Inconel 625 Overlay Welding: رویه روکش فلزی برای لوله های کربن فولادی و قطعات داخلی کشتی

اینکونل 625جوشکاری پوششی فرآیند ذوب یک لایه نازک و مقاوم در برابر خوردگی-نیکل-کروم-مولیبدن روی لوله‌های فولادی کربنی کمتر- یا قطعات داخلی مخزن است. نتیجه یک جزء ترکیبی است که استحکام و اقتصاد فولاد کربنی را با مقاومت خوردگی و فرسایش یک آلیاژ نیکل ممتاز - با کسری از هزینه یک قطعه جامد Inconel 625 ترکیب می‌کند.

این راهنما به طور ساده توضیح می‌دهد که فرآیند چگونه کار می‌کند، از کدام روش‌های جوشکاری استفاده می‌شود، چگونه رقیق‌سازی کنترل می‌شود، و کدام کدها بر پذیرش حاکم هستند، تا مهندسان، خریداران و دانشجویان به طور یکسان بتوانند با اطمینان این روش را ارزیابی کنند.

جوشکاری روکش Inconel 625 چیست؟

جوشکاری پوششی Inconel 625 (که به آن روکش جوش نیز گفته می شود) یک فرآیند جوشکاری ذوبی است که یک یا چند لایه از فلز پرکننده Inconel 625 را بر روی سطح یک فلز پایه فولاد کربنی رسوب می دهد و بدون تغییر در نقش ساختاری ماده پایه، یک پوسته مقاوم در برابر خوردگی پیوند متالورژیکی ایجاد می کند.

زیرلایه فولاد کربنی بار مکانیکی - مهار فشار، پشتیبانی ساختاری و مقاومت ضربه - را حمل می‌کند، زیرا ساخت آن ارزان و آسان است. لایه Inconel 625، معمولاً 3 تا 6 میلی متر ضخامت پس از ماشینکاری، تنها در جایی رسوب می کند که سطح با سیال فرآیند خورنده یا فرسایشی مانند نفت خام ترش، آب دریا یا گاز اسیدی تماس پیدا کند. از آنجایی که این دو فلز در سطح اتمی ذوب می‌شوند، لایه پوششی تحت فشار و دمای سرویس، آنطور که یک آستر یا پوشش مکانیکی اعمال می‌شود، جدا نمی‌شود.

جدول 1 - خلاصه مقایسه ای روش های حفاظتی نیکل-از خوردگی آلیاژ-برای فولاد کربنی.

چرا به جای استفاده از Solid Inconel 625 فولاد کربنی روکش شده؟

جوشکاری روکش معمولاً در مقایسه با یک جزء جامد Inconel 625، هزینه مواد را 60 تا 80 درصد کاهش می‌دهد و در عین حال مقاومت در برابر خوردگی را در سطح خیس شده ارائه می‌کند، زیرا آلیاژ نیکل فقط در جایی که واقعاً مورد نیاز است استفاده می‌شود.

هزینه هر کیلوگرم اینکونل 625 چندین برابر بیشتر از فولاد کربنی است و ماشینکاری و جوشکاری در مقاطع ضخیم سخت تر است. در مخازن تحت فشار و قرقره های لوله، حمله خوردگی فقط در سطح داخلی در معرض سیال فرآیندی رخ می دهد - ضخامت دیواره حجیم صرفاً برای مقاومت در برابر فشار وجود دارد. جوشکاری پوششی به مهندسان امکان می دهد آلیاژ گران قیمت را فقط در نقطه حمله قرار دهند در حالی که فولاد کربنی کار ساختاری را انجام می دهد. مزایای اضافی عبارتند از:

• مجموع هزینه نصب شده کمتر برای لوله‌کشی با قطر بزرگ-، قسمت داخلی راکتور و کف مخزن.
•  

1. زمان کوتاه‌تر نسبت به تهیه پلیت یا لوله آلیاژ نیکل جامد{0}}که اغلب زمان تولید طولانی‌تری دارد.
2. امکان تعمیر یا افزایش عمر تجهیزات فولاد کربن موجود در میدان، جلوگیری از تعویض کامل.
3. انعطاف‌پذیری طراحی برای پوشش انتخابی فقط مناطق سایش بالا مانند آرنج، سه راهی، و انتقال جوش.

