de examinări nedistructive (NDE). Testarea cu colorant penetrant (PT) sau testarea particulelor magnetice (MT) verifică pentru fisuri de suprafață. Testarea cu ultrasunete (UT) este utilizată pe scară largă pentru a măsura grosimea finală a placajului uniform de-a lungul țevii și pentru a detecta orice lipsă de legătură între placarea și metalul de bază. În cele din urmă, conducta este tratată termic dacă este cerut de specificație (de obicei, tratament termic post-sudare pentru reducerea tensiunilor) și este supusă testării hidrostatice pentru a-și valida integritatea presiunii ca structură compozită.

Avantajele și limitele metodei de suprapunere a sudării

Înțelegerea avantajelor și dezavantajelor acestei metode este vitală pentru selecția corectă a materialului în proiectarea proiectului.

• Avantaje: Oferă o flexibilitate excepțională de proiectare pentru placarea geometriilor complexe, cum ar fi fitinguri, supape și coturi de țevi. Permite aplicarea unei game largi de grade de aliaje, inclusiv superaliaje pe bază de nichel și cobalt. Procesul poate repara componentele deteriorate și poate forma suprafețe uzate. Permite crearea de „articulații de tranziție” între metale diferite.
• Limitări: În general, este un proces mai lent și mai laborios în comparație cu lipirea prin rulare pentru secțiunile lungi și drepte de țeavă. Încălzirea și răcirea ciclică pot introduce tensiuni reziduale semnificative. Obținerea unei diluții extrem de scăzute necesită un control avansat al procesului. Există riscul de defecte precum porozitatea, fisurarea sau fuziunea incompletă dacă parametrii nu sunt controlați perfect.

În concluzie, crearea unei țevi placate cu oțel inoxidabil prin suprapunere de sudură este un proces sofisticat, proiectat, care transformă o țeavă din oțel carbon într-un produs bimetalic. Prin controlul meticulos al sudării automate, al parametrilor și al științei materialelor, oferă o soluție robustă și economică în care rezistența la coroziune și rezistența structurală sunt primordiale.