Тот баспайтын болаттан жасалған құбыр парақтарды дәнекерлеу: технологиялар 

Тот баспайтын болаттан жасалған құбыр парақтарын дәнекерлеу технологиялары: әдісті таңдау және сапаны бақылау

Тот баспайтын болаттан жасалған құбырлардың парақтарын дәнекерлеу - жылу алмасу жабдығын өндірудегі маңызды кезең, мұнда технологияны таңдаудағы қате немесе технологиялық параметрлердің бұзылуы бүкіл қымбат бөліктен дереу бас тартуға әкеледі. Біздің тәжірибемізде болаттың әртүрлі маркалары үшін әмбебап режимдерді қолдану небәрі 6 ай жұмыс істегеннен кейін түйіршік аралық коррозияға әкеліп соқтырған жағдайларды бірнеше рет кездестірдік, бұл тұтынушыларды бүкіл өндірістік желілерді тоқтатуға мәжбүр етті. Тот баспайтын болаттан жасалған құбыр парақтарын дәнекерлеудің дұрыс технологиясы тек ГОСТ немесе ASME сәйкестігін ғана емес, сонымен қатар 500 ° C жоғары температурада жылу әсер ететін аймақта болатын металлургиялық процестерді терең түсінуді талап етеді.

Бұл мақаланы компанияның технологиялық инженерлері жазғанWuxi Kaisheng Electric Power and Petrochemical Equiment Co., Ltd., мұнай өңдеуге, химия өнеркәсібіне және энергетикаға арналған күрделі жылу алмастыру жабдықтарын әзірлеуге және өндіруге маманданған. Біздің тәжірибемізге титан құбырлы жылу алмастырғыштар, ASME жоғары қысымды қондырғылар және экзотикалық қорытпа өнімдері (N06625, C70600) кіреді. Біз материалтану бойынша оқулықтарды қайталамаймыз; Оның орнына біз шеберханадағы нақты жағдайларды талдаймыз, әдістердің салыстыру кестелерін көрсетеміз және 25 МПа қысымға төтеп бере алатын тігістің тығыздығына қол жеткізу үшін жабдықты орнату бойынша нақты ұсыныстар береміз. Жаппай өндіріс кезінде жұқа құбыр қабырғалары арқылы күйіп қалмау немесе торларды бұрмалау туралы сұраққа жауап іздесеңіз, бұл материал сізге бірнеше айлық тәжірибені үнемдейді.

Неліктен стандартты тәсілдер жиі баспайтын болаттан жұмыс істемейді

Stainless steel is a capricious material. Unlike carbon steels, it has a low thermal conductivity coefficient (about 3 times lower than that of conventional steel) and a high linear expansion coefficient. Бұл дәнекерлеу аймағынан жылу тез таралмайды, бірақ жиналып, жергілікті қызып кетуді тудырады. Біздің клиенттеріміздің бірі диаметрі 800 мм құбыр парақтарының бұралу мәселесіне тап болды, себебі бұл факторды елемеуге болады: олар қара болатпен бірдей токтарды қолданды, бұл құбырларға арналған саңылаулардың 1,5 мм-ге жылжып кетуіне әкеліп соқтырды, бұл түтік бумасын механикалық модификациясыз орнату мүмкін болмады.

Сонымен қатар, хром карбидтерінің тұнбаға түсуін болдырмау өте маңызды. 450-ден 850°C-қа дейін қыздырылған кезде хром көміртегімен қосылып, түйіршіктердің шекараларын азайтады және дәнекерленген жікті коррозияға осал етеді. Тот баспайтын болаттан жасалған құбырларды дәнекерлеу технологиялары металдың осы температура терезесінде қалу уақытын қатаң бақылауы керек. Көміртегі мөлшері 0,03%-дан аспайтын көміртегі мөлшері төмен болаттарды (таңбалары 304L, 316L немесе олардың аналогтары 03Х17Н14М3) пайдалануды ұсынамыз, бұл дәнекерлеудің идеалды емес жағдайында да сенсибилизация қаупін іс жүзінде жояды.

