پوشش جوش چگونه برای ایجاد لوله با روکش فولاد ضد زنگ اعمال می شود؟

اصول روکش پوششی جوش

روکش جوش، همچنین به عنوان روکش یا روکش جوش شناخته می شود، یک فرآیند تولیدی است که برای ایجاد لوله با روکش فولاد ضد زنگ با قرار دادن یک لایه آلیاژی مقاوم در برابر خوردگی بر روی سطح داخلی یک لوله پشتی کربن ارزان قیمت یا فولاد کم آلیاژ. بر خلاف روش های رول باند یا باند انفجاری، روکش جوش لایه روکش فلزی را از طریق جوشکاری ذوبی می سازد. این فرآیند شامل استفاده از یک سیستم جوش خودکار برای اعمال مهره های جوش متوالی و همپوشانی در تمام طول داخلی لوله است. این یک لایه فولاد ضد زنگ کاملا متراکم و همگن ایجاد می کند که به طور یکپارچه به مواد پایه متصل می شود. هدف اصلی ترکیب استحکام مکانیکی و صرفه جویی در فولاد کربنی با خوردگی، فرسایش یا مقاومت در دمای بالا آلیاژ فولاد ضد زنگ است که در نتیجه یک راه حل مقرون به صرفه برای محیط های خدماتی پرکار می باشد.

فرآیندهای جوشکاری اولیه برای کاربرد روکش

استفاده از لایه روکش از طریق تکنیک‌های جوشکاری خودکار و دقیق که ثبات و کیفیت را تضمین می‌کند به دست می‌آید. انتخاب فرآیند به عواملی مانند اندازه لوله، ضخامت پوشش مورد نظر، میزان تولید و ترکیب آلیاژ بستگی دارد.

جوشکاری زیر آب (SAW)

جوشکاری قوس زیردریایی یک روش رایج برای روکش های جوشی روی لوله های با قطر بزرگ است. قوس زیر پوششی از شار همجوشی دانه‌ای زده می‌شود که از آلودگی جوی، پاشش و تابش UV جلوگیری می‌کند. SAW نرخ رسوب بالا و نفوذ عمیق را ارائه می دهد که آن را برای اعمال لایه های ضخیم روکش کارآمد می کند. این معمولاً با الکترودهای نواری (به عنوان مثال، عرض 60 میلی متر) برای حداکثر بهره وری و یک سطح روکش صاف و رقیق استفاده می شود.

جوشکاری قوسی تنگستن گازی (GTAW/TIG)

جوشکاری قوسی تنگستن گاز از یک الکترود تنگستن غیر مصرفی و یک گاز محافظ بی اثر استفاده می کند. GTAW که به دلیل دقت و کنترل عالی بر حرارت ورودی شناخته شده است، رسوبات جوشی با خلوص بالا و با رقت کم تولید می کند. این در هنگام روکش با آلیاژهای با کارایی بالا مانند Inconel یا Hastelloy بسیار مهم است، جایی که به حداقل رساندن اختلاط فولاد کربنی از لوله پایه برای حفظ مقاومت در برابر خوردگی روکش ضروری است. اغلب برای قطرهای کوچکتر یا عبور ریشه بحرانی استفاده می شود.

جوشکاری قوس فلزی با گاز (GMAW/MIG)

جوشکاری قوس فلزی گازی از یک الکترود سیم مصرفی با تغذیه مداوم و گاز محافظ استفاده می کند. فرآیندهای مدرن GMAW خودکار، مانند انتقال فلز سرد (CMT)، برای روکش کاری بسیار موثر هستند. CMT گرمای ورودی را به شدت کاهش می دهد، رقت و اعوجاج را به حداقل می رساند و در عین حال امکان رسوب گذاری با سرعت بالا را فراهم می کند. این باعث می شود که برای طیف گسترده ای از اندازه لوله و انواع آلیاژ مناسب باشد و تعادل خوبی بین کیفیت و بهره وری ارائه دهد.

پارامترهای کلیدی فرآیند و کنترل

پوشش موفقیت آمیز جوش مستلزم کنترل دقیق چندین پارامتر برای تضمین یکپارچگی و عملکرد لایه روکش است. انحراف می تواند منجر به نقص هایی شود که محصول نهایی را به خطر می اندازد.