کدام فرآیندهای جوشکاری برای اعمال پوشش Inconel 625 استفاده می شود؟

چهار فرآیندی که بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند عبارتند از: جوشکاری با قوس تنگستن گاز (GTAW/سیم{0}داغ)، جوشکاری قوس فلزی گازی (GMAW)، جوشکاری با قوس زیردریایی (SAW) با الکترود نواری، و جوشکاری با قوس انتقال‌یافته پلاسما (PTA)، با روکش لیزری که برای کاربردهای کم{2}{1} استفاده می‌شود.

هر فرآیند نرخ رسوب، کنترل رقت و هزینه تجهیزات را به طور متفاوتی تغییر می دهد. انتخاب فرآیند به هندسه اجزاء (لوله‌های کوچک-در مقابل قطعات داخلی مخزن مسطح بزرگ)، محدودیت‌های رقت مورد نیاز و حجم تولید بستگی دارد.

جدول 2 - فرآیندهای جوشکاری مورد استفاده برای روکش پوششی Inconel 625، رتبه‌بندی شده بر اساس کنترل رقت و بهره‌وری.

مراحل روکش کردن گام به گام چیست؟

یک روش پوشش واجد شرایط Inconel 625 شش مرحله متوالی را دنبال می کند: آماده سازی بستر، پیش گرم کردن، صلاحیت روش جوشکاری، رسوب گذاری چند پاس، کنترل بین پاسی، و عملیات حرارتی پس از جوشکاری به اضافه بازرسی.

هر مرحله یک حالت خرابی خاص - آلودگی سطح، ترک خوردگی، رقیق شدن بیش از حد، یا تخلخل را کنترل می کند. دنباله زیر عملکرد استاندارد فروشگاه برای مخازن کد ASME-و قرقره های لوله را منعکس می کند.

• آماده سازی فلز پایه: سطح فولاد کربنی را آسیاب یا ماشین کاری کنید تا فلز روشن شود، رسوب آسیاب، اکسید و بقایای هیدروکربن از بین برود. قبل از جوشکاری سطح را بررسی کنید و لمینیت ها را با آزمایش اولتراسونیک (UT) بررسی کنید.
•  
• کاربرد پیش گرم کردن: فولاد کربنی را تا 100 تا 150 درجه (معمولاً به ازای هر WPS و معادل کربن مواد) از قبل گرم کنید تا خطر ترک‌خوردگی هیدروژن-در ناحیه تحت تأثیر حرارت-(HAZ) کاهش یابد.
•  
• ثبت صلاحیت روش (PQR): قبل از شروع جوشکاری تولید، یک کوپن صلاحیت را که خواص شیمی، رقت، سختی و خمش را تأیید می کند، جوش داده و آزمایش کنید.
•  
• رسوب لایه ریشه/اول: لایه اول را با یک فرآیند و مجموعه پارامتری که برای به حداقل رساندن رقت انتخاب شده است، رسوب دهید، زیرا این لایه دارای بالاترین برداشت آهن از فلز پایه است.
•  
• کنترل دمای بین گذر: دمای بین گذر را در محدوده مجاز (معمولا حداکثر 150 درجه) برای کنترل رشد دانه و جلوگیری از ورود گرمای بیش از حد حفظ کنید.
•  
• لایه دوم (لایه پایان): یک لایه روکش دوم را قرار دهید، دانه های جوش را از لایه اول جدا می کند تا پیکاپ آهن رقیق شود و شیمی نهایی مشخص شده در سطح در معرض دید به دست آید.
•  
• تکمیل سطح: سطح روکش شده را تا ابعاد نهایی آسیاب یا ماشین کاری کنید و از نظر پرداخت سطحی، زیر برش و عدم همجوشی بررسی کنید.
•  
• عملیات حرارتی پست{0}}جوشکاری (PWHT): برای کاهش تنش پسماند و بهبود مقاومت در برابر ترک، در جایی که طبق کد یا سرویس مورد نیاز است، عملیات حرارتی تسکین دهنده تنش را اعمال کنید (مثلاً سرویس ترش به ازای NACE MR0175/ISO 15156).
•  
• بازرسی نهایی و آزادسازی: قبل از اینکه قطعه برای سرویس رها شود، تست نفوذ رنگ (PT)، UT برای یکپارچگی باند، تجزیه و تحلیل نقطه شیمیایی (PMI) و تست سختی را انجام دهید.
•  

چگونه رقت در جوشکاری پوششی Inconel 625 کنترل می شود؟

رقیق‌سازی عمدتاً از طریق استراتژی رسوب‌گذاری دو لایه، ورودی حرارت کم و تکنیک همپوشانی مهره‌ای کنترل می‌شود، و محتوای آهن را در سطح در معرض کمتر از 5 درصد نگه می‌دارد تا مقاومت خوردگی Inconel 625 حفظ شود.