Әдістердің салыстырмалы талдауы: TIG, плазмалық және лазерлік дәнекерлеу

Дәнекерлеу әдісін таңдау өндіріс жылдамдығын ғана емес, сонымен қатар өнімнің соңғы құнын да анықтайды. Бүгінгі таңда нарықта үш негізгі технология басым: TIG/GTAW, плазмалық дәнекерлеу және лазерлік дәнекерлеу. Әрбір әдістің өзінің физикалық шектеулері мен экономикалық тауашалары бар. Төменде біз 321 тот баспайтын болат, C46400 жез және мыс-никель компоненттерін шығаратын дүкеніміздегі нақты жұмыс көрсеткіштеріне негізделген егжей-тегжейлі салыстыруды ұсынамыз.

TIG welding (GTAW)бір реттік өндіру және жөндеу үшін «алтын стандарт» болып қала береді. Ол құрастырудағы кішігірім қателерді кешіреді және ваннаның қалыптасуын көзбен бақылауға мүмкіндік береді. Дегенмен, мыңдаған құбыр қосылымдары бар жылу алмастырғыштарды жаппай шығарған кезде, қол еңбегі тығырыққа айналады. Автоматтандырылған TIG станциялары жылдамдықты арттырады, бірақ әлі де салыстырмалы түрде кең жылу әсерінен зардап шегеді.

Plasma weldingорташа сериялар үшін тамаша теңгерімді ұсынады. Сығылған доға жоғары жылдамдықта терең енуді қамтамасыз етеді. Біздің тәжірибемізде плазмаға көшу дәнекерлеушілер санын көбейтпей-ақ торлар өндірісін 40%-ға арттыруға мүмкіндік берді. Мұнда негізгі нюанс - әрбір құбырға қатысты оттықты орталықтандыру үшін мамандандырылған құрылғыларды пайдалану қажеттілігі. Осьтің аздап жылжуы біркелкі емес енуге әкеледі.

Лазерлік дәнекерлеуүлкен көлемдер үшін таңдау болып табылады. Процестің жылдамдығы керемет, ал деформациялар аз калориялық құндылыққа байланысты. Бірақ айтарлықтай шектеу бар: лазер идеалды құрастыру геометриясын қажет етеді. If the pipe fits into the grid opening with a gap of more than 0.1 mm, the laser beam will simply pass through the gap without melting the edges. We only use laser after introducing precision machining of holes to H7/g6 tolerance, which is especially important when working with expensive alloys such as titanium or nickel.

Бетті дайындау және құрастыру: табыстың жасырын факторлары

Дайындық ұқыпсыз орындалса, тіпті ең жетілдірілген дәнекерлеу қондырғысы қосылымды сақтай алмайды. Тот баспайтын болаттан жасалған оксид қабықшасының балқу температурасы негізгі металға қарағанда айтарлықтай жоғары. Егер ол жойылмаса, ол қосындылар түрінде тігісте қалады, коррозия қалталарын жасайды және тығыздықты азайтады. Жұмысқа кіріспес бұрын, тот баспайтын болаттан жасалған щеткаларды пайдаланып, дәнекерлеу аймағын шетінен кемінде 20 мм еніне дейін міндетті түрде механикалық тазалауды талап етеміз. Көміртекті болатты өңдеуден кейін щеткаларды қолдануға қатаң тыйым салынады - бұл гидрлеуге және тотқа әкеледі.

Майсыздандыру – екінші маңызды кезең. Майдың, таңбалау бояуының немесе саусақ іздерінің қалдықтары жоғары температурада ыдырап, сутегі мен көміртекті бөледі. Біздің тәжірибемізде тігістердің кеуектілігіне байланысты 50 тордың партиясын қабылдамаған жағдай болды. Тергеу барысында жұмысшылардың тамақ өнеркәсібі үшін арнайы майсыздандыру құралдарының орнына майлы қабық қалдыратын кәдімгі еріткіш пайдаланғаны анықталды. Ережені біліңіз: бетінің тазалығы тері тесіктерінің болмауына тікелей әсер етеді.

