Hur appliceras svetsöverlägg för att skapa rostfritt stålbeklädda rör?

Grunderna för svetsbeklädnad

Svetsbeläggning, även känd som svetsbeklädnad eller ytbeläggning, är en tillverkningsprocess som används för att skapa rostfritt stål klätt rör genom att avsätta ett korrosionsbeständigt legeringsskikt på den inre ytan av ett billigare stödrör av kol eller låglegerat stål. Till skillnad från rullbundna eller explosionsbundna metoder, bygger svetsöverlägg beläggningsskiktet metallurgiskt genom smältsvetsning. Processen innebär att man använder ett automatiserat svetssystem för att applicera successiva, överlappande svetssträngar längs hela längden av rörets inre. Detta skapar ett helt tätt, homogent lager av rostfritt stål som är integrerat bundet till basmaterialet. Den primära avsikten är att kombinera den mekaniska styrkan och ekonomin hos kolstål med den specifika korrosions-, erosions- eller högtemperaturbeständigheten hos en rostfri stållegering, vilket resulterar i en kostnadseffektiv lösning för krävande servicemiljöer.

Primära svetsprocesser för överläggsapplikation

Appliceringen av beläggningsskiktet uppnås genom automatiserade, precisionssvetstekniker som säkerställer konsistens och kvalitet. Valet av process beror på faktorer som rörstorlek, önskad beläggningstjocklek, produktionshastighet och legeringssammansättning.

Submerged Arc Welding (SAW)

Nedsänkt bågsvetsning är en vanlig metod för svetsbeklädnad på rör med stor diameter. Bågen träffas under en filt av granulärt smältbart flussmedel, som förhindrar atmosfärisk förorening, stänk och UV-strålning. SAW erbjuder höga avsättningshastigheter och djup penetration, vilket gör den effektiv för att applicera tjocka pläterade lager. Den används vanligtvis med remselektroder (t.ex. 60 mm breda) för maximal produktivitet och en slät, utspädd överlagringsyta.

Gasvolframbågsvetsning (GTAW/TIG)

Gas Tungsten Arc Welding använder en icke-förbrukningsbar volframelektrod och en inert skyddsgas. GTAW är känt för sin precision och utmärkta kontroll över värmetillförseln och producerar svetsavlagringar med hög renhet och låg utspädning. Detta är avgörande vid beklädnad med högpresterande legeringar som Inconel eller Hastelloy, där det är viktigt att minimera blandningen av kolstål från basröret för att bibehålla beklädnadens korrosionsbeständighet. Det används ofta för mindre diametrar eller det kritiska rotpasset.

Gasmetallbågsvetsning (GMAW/MIG)

Gas Metal Arc Welding använder en kontinuerligt matad förbrukningsbar trådelektrod och skyddsgas. Moderna automatiserade GMAW-processer, såsom Cold Metal Transfer (CMT), är mycket effektiva för beklädnad. CMT minskar värmetillförseln drastiskt, minimerar utspädning och distorsion samtidigt som den möjliggör höghastighetsavsättning. Detta gör den lämplig för ett brett utbud av rörstorlekar och legeringstyper, och erbjuder en bra balans mellan kvalitet och produktivitet.

Viktiga processparametrar och kontroll

Framgångsrik svetsöverläggning kräver strikt kontroll över flera parametrar för att garantera integriteten och prestandan hos beläggningsskiktet. Avvikelse kan leda till defekter som äventyrar slutprodukten.