رقیق سازی عبارت است از اختلاط فلز پایه فولاد کربنی در حوضچه جوش نیکل{0}}. هنگامی که مشعل فلز پایه را ذوب می کند، آهن وارد حوضچه جوش می شود و میزان نیکل، کروم و مولیبدن رسوب را کاهش می دهد. اگر میزان آهن در سطح تقریباً از 5 تا 10 درصد بیشتر شود، مقاومت در برابر خوردگی روکش به آلیاژ{5} درجه پایین‌تر نزدیک می‌شود و دیگر نمی‌توان عملکرد واقعی Inconel 625 را در نظر گرفت. مهندسان رقت را از طریق:

• حداقل رسوب دو لایه - لایه اول بیشتر رقت آهن را جذب می کند. لایه دوم که به جای فولاد کربنی روی لایه اول رقیق شده قرار می گیرد، به شیمی اسمی Inconel 625 ختم می شود.
•  

آمپر کمتر و سرعت حرکت بیشتر - که انرژی قوس را کاهش می‌دهد، عمق ذوب فلز پایه را محدود می‌کند.

• همپوشانی مهره‌ای 40 تا 50 درصد - حتی همپوشانی از دره‌هایی که باعث گرمای ورودی بالاتر در پاس‌های بعدی می‌شوند جلوگیری می‌کند.
• -سیم سرد یا گرم-سیم GTAW - که منبع گرما را از نرخ تغذیه پرکننده جدا می‌کند، کنترل مستقلی بر نفوذ و رسوب می‌دهد.
• تأیید شیمیایی توسط PMI (شناسایی مواد مثبت) یا تجزیه و تحلیل طیف شناسی آزمایشگاهی روی سطح نهایی، نه فقط کوپن صلاحیت روش جوش.
•  

چه پارامترهای جوشکاری برای روکش Inconel 625 معمولی هستند؟

پارامترهای سیم داغ معمولی GTAW 180–260 A، 10–14 ولت و سرعت سفر 8–15 سانتی‌متر در دقیقه کار می‌کنند و در صورت کنترل مناسب، مهره‌ای به ضخامت تقریبی 2 تا 3 میلی‌متر در هر گذر با رقت 5 تا 10 درصد تولید می‌کنند.

پارامترهای دقیق همیشه توسط یک مشخصات روش جوشکاری واجد شرایط (WPS) تنظیم می‌شوند، اما محدوده‌های زیر نقطه شروعی هستند که در صنعت برای سوراخ‌کاری لوله و روکش داخلی مخزن استفاده می‌شوند:

جدول 3 - محدوده پارامترهای جوشکاری نمایندگی برای پوشش Inconel 625 بر اساس فرآیند (بر اساس یک WPS/PQR واجد شرایط تأیید کنید).

چه روش‌های کنترل و بازرسی کیفیت یک پوشش سازگار را تأیید می‌کند؟

روکش سازگار با Inconel 625 از طریق پنج بررسی تأیید می شود: بازرسی بصری، آزمایش نفوذ مایع، آزمایش باند اولتراسونیک، تجزیه و تحلیل ترکیب شیمیایی (PMI) و اندازه گیری فریت/رقت، همه در برابر WPS/PQR تأیید شده مستند شده اند.

از آنجایی که تمام هدف روکش مقاومت در برابر خوردگی در سطح است، بازرسی به جای استحکام مکانیکی، بر یکپارچگی و شیمی سطح تمرکز دارد.

• بازرسی بصری (VT): ترک های سطحی، زیر برش و یکنواختی مهره جوش را بررسی می کند.
• آزمایش مایع نافذ (PT): ترک‌های سطح-شکن و تخلخل نامرئی برای چشم را تشخیص می‌دهد.
• آزمایش اولتراسونیک (UT): پیوند همجوشی بین روکش و فلز پایه را تأیید می‌کند و عدم وجود-پیوند-لامینیت را تشخیص می‌دهد.
• شناسایی مواد مثبت (PMI): تأیید می کند که محتوای نیکل، کروم و مولیبدن حداقل های مشخص شده را در سطح نهایی برآورده می کند.
• تست سختی: تأیید می‌کند که منطقه تحت تأثیر حرارت{0}}بیش از حد سخت نشده است، که نشان‌دهنده خطر ترک خوردن است، به‌ویژه در سرویس‌های ترش یا هیدروژن.
• بررسی فریت/رقت: برای خدمات حیاتی، یک مقطع شیمیایی یا متالوگرافی{0}} تأیید می کند که رقت آهن در حد مجاز است.