Құбыр мен тордағы тесік қабырғасының арасындағы алшақтық минималды болуы керек, бірақ балқыманың енуі үшін жеткілікті. Оңтайлы диапазон жұқа қабырғалы құбырлар үшін 0,05-0,15 мм (2 мм-ге дейін). Үлкен саңылаулармен құбырдың ішкі жағынан жану қаупі немесе тігістің түбінде балқымау қаупі артады. To fix the pipes before welding, we use the expansion method only partially to ensure tight contact, but leaving room for gases to escape from the gap to avoid the formation of air pockets.

Тамырларды қорғау және кері жуу

Тот баспайтын болаттарды дәнекерлеу кезінде дәнекерлеудің артқы жағын қорғау алдыңғы жағын қорғау сияқты маңызды. Contact of hot metal with atmospheric oxygen instantly leads to oxidation (“sugar” coating), which cannot be removed mechanically without damaging the channel geometry. The technology for welding stainless steel tube sheets necessarily includes the organization of a gas chamber or local purging of the internal cavity of the pipes with argon.

Қорғаныс ортасындағы O2 мазмұнын бақылау үшін индикатор пасталарын немесе оттегі өлшегіштерін пайдалануды ұсынамыз. Оттегі деңгейі 50 ppm (0,005%) аспауы керек. Нақты жағдайларда шеберханалар көбінесе тігістің түсін визуалды бағалаумен шектеліп, мұны елемейді. Есіңізде болсын: ашық сабан түсі қолайлы, көк немесе сұр реңк қызып кету мен тотығуды көрсетеді, ал қара түс абсолютті ақау болып табылады. Әрекет: кері тазарту желісіне шығын өлшегіштерін орнатыңыз және аргон ағынын (әдетте 5-8 л/мин) салқындату циклі бойы бақылаңыз.

Автоматты дәнекерлеуге арналған қадамдық ережелер (TIG/Plasma)

Қайталанатын нәтижелерді қамтамасыз ету үшін біз ішкі PED және ASME сапа стандарттарына сәйкес келетін қатаң жұмыс процесін әзірледік. Осы қадамдарды орындау адам факторының әсерін барынша азайтуға мүмкіндік береді. Бұл ереже өндірісімізде қолданылатын жартылай автоматты және автоматты жүйелерге қолданылады.

1. Жабдықты калибрлеу және газды сынау.Өзгертпес бұрын, аргонның тазалығын (4.8 немесе 5.0 класы) және сызықтардағы ылғалдың жоқтығын тексеру қажет. Ылғалды газ сутегі кеуектілігінің негізгі себебі болып табылады. Вольфрам электродының күйін тексеріңіз: оны TIG үшін 30-45 градус конуспен қайрау немесе плазма үшін дұрыс пішіндеу керек. Доғалы электрод доғаны тұрақсыздандырады және қыздыру орнын кеңейтеді.
2. Іске қосу параметрлерін орнату.Құбыр қабырғасының қалыңдығына сәйкес дәнекерлеу тогын орнатыңыз. For a pipe with a diameter of 25 mm with a wall of 2 mm, the optimal current is 60–75 A. It is important to set the mode for a smooth increase in current (upslope) and decrease (downslope). A sharp start of the arc can cause a burn at the ignition point, and a sharp break can cause a crater at the end of the weld, which will become a crack under load. Ваннаны бірте-бірте кристалдану үшін еңістің төмен түсу уақыты кемінде 1,5 секунд болуы керек.
3. Позициялау және процестің басталуы.Автоматты басы буынға қатаң перпендикуляр жақындауы керек. It is better to ignite the arc on a copper lining or away from the joint with subsequent exit to the seam (for complex systems), or use high-frequency ignition without touching. Шеттерін қоспасыз жылыту үшін доғаны 0,5-1 секунд ұстап тұру арқылы дәнекерлеуді бастаңыз.
4. Негізгі процесс және қосымша жабдықтау.Оттықтың қозғалысы біркелкі болуы керек. Толтырғыш сымды пайдаланған кезде (егер саңылауларды толтыру қажет болса), оны газдан қорғауды бұзбай дәнекерлеу пулының алдыңғы жағына салыңыз. A common mistake made by beginners is to insert the wire directly into the arc column, which causes spattering and disrupts the stability of the process. Бас айналу жылдамдығы (егер орбиталық дәнекерлеу қолданылса) ені 1,5-2 мм үлпектерді алу үшін эксперименталды түрде таңдалады.
5. Аяқтау және кейінгі тазарту.Шеңберді аяқтағаннан кейін немесе тігісті аяқтағаннан кейін алауды дереу алып тастамаңыз. Аргон ағынын вольфрам мен дәнекерлеу 400°C-тан төмен толығымен салқындағанша 5–10 секундқа жалғастырыңыз (ақудан кейінгі). Бұл ыстық металдың тотығуына жол бермейді. Осыдан кейін ғана басты келесі буынға ауыстыруға болады.

