تکنیک‌های پاکسازی برگشتی برای محاسبه نرخ جریان گاز جوشکاری لوله‌های فولادی ضد زنگ

ریشه جوش تمیز نشده روی لوله فولاد ضد زنگ یا آلیاژ نیکل یکی از رایج ترین - و گرانترین - علل رد میدان است. هنگامی که داخل یک اتصال در هنگام جوشکاری در معرض هوا قرار می گیرد، اکسیژن و نیتروژن با فلز داغ و غنی از کروم{3}} واکنش داده و لایه نازک اکسیدی را که به آلیاژ مقاومت در برابر خوردگی می دهد، از بین می برند.

نتیجه یک لایه ناهموار، تغییر رنگ و اغلب پوسته پوسته است که به عنوان "قند کننده" شناخته می شود، و اتصالی است که تست هیدروتست، PMI یا صلاحیت خوردگی را انجام نمی دهد. پاکسازی برگشتی با پرکردن گاز بی اثر داخل لوله قبل و در حین جوشکاری از این امر جلوگیری می کند، اما درست کردن آن بستگی به انتخاب روش صحیح و محاسبه سرعت جریان و زمان تصفیه دارد که در واقع لوله را از هوا بدون ایجاد تلاطم پاک می کند. این راهنما تکنیک‌های اصلی پاک‌سازی پشتی مورد استفاده در ساخت لوله‌های فولادی ضد زنگ و آلیاژ نیکل را مقایسه می‌کند و ریاضیات مبادله حجم-برای اندازه‌گیری صحیح نرخ‌های جریان پاکسازی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

پاکسازی برگشتی چیست و چرا برای جوش لوله های فولادی ضد زنگ اهمیت دارد؟

جوشکاری قوسی تنگستن گاز (GTAW) و فرآیندهای مشابه، بالای حوضچه جوش را با یک گاز مشعل محافظت می‌کنند، اما سطح زیرین یک{0}}مفصل ریشه باز در معرض هر اتمسفر داخل لوله قرار می‌گیرد. فولادهای زنگ نزن آستنیتی (304/316)، گریدهای دوبلکس و فوق دوبلکس، و آلیاژهای نیکل مانند Inconel 625 و Hastelloy C276 همگی برای مقاومت در برابر خوردگی به یک لایه نازک اکسید کروم{6}}خود ترمیم شونده متکی هستند. در دماهای جوشکاری، آن لایه از بین می‌رود و اگر اکسیژن و نیتروژن در داخل لوله وجود داشته باشد، یک لایه اکسید جدید و معیوب روی ریشه ایجاد می‌شود - که به صورت کاه، آبی یا سیاه- تغییر رنگ خاکستری و در موارد شدید به صورت یک سطح "شکردار" شکننده و پوسته‌دار دیده می‌شود.

ریشه های قندی دقیقاً در مکانی که بیشتر در معرض سیال فرآیندی است مقاومت به خوردگی را کاهش می دهند و باعث افزایش تنش می شوند که می تواند باعث ایجاد ترک در خدمات چرخه ای یا خورنده شود. به همین دلیل است که پاکسازی مجدد یک مرحله اجباری است - نه یک اصلاح اختیاری - برای هر کد-جوش لوله آلیاژی ضد زنگ یا نیکل، و به همین دلیل است که مشخصات ساخت و معیارهای بازرسی مانند نمودار مرجع تغییر رنگ AWS D18.2، ASME BPE برای سیستم‌های با خلوص{{0}، MPE، MPE و NN1515. برای سرویس ترش همه سطوح قابل قبول اکسیداسیون ریشه مرجع.

کدام روش پاکسازی پشتی را باید از - پاکسازی سد (شاخه) یا جریان مداوم-از طریق پاکسازی استفاده کرد؟

پاکسازی سد حجم کمی را در اطراف محل اتصال با استفاده از سدهای قابل جابجایی که در داخل لوله در دو طرف جوش قرار می‌گیرند، جدا می‌کند، بنابراین فقط آن بخش محدود نیاز به پاکسازی دارد - که زمان تصفیه را کوتاه می‌کند و مصرف گاز را به میزان قابل توجهی در مقایسه با پاک‌سازی کل قرقره کاهش می‌دهد. برعکس، جریان-از طریق پاکسازی، کل لوله یا مجموعه ساخته شده را به عنوان یک حجم پاکسازی در نظر می‌گیرد، گاز را در یک طرف وارد می‌کند و هوای جابجا شده را از طرف دیگر خارج می‌کند. نیازی به سد ندارد اما با افزایش طول یا پیچیدگی لوله، بیشتر طول می کشد و گاز بیشتری مصرف می کند. نوع سوم، پاکسازی محفظه یا چادر، ناحیه اتصال (یا کل اتصالات، آرنج یا سه راهی) را در یک محفظه انعطاف پذیر محصور می کند و معمولاً در جاهایی استفاده می شود که نمی توان سدها را قرار داد، مانند اتصالات انشعابات پیچیده.