• ورودی گرما: کنترل دقیق آمپر، ولتاژ و سرعت حرکت بسیار مهم است. گرمای بیش از حد ورودی، رقت (درصد فلز پایه مخلوط شده در جوش) را افزایش می دهد، که می تواند محتوای کروم و نیکل در روکش را کاهش دهد و مقاومت به خوردگی آن را کاهش دهد. همچنین می تواند باعث اعوجاج بیش از حد و تنش های پسماند شود.
• کنترل رقیق سازی: هدف معمولاً دستیابی به سطوح رقت کمتر از 10-15٪ است. تکنیک‌هایی مانند استفاده از لایه «کره‌زنی»، بهینه‌سازی پارامترهای جوشکاری، و استفاده از سرهای جوش نوسانی، به حداقل رساندن اختلاط فلز پایه کمک می‌کند و اطمینان حاصل می‌کند که شیمی روکش مطابق با مشخصات است.
• دمای بین گذر: مدیریت دما بین پاس های متوالی جوش برای جلوگیری از ترک خوردن بسیار مهم است، به ویژه در مورد فولادهای زنگ نزن آستنیتی که مستعد حساسیت هستند (رسوب کاربید کروم).
• قرار دادن مهره و همپوشانی: سیستم های خودکار مسیر مشعل را به دقت برنامه ریزی می کنند تا از هندسه مهره های ثابت و همپوشانی کافی (معمولا 30 تا 50 درصد) بین مهره های مجاور اطمینان حاصل کنند. این عیوب عدم همجوشی را از بین می برد و یک لایه روکش ضخیم یکنواخت ایجاد می کند.

انتخاب مواد: مواد مصرفی و لوله های پایه

انتخاب مواد مصرفی جوش به طور مستقیم ویژگی های لایه روکش را مشخص می کند. فلز پرکننده باید بر اساس مقاومت خوردگی خدمات مورد نیاز انتخاب شود، نه اینکه صرفاً با آلیاژ اسمی مطابقت داشته باشد.

لوله پایه یا فولاد پشتی معمولاً فولاد کربنی (مانند ASTM A106 Gr. B) یا فولاد کم آلیاژ است. وظیفه اصلی آن ایجاد مقاومت ساختاری و مهار فشار است. سطح باید به طور کامل تمیز شود (با سنگ زنی یا ماشینکاری) و قبل از روکش کاری بازرسی شود تا هرگونه اکسید، رسوب یا آلاینده ای که می تواند باعث نقص اتصال شود، حذف شود.

پردازش و بازرسی پس از درخواست

هنگامی که روکش جوش اعمال می شود، لوله روکش شده چندین مرحله تکمیل و تأیید حیاتی را طی می کند. سطح روکش داخلی اغلب برای دستیابی به تحمل ابعادی صاف و نهایی و حذف هر گونه بی نظمی سطحی که می تواند آلاینده ها را به دام بیندازد یا مانع جریان شود، ماشین کاری یا آسیاب می شود. لوله سپس در معرض یک باتری دقیق آزمایشات غیر مخرب (NDE) قرار می گیرد. تست نفوذ رنگ (PT) یا تست ذرات مغناطیسی (MT) ترک های سطحی را بررسی می کند. تست اولتراسونیک (UT) به طور گسترده برای اندازه گیری ضخامت روکش نهایی به طور یکنواخت در طول لوله و برای تشخیص هرگونه عدم اتصال بین روکش و فلز پایه استفاده می شود. در نهایت، لوله در صورت نیاز طبق مشخصات (معمولاً عملیات حرارتی پس از جوش برای کاهش تنش) تحت عملیات حرارتی قرار می گیرد و تحت آزمایش هیدرواستاتیک قرار می گیرد تا یکپارچگی فشار آن به عنوان یک ساختار کامپوزیتی تأیید شود.

مزایا و محدودیت های روش پوشش جوش

درک مزایا و معایب این روش برای انتخاب مناسب مواد در طراحی پروژه حیاتی است.

• مزایا: انعطاف پذیری طراحی استثنایی را برای روکش کردن هندسه های پیچیده مانند اتصالات، شیرها و خم لوله ها ارائه می دهد. این امکان استفاده از طیف گسترده ای از گریدهای آلیاژی از جمله سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل و کبالت را فراهم می کند. این فرآیند می تواند اجزای آسیب دیده را ترمیم کند و سطوح فرسوده را ایجاد کند. این امکان ایجاد "اتصالات انتقالی" بین فلزات غیر مشابه را فراهم می کند.
• محدودیت ها: به طور کلی در مقایسه با رول باندینگ برای بخش های طولانی و مستقیم لوله، فرآیندی کندتر و کار فشرده تر است. گرمایش و سرمایش چرخه ای می تواند تنش های پسماند قابل توجهی ایجاد کند. دستیابی به رقت بسیار کم نیاز به کنترل فرآیند پیشرفته دارد. اگر پارامترها به طور کامل کنترل نشوند، خطر عیوب مانند تخلخل، ترک خوردگی یا همجوشی ناقص وجود دارد.

در نتیجه، ایجاد لوله با روکش فولاد ضد زنگ از طریق روکش جوش، یک فرآیند پیچیده و مهندسی شده است که یک لوله فولادی کربنی را به یک محصول دو فلزی تبدیل می‌کند. از طریق کنترل دقیق جوشکاری خودکار، پارامترها و علم مواد، راه حلی قوی و مقرون به صرفه ارائه می کند که در آن مقاومت در برابر خوردگی و استحکام ساختاری در درجه اول اهمیت قرار دارد.