Маңызды ескерту: кратер толтыру арнайы технологиясынсыз қосылыстың ортасында дәнекерлеу процесін ешқашан үзбеңіз. If an accident occurs (voltage surge, wire break), the stopping point must be completely cleaned with a flap wheel to healthy metal and welding must be started again, overlapping the previous section by 10 mm.

Сапаны бақылау және кемшіліктерді анықтау

Дайын түтік парағын тұтынушыға кешенді тексерусіз жіберу мүмкін емес. Көрнекі тексеру (VT) бірінші жол болып табылады, бірақ ол ішкі ақауларды анықтамайды. In accordance with our internal standards, which strengthen the requirements of GOST R 52630 and ASME Sec VIII Div 1, we use the following non-destructive testing (NDT) methods.

Пенетранттық тестілеу (PT).Тот баспайтын болаттан жасалған барлық дәнекерленген қосылыстар үшін міндетті процедура. Пенетрантты қолдану бетінде пайда болатын микрожарықтарды, кеуектерді және синтездің болмауын анықтауға мүмкіндік береді. Біз 2-ші сезімталдық класының контрастты бояғыштарын қолданамыз. Біз тігістен негізгі металға өту аймақтарына ерекше назар аударамыз. 1,5 мм-ден асатын кез келген көрсеткішті жөндеу қажет.

Гидравликалық сынақтар.Бұл бүкіл жинақтың тығыздығына арналған интегралды сынақ. The grate is plugged on one side and water is supplied under pressure exceeding the operating pressure by 1.25–1.5 times (usually 2.0–2.5 MPa for standard heat exchangers). Қысымның әсері кем дегенде 30 минутты құрайды. Қысымның төмендеуі немесе құбырлардың ұштарында су тамшыларының пайда болуы тесіктердің ақауларын көрсетеді. Біздің тәжірибемізде визуалды тексеруден өткен тігістердің шамамен 3% жасырын тесіктерге байланысты гидравликалық ағып кетеді.

Ультрадыбыстық зерттеу (UT) және рентгенография (RT).Олар таңдаулы түрде немесе аса маңызды жоғары қысымды қондырғылар үшін қолданылады. Ультрадыбыстық синтездің жетіспеушілігінің тереңдігін бағалауға мүмкіндік береді, ал рентген тігіс құрылымының толық бейнесін береді. Дегенмен, жұқа қабырғалы құбырлар үшін (3 мм-ден аз) рентгенография ақау мен негізгі металл арасындағы радиацияны сіңірудегі шағын айырмашылыққа байланысты жиі ақпаратсыз, сондықтан біз жаппай өндіріс үшін PT + Hydraulics комбинациясын таңдаймыз.

Типтік ақаулар және оларды жою әдістері

• Астыңғы кесулер.Ток тым жоғары болғанда немесе дәнекерлеу жылдамдығы тым жоғары болғанда пайда болады. Құбырдың көлденең қимасын әлсіретіңіз. Жылдамдықтың төмендеуімен аршу және қайта дәнекерлеу арқылы жойылады.
• Кеуектілік.Газды нашар қорғаудың немесе бетінің ластануының салдары. Ақаулы аймақты толық кесуді талап етеді. Кеуектерді жергілікті дәнекерлеуге жол берілмейді, өйткені газ металлда қалады.
• Тамырдың енуінің болмауы.Көбінесе үлкен саңылаумен лазерлік дәнекерлеу кезінде кездеседі. Бөлшекті тазарту немесе бос орынды толтыру үшін TIG көмегімен қайта салу керек.