انتخاب عموماً به هندسه و تکرارپذیری بستگی دارد: ساخت قرقره فروشگاهی با اتصالات کوتاه زیاد باعث افزایش سرعت سدها می‌شود، در حالی که-پیوند خط لوله متقاطع{1}}و لوله مداری-به{3}}جوش‌های لوله معمولاً از جریان-از طریق جریان-برای پاکسازی استفاده می‌کنند، زیرا هیچ راه عملی برای پاکسازی وجود ندارد.

چگونه می توان نرخ جریان گاز تصفیه را برای قطر لوله معین محاسبه کرد؟

نقطه شروع حجم داخلی بخش در حال پاکسازی است:

V=π × (ID / 2)² × L

که در آن ID قطر داخلی لوله و L طول منطقه پاکسازی (فاصله بین سدها یا طول کامل قرقره برای جریان-از طریق تصفیه) است. هنگامی که حجم مشخص شد، نرخ جریان مورد نیاز مستقیماً از زمان پاکسازی هدف و تعداد تبادلات حجمی مورد نیاز برای رسیدن به سطح اکسیژن ایمن تبعیت می‌کند:

Q = (V × N) / t

Q نرخ جریان است، V حجم منطقه پاکسازی-، N تعداد تبادلات حجم کامل است (معمولاً 4 تا 10، که در بخش بعدی مورد بحث قرار می گیرد)، و t زمان پاکسازی هدف است. مثال کار شده: یک لوله 6 اینچی برنامه 40 دارای قطر داخلی حدود 154 میلی متر است. در یک بخش سد 3 متری، حجم پاکسازی V=π × (0.077 متر) × 3 متر ≈ 0.056 متر مکعب یا تقریباً 56 لیتر است. برای دستیابی به 6 تبادل حجم کامل در یک پاکسازی 8 دقیقه ای، نرخ جریان مورد نیاز Q=(56 L × 6) / 8 دقیقه ≈ 42 L/min است.

در عمل، اکثر روش‌ها از یک جریان دو مرحله‌ای استفاده می‌کنند: سرعت جریان اولیه بالاتر برای جاروب کردن بخش عمده هوا به‌سرعت، و به دنبال آن یک جریان «بازدارنده» بسیار کمتر - اغلب فقط 5 تا 15 لیتر در دقیقه برای لوله‌های کوچک-حفظه - که در حین جوشکاری حفظ می‌شود تا فشار مثبت خفیفی را که قبلاً از قبل فرو ریخته نشده است، حفظ کند. سرعت جریان هرگز نباید آنقدر زیاد شود که سرعت گاز متلاطم شود. تلاطم مجدداً-هوای را که پاکسازی می‌خواهد حذف کند، وارد می‌کند و همچنین می‌تواند سدها را منفجر کند، بنابراین رویه‌ها معمولاً سرعت کم و ثابت را به جای سریع‌ترین پر کردن ممکن هدف قرار می‌دهند.

چند تعویض حجم لوله برای رسیدن به سطح ایمن اکسیژن لازم است؟

جابجایی هوا از یک لوله -برای-یک بار تعویض - نیست. به همین دلیل است که غلظت اکسیژن در چند تعویض اولیه به سرعت کاهش می‌یابد و سپس بسیار آهسته‌تر کاهش می‌یابد، و چرا به سادگی محاسبه زمان پاکسازی از حجم و سرعت جریان، جایگزینی برای تأیید سطح واقعی اکسیژن با یک آنالایزر اکسیژن مدرج شده در دریچه یا ریشه جوش قبل از برخورد به قوس نیست.

این ارقام نشان‌دهنده هستند، - پایه‌های مرده، سوپاپ‌ها، پورت‌های نمونه و آب‌بندی ضعیف سد، همگی بازده واقعی- پاکسازی جهانی را در مقایسه با مدل رقیق‌سازی نظری کاهش می‌دهند، دقیقاً به همین دلیل است که نظارت بر اکسیژن، و نه تعداد مبادله به تنهایی، مبنای تصمیم‌گیری{2}}به{4}خلاص شدن{4} است.