رایج ترین عیوب در جوش های روکش Inconel 625 چیست؟

شایع ترین عیوب عبارتند از فقدان همجوشی در خط اتصال، ترک خوردگی داغ در فلز جوش، رقیق شدن بیش از حد، و تخلخل - که هر کدام تا یک متغیر فرآیند خاص و قابل اصلاح قابل ردیابی هستند.

جدول 4 - عیب‌های همپوشانی معمولی Inconel 625، علل و روش‌های پیشگیری.

کدام کدها و استانداردها بر جوشکاری پوششی Inconel 625 حاکم هستند؟

جوشکاری پوششی Inconel 625 عمدتاً توسط بخش ASME IX (شرایط جوشکار و روش)، ASME B31.3 یا بخش VIII (طراحی لوله‌کشی و مخزن)، NACE MR0175/ISO 15156 (الزامات مواد سرویس ترش) و ASTM B443/UNS (همه c) کنترل می‌شود.

جدول 5 - کدهای کلیدی و استانداردهای قابل اجرا در پروژه های جوشکاری پوششی Inconel 625.

فولاد کربنی پوشیده شده Inconel 625 در کجا استفاده می شود؟

فولاد کربنی با روکش Inconel 625 بیشترین کاربرد را در لوله‌کشی‌های تولید نفت و گاز، خطوط جریان زیر دریا، قسمت‌های داخلی راکتور و مخزن جداکننده، سیستم‌های گوگردزدایی دودکش‌ها و تجهیزات انتقال آب دریا{2}در هر جایی که یک سیال فرآیند خورنده با یک جزء فولادی ساختاری برخورد می‌کند، استفاده می‌شود.

1. خطوط لوله نفت و گاز و اجزای سرچاهی که در معرض H2S و CO2 قرار دارند.
2. خطوط جریان و بالابرهای زیر دریا که به مقاومت در برابر خوردگی نیاز دارند با اقتصاد فولاد سازه ای.
3. مخازن تحت فشار و داخلی راکتور در پالایش و فرآوری پتروشیمی.
4. اجزای سیستم گوگردزدایی از دودکش (FGD) در معرض میعانات اسیدی.
5. سیستم های خنک کننده آب دریا و تجهیزات نمک زدایی.
6. نازل ها، صفحات لوله و زانوها در معرض فرسایش و خوردگی ترکیبی هستند.

سوالات متداول

بله، زمانی که رقت به درستی تا کمتر از 5٪ محتوای آهن در سطح در معرض کنترل شود، روکش Inconel 625 دو لایه مقاومت خوردگی معادل Inconel 625 جامد را در سطح مرطوب ایجاد می کند، زیرا شیمی لایه در معرض همان محدودیت های مشخصات را برآورده می کند.

اکثر طرح‌ها حداقل ضخامت تمام شده را پس از ماشین‌کاری 3 میلی‌متر مشخص می‌کنند، که به‌عنوان دو لایه جوش تقریباً 2 تا 3 میلی‌متر قبل از اتمام کار قرار می‌گیرند تا ضامن خوردگی کافی حتی پس از سنگ‌زنی سطحی و هر ماشین‌کاری مجدد آینده را تضمین کنند.

بله. جوشکاری روکش معمولاً برای تعمیر یا ارتقاء لوله‌ها و مخازن فولاد کربنی موجود در مزرعه یا در یک کارگاه استفاده می‌شود و عمر تجهیزات را بدون تعویض کامل افزایش می‌دهد، مشروط بر اینکه فلز پایه ابتدا از بازرسی UT برای سلامت عبور کند.

پوشش جوش پس از ساخته شدن جزء با جوشکاری اعمال می شود و آن را برای هندسه های پیچیده مانند سوراخ های لوله و نازل ها مناسب می کند، در حالی که رول-صفحه روکش چسبانده شده در آسیاب فولاد با فشار{1}}پیوند دو صفحه تخت به یکدیگر تولید می شود و آن را برای پوسته های رگ تخت ساخته شده از صفحه جدید مناسب می کند.

یک لایه به طور اجتناب ناپذیری حاوی آهن رقیق شده است که از فلز پایه فولاد کربنی جمع آوری شده است، بنابراین لایه دوم در بالای اولین - نه روی فلز پایه - قرار می گیرد تا شیمی سطح نهایی را به مشخصات کامل Inconel 625 برگرداند.