Легірлеуші элементтердің процесс технологиясына әсері

Тот баспайтын болаттың барлық сорттары бірдей дәнекерленбейді. Химиялық құрамын түсіну материалдың әрекетін болжауға көмектеседі. Мысалы, аустенитті болаттар (304, 316) дән шекараларында төмен балқитын эвтектиканың түзілуіне байланысты ыстық крекингке бейім. To combat this, ferritizing elements (silicon, niobium) are added to filler materials, which change the structure of the weld and increase its resistance to cracking.

Дуплексті болаттар (2205, 2507) жылуды енгізуді одан да қатаң бақылауды қажет етеді. Олардың екі фазалы құрылымы (аустенит + феррит) қызып кеткенде бұзылуы мүмкін, бұл коррозияға төзімділігі мен соққы беріктігінің төмендеуіне әкеледі. Дуплекстерді дәнекерлеу кезінде біз 100-150 ° C-тан жоғары өтуге жол бермей, жоларалық температураны қатаң қадағалаймыз. Өткелдер арасында суды мәжбүрлі салқындату жиі қажет, бұл кәдімгі тот баспайтын болаттарға тән емес.

Құрамында титан немесе ниобий бар тұрақтандырылған болаттар (321, 347) түйіршікаралық коррозияға төзімді, бірақ титан атмосферамен белсенді әрекеттесуге бейім. Therefore, argon protection for such brands should be as effective as possible, possibly using additional screens or chambers with a controlled atmosphere. Мұнай өңдеу өнеркәсібіндегі тұтынушыларымыз үшін 321 болат құбыр парақтарын өндіру кезінде ескеретін талаптар осы.

Экономикалық аспектілері және өндірісті оңтайландыру

The implementation of advanced stainless steel tube sheet welding technologies always involves finding a balance between capital expenditure and operational efficiency. Лазерлік кешенді сатып алу жұмыс жүктемесі 2-3 ауысымда және стандартты өнімдерге тапсырыстардың үлкен портфолиосы болған жағдайда ғана ақталады. Өнімді жиі ауыстыратын шағын көлемді өндіріс үшін айналмалы позициялары бар икемді TIG ұяшықтары үнемді шешім болып қала береді.

Біз бір дәнекерленген қосылыстың құнын талдадық. Қолмен TIG кезінде шығындар ең алдымен жалақы қорынан тұрады (70% дейін). Автоматтандыру кезінде жалақының үлесі 20%-ға дейін төмендейді, бірақ амортизациялық аударымдар мен күрделі электроникаға қызмет көрсету құны артады. Алайда сынықтарды 5%-дан 0,5%-ға дейін төмендету қайта өңдеуге және қымбат металды жоғалтуға орасан зор үнемдеуді қамтамасыз етеді. Бір ақаулы 316Ti болат немесе никель қорытпасы торы дәнекерлеу роботын бір айға жалға алу құнынан асады.

It's also worth considering consumables. Жоғары сапалы вольфрам, таза аргон және калибрленген толтырғыш сым олардың аналогтарына қарағанда қымбатырақ, бірақ оларды пайдалану қайта дәнекерлеуге арналған тоқтау санын азайтады. Біздің тәжірибемізде сертификатталған шығын материалдарына көшу жабдықтың тоқтап қалуын 15%-ға қысқартты.

Жиі қойылатын сұрақтар

AISI 304 дәнекерлеу үшін толтырғыш сымның қандай маркасын таңдауым керек?