قبل از ضربه زدن به قوس، توسط خانواده آلیاژ چه محتوای اکسیژنی را باید هدف قرار دهید؟

نمودار مرجع تغییر رنگ AWS D18.2 رنگ اکسید جانبی قابل مشاهده ریشه را با غلظت تقریبی اکسیژن مرتبط می‌کند و به طور گسترده به عنوان یک بررسی میدانی عملی استفاده می‌شود: یک ریشه نی روشن، نقره‌ای یا روشن معمولاً مربوط به یک اتصال خوب-پاک‌شده است، در حالی که سطوح آبی، بنفش، خاکستری یا سیاه به اندازه کافی سیگنال‌های رنگ‌آمیزی سطح را به اکسی کاهش داده‌اند.

گریدهای دوبلکس و سوپر دوبلکس به محدودیت اکسیژن کمی نسبت به زنگ نزن آستنیتی استاندارد نیاز دارند نه تنها برای جلوگیری از تغییر رنگ، بلکه به دلیل اینکه اکسیژن اضافی در ریشه می تواند تعادل فریت{0}}آستنیت و حفظ نیتروژن را مختل کند که به فولادهای دوبلکس استحکام و مقاومت در برابر خوردگی آنها را می دهد. آلیاژهای نیکل، با محتوای کروم و مولیبدن بالاتری که دارند، به طور مشابه حساس هستند، و سیستم‌های{2}}با خلوص بالا که برای ASME BPE ساخته شده‌اند، یک آینه{3}}نیاز به پایان بیش از حد مجاز اکسیژن اضافه می‌کنند.

آرگون در مقابل نیتروژن در مقابل آرگون{2}}هیدروژن

آرگون کاملاً بی اثر، متراکم تر از هوا است (که به ته نشین شدن و نگه داشتن آن در بخش های لوله افقی کمک می کند) و اساساً با هر گرید ضد زنگ و آلیاژ نیکل سازگار است، به همین دلیل است که گاز تصفیه پیش فرض مشخص شده در اکثر مشخصات روش جوشکاری است. نیتروژن هزینه کمتری دارد و به طور گسترده در دسترس است، و فولاد زنگ نزن آستنیتی استاندارد را به طور موثری پاکسازی می کند، اما نسبت به گریدهای دوبلکس و سوپر دوبلکس کنترل شده نیتروژن بی اثر نیست، جایی که جذب نیتروژن کنترل نشده در ریشه می تواند تعادل فاز مورد نظر را تغییر دهد. همچنین برای چندین آلیاژ نیکل که نیتروژن می تواند تشکیل نیترید ناخواسته را تحریک کند، نامناسب است.

مخلوط‌های آرگون-معمولاً 2 تا 5 درصد هیدروژن، ریشه‌ای روشن‌تر و بدون اکسید-در ضد زنگ آستنیتی ایجاد می‌کنند و می‌توانند زمان پاکسازی را اندکی کوتاه کنند، اما هیدروژن خطر شکنندگی واقعی را در دوبلکس، فوق‌دوبلکس، و بارش معینی ایجاد می‌کند قبل از انتخاب در برابر WPS خاص و مشخصات مواد تأیید شده است.

سدهای پاکسازی چگونه باید قرار گیرند و از چه موادی باید استفاده کنید؟

قرار دادن سد یک معامله مستقیم است-: نزدیک‌تر کردن سدها به محل اتصال، حجم پاکسازی و در نتیجه زمان تصفیه را کاهش می‌دهد، اما فضای کمتری برای ورودی و دریچه ایجاد می‌کند تا جریان صاف و غیر متلاطم را در سرتاسر ریشه جوش برقرار کند. یک نقطه شروع عملی 100 تا 150 میلی متر از محل اتصال در هر طرف برای لوله با قطر کوچک و متوسط ​​است، که برای قطرهای بزرگتر به سمت بالا تنظیم می شود، جایی که جریان برای تثبیت به فاصله بیشتری نیاز دارد.

سدهای کاغذی محلول در آب-برای ساخت قرقره کارگاهی متداول هستند زیرا پس از جوشکاری حل شده و شسته می‌شوند و هیچ مرحله حذفی باقی نمی‌مانند. سدهای لاستیکی بادی قابل استفاده مجدد هستند و به خوبی برای اتصالات میدانی-که تجهیزات مشابه بسیاری از اتصالات را پاکسازی می‌کنند، مناسب هستند. و برای سه راهی‌ها، کاهنده‌ها و سایر هندسه‌های نامنظم، بلوک‌های فوم شکل یا نوار{2}}تخلیه دمای بالا برای آب‌بندی اطراف نمایه داخلی اتصالات استفاده می‌شود. در هر حالتی، دریچه باید به گونه‌ای باشد که فشار را کاهش دهد بدون اینکه اجازه خروج آنقدر داده شود که سد شل شود - شکست سد در اواسط-جوش یکی از شایع‌ترین دلایل تخلیه از دست دادن جو خود در قسمتی از اتصال است.