• Värmeinmatning: Exakt kontroll av strömstyrka, spänning och körhastighet är av största vikt. Överdriven värmetillförsel ökar utspädningen (andelen basmetall som blandas in i svetsen), vilket kan sänka krom- och nickelhalten i beklädnaden och försämra dess korrosionsbeständighet. Det kan också orsaka överdriven distorsion och kvarvarande spänningar.
• Utspädningskontroll: Målet är vanligtvis att uppnå utspädningsnivåer under 10-15%. Tekniker som att använda ett "smörande" lager, optimera svetsparametrar och att använda oscillerande svetshuvuden hjälper till att minimera basmetallblandning och säkerställa att beklädnadens kemi uppfyller specifikationerna.
• Interpass temperatur: Att hantera temperaturen mellan på varandra följande svetspassager är avgörande för att förhindra sprickbildning, särskilt med austenitiska rostfria stål som är känsliga för sensibilisering (kromkarbidutfällning).
• Pärlplacering och överlappning: Automatiserade system planerar noggrant brännarbanan för att säkerställa konsekvent stränggeometri och tillräcklig överlappning (vanligtvis 30-50%) mellan intilliggande strängar. Detta eliminerar bristande smältdefekter och skapar ett jämnt tjockt beklädnadsskikt.

Materialval: Förbrukningsmaterial och basrör

Valet av svetstillsatsmaterial definierar direkt beläggningsskiktets egenskaper. Tillsatsmetallen måste väljas baserat på den erforderliga korrosionsbeständigheten, inte bara matcha den nominella legeringen.

Basröret, eller stödstål, är typiskt kolstål (t.ex. ASTM A106 Gr. B) eller låglegerat stål. Dess primära funktion är att ge strukturell styrka och tryckinneslutning. Ytan måste rengöras noggrant (genom slipning eller bearbetning) och inspekteras före beklädnad för att avlägsna eventuella oxider, beläggningar eller föroreningar som kan orsaka bindningsdefekter.

Behandling och inspektion efter ansökan

När svetsöverdraget har applicerats genomgår det beklädda röret flera kritiska efterbehandlings- och verifieringssteg. Den invändiga beklädda ytan bearbetas eller slipas ofta för att uppnå en jämn, slutlig dimensionell tolerans och för att avlägsna eventuella ytojämnheter som kan fånga in föroreningar eller hindra flödet. Röret utsätts sedan för ett rigoröst batteri av oförstörande undersökningar (NDE). Dye Penetrant Testing (PT) eller Magnetic Particle Testing (MT) kontrollerar ytsprickor. Ultraljudstestning (UT) används i stor utsträckning för att mäta den slutliga beklädnadens tjocklek jämnt längs röret och för att upptäcka eventuell brist på bindning mellan beläggningen och basmetallen. Slutligen värmebehandlas röret om det krävs enligt specifikationen (vanligtvis värmebehandling efter svets för spänningsavlastning) och genomgår hydrostatisk testning för att validera dess tryckintegritet som en sammansatt struktur.

Fördelar och begränsningar med svetsöverläggsmetoden

Att förstå för- och nackdelarna med denna metod är avgörande för korrekt materialval i projektdesign.

• Fördelar: Erbjuder exceptionell designflexibilitet för beklädnad av komplexa geometrier som kopplingar, ventiler och rörböjar. Det möjliggör applicering av ett brett utbud av legeringskvaliteter, inklusive nickelbaserade och koboltbaserade superlegeringar. Processen kan reparera skadade komponenter och bygga upp slitna ytor. Det möjliggör skapandet av "övergångsfogar" mellan olika metaller.
• Begränsningar: Det är i allmänhet en långsammare och mer arbetskrävande process jämfört med roll-bonding för långa, raka rörsektioner. Den cykliska uppvärmningen och kylningen kan införa betydande restspänningar. För att uppnå extremt låg utspädning krävs avancerad processkontroll. Det finns risk för defekter som porositet, sprickor eller ofullständig sammansmältning om parametrarna inte är perfekt kontrollerade.

Sammanfattningsvis är att skapa rostfritt stålrör via svetsöverlägg en sofistikerad, konstruerad process som förvandlar ett kolstålrör till en bimetallisk produkt. Genom noggrann kontroll av automatiserad svetsning, parametrar och materialvetenskap, levererar den en robust och ekonomisk lösning där korrosionsbeständighet och strukturell styrka är av största vikt.