Ako sa aplikuje prekrytie zvaru na vytvorenie rúrky z nehrdzavejúcej ocele?

Základy prekrývania zváraním

Prekrytie zvaru, tiež známe ako zvarové opláštenie alebo povrchová úprava, je výrobný proces, ktorý sa používa na vytvorenie rúrka z nehrdzavejúcej ocele nanesením vrstvy zliatiny odolnej voči korózii na vnútorný povrch lacnejšej nosnej rúrky z uhlíkovej alebo nízkolegovanej ocele. Na rozdiel od metód spájania valcovaním alebo spájania výbuchom, prekrytie zvarom vytvára plátovaciu vrstvu metalurgicky prostredníctvom tavného zvárania. Proces zahŕňa použitie automatizovaného zváracieho systému na nanášanie postupných, prekrývajúcich sa zvarových hút pozdĺž celej dĺžky vnútrajška rúry. To vytvára úplne hustú, homogénnu vrstvu nehrdzavejúcej ocele, ktorá je integrálne spojená so základným materiálom. Primárnym zámerom je spojiť mechanickú pevnosť a hospodárnosť uhlíkovej ocele so špecifickou odolnosťou proti korózii, erózii alebo vysokej teplote zliatiny nehrdzavejúcej ocele, výsledkom čoho je nákladovo efektívne riešenie pre náročné servisné prostredia.

Primárne procesy zvárania pre aplikáciu prekrývania

Aplikácia plátovanej vrstvy sa dosahuje pomocou automatizovaných, presných zváracích techník, ktoré zaisťujú konzistenciu a kvalitu. Výber procesu závisí od faktorov, ako je veľkosť potrubia, požadovaná hrúbka povlaku, rýchlosť výroby a zloženie zliatiny.

Zváranie pod tavivom (SAW)

Zváranie pod tavivom je prevládajúca metóda na zváranie prekrývacieho plášťa na potrubiach s veľkým priemerom. Oblúk je zapálený pod vrstvou zrnitého taviteľného taviva, ktoré zabraňuje atmosférickej kontaminácii, rozstreku a UV žiareniu. SAW ponúka vysoké rýchlosti nanášania a hlbokú penetráciu, vďaka čomu je efektívna pri nanášaní hrubých plátovaných vrstiev. Typicky sa používa s pásovými elektródami (napr. 60 mm širokými) pre maximálnu produktivitu a hladký, zriedený povrch.

Zváranie plynovým volfrámovým oblúkom (GTAW/TIG)

Gas Tungsten Arc Welding využíva nekonzumovateľnú volfrámovú elektródu a inertný ochranný plyn. GTAW, známy pre svoju presnosť a vynikajúcu kontrolu nad tepelným príkonom, vytvára vysoko čisté návary s nízkym riedením. Toto je rozhodujúce pri opláštení vysokovýkonnými zliatinami ako Inconel alebo Hastelloy, kde je nevyhnutné minimalizovať miešanie uhlíkovej ocele zo základnej rúry na udržanie odolnosti povlaku voči korózii. Často sa používa pre menšie priemery alebo kritický koreňový prechod.

Plynové oblúkové zváranie kovov (GMAW/MIG)

Gas Metal Arc Welding používa kontinuálne privádzanú spotrebnú drôtovú elektródu a ochranný plyn. Moderné automatizované procesy GMAW, ako napríklad Cold Metal Transfer (CMT), sú vysoko efektívne na opláštenie. CMT drasticky znižuje prívod tepla, minimalizuje riedenie a skreslenie a zároveň umožňuje vysokorýchlostné nanášanie. Vďaka tomu je vhodný pre širokú škálu veľkostí rúr a typov zliatin a ponúka dobrú rovnováhu medzi kvalitou a produktivitou.

Kľúčové parametre procesu a riadenie

Úspešné prekrytie zvaru si vyžaduje prísnu kontrolu niekoľkých parametrov, aby sa zaručila integrita a výkonnosť plátovanej vrstvy. Odchýlka môže viesť k chybám, ktoré ohrozia konečný produkt.