رایج ترین اشتباهات پاکسازی کمر که باعث ایجاد قند یا نقص جوش می شود چیست؟

جوشکاری قبل از تأیید سطح اکسیژن هدف - با تکیه بر زمان پاکسازی ثابت به جای خواندن واقعی اکسیژن.

سرعت جریان خیلی بالا تنظیم شده، جریانی آشفته ایجاد می‌کند که دوباره-هوا را به‌جای بیرون راندن هوا در قسمت جلوی گاز، دوباره به منطقه پاکسازی مخلوط می‌کند.

نشتی یا نصب نامناسب سدها، به ویژه در فلنج ها، شیرها یا اتصالات انشعابی که مشخصات داخلی نامنظم است.

بدون دریچه، یا دریچه ای که خیلی کوچک است، باعث افزایش فشار می شود که می تواند سد را منفجر کند یا لوله نازک-دیواره را منحرف کند.

تغییر نوع گاز تصفیه بدون بررسی سازگاری آلیاژ، به‌ویژه با استفاده از نیتروژن یا آرگون{0}}آمیختگی هیدروژن در اتصالات دوبلکس یا آلیاژ نیکل.

عدم حفظ یک جریان "بازدارنده" ثابت کم در طول جوشکاری، که به هوای بیرون اجازه می‌دهد تا از طریق یک جوش چند{0}}طولانی به منطقه پاکسازی بازگردد.

سوالات متداول

س: حداقل زمان پاکسازی برای جوشکاری لوله فولادی ضد زنگ چقدر است؟

پاسخ: حداقل زمان کلی وجود ندارد - زمان پاکسازی بستگی به حجم-پاکسازی منطقه، سرعت جریان و سطح اکسیژن هدف دارد و باید با Q=(V × N) / t محاسبه شود و سپس به جای اینکه به عنوان یک قاعده ثابت ثابت اعمال شود، با یک آنالایزر اکسیژن تأیید شود.

س: آیا می توان از نیتروژن به جای آرگون برای پاکسازی پشت استفاده کرد؟

پاسخ: نیتروژن برای فولاد زنگ نزن آستنیتی استاندارد 300- قابل قبول است، اما باید از آن در آلیاژهای نیکل دوبلکس، فوق دوبلکس و حساس به نیتروژن اجتناب شود، جایی که برداشت نیتروژن کنترل نشده می تواند بر تعادل فاز یا متالورژی تأثیر بگذارد.

س: چه سطح اکسیژن قبل از جوشکاری لوله فولادی ضد زنگ قابل قبول است؟

پاسخ: اکثر مشخصات ساخت 50 تا 100 ppm برای ضد زنگ آستنیتی استاندارد، سفت شدن تا 25 تا 50 ppm برای آلیاژهای دوبلکس و نیکل و کمتر از 10 ppm برای سیستم‌های- با خلوص بالا را هدف قرار می‌دهند. مشخصات پروژه قابل اجرا و WPS بر رقم دقیق حاکم است.

س: چرا ریشه جوش حتی با اجرای پاکسازی آبی یا سیاه می شود؟

پاسخ: تغییر رنگ نشان می‌دهد که پاکسازی قبل یا در حین جوشکاری به سطح اکسیژن کافی پایین نرسیده است - دلایل رایج عبارتند از: زمان تصفیه ناکافی، نشتی سد، تنظیم سرعت جریان بسیار زیاد، یا شروع قوس قبل از تثبیت جو.

س: آیا سرعت جریان پاکسازی برگشتی در طول جوشکاری باید تغییر کند؟

پاسخ: بله - بیشتر رویه‌ها از سرعت جریان اولیه بالاتری برای خروج سریع هوا استفاده می‌کنند، سپس در حین جوشکاری به یک جریان بازدارنده بسیار کمتر کاهش می‌دهند تا فشار مثبت خفیفی بدون ایجاد تلاطم حفظ شود.

س: آیا پاکسازی برگشت توسط کد مورد نیاز است یا یک عمل توصیه شده است؟

پاسخ: الزامات توسط کد حاکم، مشخصات، یا WPS تنظیم می‌شوند، به‌جای اینکه کاربردهای مرزی - بسیاری از لوله‌کشی و فشار{1}}برای لوله‌های آلیاژی نیکل و زنگ نزن به آن نیاز دارند، و معیارهای پذیرش معمولاً بر اساس نمودار تغییر رنگ AWS D18.2 یا یک پروژه-محدودیت خاص اکسیژن ارجاع می‌شوند.