AISI 304 (08Х18Н10) болат дәнекерлеу үшін іс жүзінде стандарты ER308L сымы (Sv-04Х19Н11). «L» әрпі түйіршікаралық коррозияның алдын алу үшін маңызды болып табылатын көміртегінің төмен мөлшерін білдіреді. Кәдімгі ER308 пайдалану тек жоғары температурада агрессивті ортада жұмыс істемейтін құрылымдар үшін рұқсат етіледі. Егер сіз 400 ° C жоғары температурада жұмыс істейтін құрылымды дәнекерлейтін болсаңыз, төмен көміртекті модификацияны таңдау міндетті болып табылады.

Тот баспайтын құбырды көміртекті тормен дәнекерлеу мүмкін бе?

Ұқсас металдарды (тот баспайтын болат + көміртекті болат) тікелей дәнекерлеу сынғыш құрылымдар мен гальваникалық коррозия қаупіне байланысты өте дұрыс емес. Стандартты шешім - биметалдық адаптер втулкаларын пайдалану немесе құбырларды орнатпас бұрын көміртекті тордағы тесіктің шеттеріне аустениттік жабын қабатын қолдану. Бұл жағдайда алдымен буфер ретінде қызмет ететін ER309L сымының қабаты дәнекерленген, содан кейін ғана бұл қабатқа тот баспайтын құбыр дәнекерленген.

Қандай газды қолданған дұрыс: таза аргон немесе қоспа?

Түбірлік өтулер мен жұқа қабырғалы құбырлар үшін (3 мм-ге дейін) тек таза аргонды (99,998%) пайдаланыңыз. Гелий қосу жылу беруді және дәнекерлеу жылдамдығын арттыруы мүмкін, бірақ доғаның тұтануын қиындатады және қымбатырақ жабдықты қажет етеді. Дәнекерлеу бетінің тазалығын жақсарту үшін автоматты дәнекерлеу кезінде сутегінің аз мөлшерін (2-5%-ға дейін) қосу тек аустениттік болаттар үшін рұқсат етіледі, бірақ ферритті және мартенситті болаттар үшін, сондай-ақ сутегі крекингінің қаупіне байланысты түбірлік өтулер үшін қатаң тыйым салынады.

Қорытынды

Тот баспайтын болаттан жасалған құбырларды дәнекерлеу технологиялары толық автоматтандыруға және параметрлерді нақты уақыттағы цифрлық басқаруға қарай дамиды. Дегенмен, металлургияның іргелі принциптері өзгеріссіз қалады: тазалық, құрастыру дәлдігі және дұрыс термиялық жағдайлар сапалы байланыстың үш тірегі болып табылады. Осы факторлардың кез келгенін елемеу қымбат жылу алмастырғышты тұрақты проблемалар мен апаттық тоқтатулардың көзіне айналдырады.

Wuxi Kaisheng LLC-дегі тәжірибеміз білікті қызметкерлер мен заманауи жабдықтарға салынған инвестиция өнімнің сенімділігінде ақталатынын көрсетеді. Біз 316 тот баспайтын болаттан жасалған гофрленген түтік байламдарынан бастап, кеме жасау және теңіз суын тұщыту үшін қалдық жылу қазандықтары мен ауа салқындатқыштарына дейінгі жобаларға арналған арнайы шешімдерді ұсынамыз. Сапаны бақылауды және жиектерді дайындауды үнемдемеңіз - бұл сіздің жабдықтың тұтастығының негізі болып табылады.

Егер сіз болаттың нақты маркалары (титан, мыс-никель қорытпалары, легирленген болаттар) үшін дәнекерлеу режимдерін таңдауда қиындықтарға тап болсаңыз немесе қолданыстағы технологиялық процестің аудитін қажет етсеңіз, біздің команда сарапшылық кеңес беруге дайын. Біз жеке дәнекерлеу карталарын әзірлеуге және заманауи жабдықтармен жұмыс істеуге кадрларды оқытуға маманданамыз.Бүгін бізге хабарласыңызқиындықтарыңызды талқылау және тәжірибелі инженерлерден техникалық қолдау алу. Сондай-ақ біздің бөлімді оқып шығуды ұсынамызproduction of tube sheetsматериалдар мен өңдеу стандарттары туралы қосымша ақпарат алу үшін.