• Tepelný vstup: Presné ovládanie prúdu, napätia a rýchlosti jazdy je prvoradé. Nadmerný prívod tepla zvyšuje riedenie (percento základného kovu primiešaného do zvaru), čo môže znížiť obsah chrómu a niklu v povlaku, čím sa znižuje jeho odolnosť proti korózii. Môže tiež spôsobiť nadmerné skreslenie a zvyškové napätie.
• Kontrola riedenia: Cieľom je zvyčajne dosiahnuť úrovne zriedenia pod 10 – 15 %. Techniky, ako je použitie „maslovacej“ vrstvy, optimalizácia parametrov zvárania a použitie oscilujúcich zváracích hláv, pomáhajú minimalizovať miešanie základných kovov a zabezpečujú, že chémia povlaku spĺňa špecifikácie.
• Interpass teplota: Riadenie teploty medzi po sebe nasledujúcimi prechodmi zvaru je rozhodujúce, aby sa zabránilo praskaniu, najmä pri austenitických nehrdzavejúcich oceliach, ktoré sú náchylné na senzibilizáciu (precipitácia karbidu chrómu).
• Umiestnenie a prekrytie guľôčok: Automatizované systémy starostlivo plánujú dráhu horáka, aby zabezpečili konzistentnú geometriu guľôčok a dostatočné prekrytie (zvyčajne 30-50 %) medzi susednými guľôčkami. Tým sa eliminujú defekty netavenia a vytvorí sa rovnomerne hrubá vrstva.

Výber materiálu: Spotrebný materiál a základné rúry

Výber prídavných materiálov na zváranie priamo definuje vlastnosti plátovanej vrstvy. Prídavný kov musí byť vybraný na základe požadovanej prevádzkovej odolnosti proti korózii, nie iba podľa nominálnej zliatiny.

Základná rúrka alebo nosná oceľ je typicky uhlíková oceľ (napr. ASTM A106 Gr. B) alebo nízkolegovaná oceľ. Jeho primárnou funkciou je poskytnúť konštrukčnú pevnosť a tlakovú izoláciu. Povrch musí byť dôkladne vyčistený (brúsením alebo opracovaním) a pred nanesením obkladu skontrolovaný, aby sa odstránili všetky oxidy, vodný kameň alebo nečistoty, ktoré by mohli spôsobiť chyby v lepení.

Poaplikačné spracovanie a kontrola

Po aplikovaní prekrytia zvarom sa plátovaná rúra podrobí niekoľkým kritickým dokončovacím a overovacím krokom. Vnútorný plátovaný povrch je často opracovaný alebo brúsený, aby sa dosiahla hladká konečná rozmerová tolerancia a aby sa odstránili akékoľvek nepravidelnosti povrchu, ktoré by mohli zachytávať nečistoty alebo brániť toku. Rúrka je potom podrobená prísnej sérii nedeštruktívnych skúšok (NDE). Testovanie penetráciou farbiva (PT) alebo testovanie magnetických častíc (MT) kontroluje povrchové trhliny. Ultrazvukové testovanie (UT) sa vo veľkej miere používa na meranie konečnej hrúbky plášťa rovnomerne pozdĺž potrubia a na zistenie akéhokoľvek nedostatku spojenia medzi plášťom a základným kovom. Nakoniec sa potrubie tepelne spracuje, ak to vyžaduje špecifikácia (zvyčajne tepelné spracovanie po zváraní na odľahčenie napätia) a podstúpi hydrostatické testovanie, aby sa overila jeho tlaková integrita ako kompozitnej štruktúry.

Výhody a obmedzenia metódy prekrytia zvarom

Pochopenie výhod a nevýhod tejto metódy je nevyhnutné pre správny výber materiálu pri návrhu projektu.

• Výhody: Ponúka výnimočnú flexibilitu dizajnu pre opláštenie zložitých geometrií, ako sú armatúry, ventily a ohyby rúr. Umožňuje aplikáciu širokej škály druhov zliatin, vrátane superzliatin na báze niklu a kobaltu. Tento proces môže opraviť poškodené komponenty a vytvoriť opotrebované povrchy. Umožňuje vytváranie „prechodových spojov“ medzi rozdielnymi kovmi.
• Obmedzenia: Vo všeobecnosti je to pomalší a prácnejší proces v porovnaní s valcovaním pre dlhé, rovné časti rúr. Cyklické zahrievanie a chladenie môže spôsobiť značné zvyškové napätia. Dosiahnutie extrémne nízkeho riedenia vyžaduje pokročilé riadenie procesu. Ak parametre nie sú dokonale kontrolované, existuje riziko defektov, ako je pórovitosť, praskanie alebo neúplná fúzia.

Záverom možno povedať, že vytvorenie rúrky z nehrdzavejúcej ocele pomocou prekrytia zvarom je sofistikovaný, skonštruovaný proces, ktorý premieňa rúrku z uhlíkovej ocele na bimetalový produkt. Vďaka starostlivému ovládaniu automatizovaného zvárania, parametrov a materiálovej vedy poskytuje robustné a ekonomické riešenie, kde je prvoradá odolnosť proti korózii a pevnosť konštrukcie.