Metināšanas pārklājums ar niķeļa sakausējumiem: Oglekļa tērauda apšuvums izturībai pret koroziju

Metināšanas pārklājums -, ko sauc arī par metināšanas apšuvumu vai cieto pārklājumu - ir pārbaudīta, kodam-atbilstoša metode korozijizturīga-niķeļa sakausējuma slāņa uzklāšanai uz oglekļa tērauda vai zema{4}}leģētā tērauda pamatnes. Rezultāts: oglekļa tērauda mehāniskā izturība un zemās izmaksas apvienojumā ar niķeļa sakausējumu izturību pret koroziju - par 40–60% zemākām materiālu izmaksām nekā cieta niķeļa sakausējuma konstrukcijai. Šajā rakstā ir paskaidrots, kad metināšanas pārklājums ir pareizā izvēle, kādi niķeļa sakausējumi tiek izmantoti, kādi standarti tiek piemēroti un kā pareizi norādīt pārklājumu.

Weld Overlay with Nickel Alloys

Metināšanas pārklājums ar niķeļa sakausējumiem ir nozares-standarta risinājums spiedtvertnēm, siltummaiņiem un cauruļvadu sastāvdaļām, kurām ir jāiztur korozija no skābās gāzes (H₂S), hlorīdiem, skābēm un augstas -temperatūras oksidācijas - bez cieto sakausējumu ražošanas izmaksām.

Metināšanas pārklājums ir process, kurā, izmantojot loka metināšanas procesus, uz lētāka parastā metāla (parasti oglekļa tērauda vai zema{2}}leģētā tērauda) virsmas uzklāj vienu vai vairākus korozijizturīga sakausējuma -slāņus (parasti uz niķeļa- bāzes). Pārklājošais slānis -, kas parasti ir 3–6 mm biezs -, darbojas kā barjera starp korozīvo procesa šķidrumu un konstrukcijas parasto metālu.

Kāpēc cietā sakausējuma vietā izmantot pārklājumu?

Tabula. Izmaksu un veiktspējas salīdzinājums - Cietā sakausējuma un metinājuma pārklājuma konstrukcija


Parametrs	Ciets niķeļa sakausējums	Oglekļa tērauds + ni{1}}sakausējuma pārklājums	Izmaksu ietaupījumi	Performance
Materiālu izmaksas ($/kg, tipisks)	$35–60	8–12 ASV dolāri (CS) + 15–25 ASV dolāri (pārklājums)	40–60% zemāks	Līdzvērtīga izturība pret koroziju
Izgatavošanas laiks	Ilgāks (grūti metināms)	Īsāks (CS ir viegli metināms)	20-30% ātrāk	Tas pats kalpošanas laiks
Dizaina koda atbilstība	ASME VIII, ASME B31.3	ASME VIII, ASME B31.3	Tas pats	Tas pats
Tipisks pārklājuma biezums	N/A (cieta)	3–6 mm (2–3 slāņi)	N/A	Korozijas piemaksa iekļauta
Remonts un apkope	Sarežģīts ({0}}jutīgs pret plaisām)	Vienkāršāk (pārklājumu var{0}}lietot atkārtoti)	Zemākas dzīves cikla izmaksas	Ilgāks kalpošanas laiks
Svars	Augstāks (blīvums 8,4–8,9 g/cm³)	Zemāks (CS blīvums 7,85 g/cm³)	5-10% vieglāks	Tas pats spiediena reitings

Avots: ASME katlu un spiedtvertņu koda VIII sadaļa. 1 (2023); ASME B31.3 Process Piping (2022); Special Metals Corporation “Metināšanas produktu katalogs” (2023); Haynes International 'Koroziju{5}}izturīgo sakausējumu tehniskie dati; JN Alloys iekšējo izmaksu analīze 2024.–2025. gadam.

Liela-diametra tvertnēm, siltummaiņu korpusiem un cauruļvadu spolēm, kur korozijas iedarbība ir ierobežota līdz iekšējai virsmai, metinājuma pārklājums nodrošina tādu pašu korozijas veiktspēju kā ciets sakausējums ar par 40–60% zemākām materiāla izmaksām.

Ne visi niķeļa sakausējumi ir piemēroti metinājuma pārklājumam. Pārklājuma materiālam jābūt metināmam, saderīgam ar oglekļa tērauda atšķaidījumu un izturīgam pret konkrēto korozīvo vidi. Nozarē dominē divi sakausējumi: sakausējums 625 (UNS N06625) un sakausējums C-276 (UNS N10276).

Sakausējuma izvēle pēc korozijas vides

Tabula. Niķeļa sakausējuma pārklājuma materiāli - Korozijas vides atlases ceļvedis


Sakausējums (UNS)	Galvenie sakausējuma elementi	Primārā izturība pret koroziju	Tipiskas pārklājuma lietojumprogrammas	Metināšanas process	ASME P-numurs
Alloy 625 (N06625)	Ni-22Cr-9Mo-3,5Nb	Oksidācija, hlorīds, H₂S, jūras ūdens	Urbuma iekārtas, zemūdens savienotāji, spiedtvertnes	GTAW, GMAW, FCAW, SAW	P-Nē. 43
Alloy C-276 (N10276)	Ni-16Cr-16Mo-4W	Reducējošās skābes, HCl, H₂SO₄, hlors, skābā gāze	Ķīmiskie reaktori, skruberi, FGD sistēmas, skābes cauruļvadi	GTAW, GMAW, FCAW, SAW	P-Nē. 44
Alloy C-22 (N06022)	Ni-22Cr-13Mo-3W	Smagas jauktas skābes, hipohlorīts, mitrs hlors	Farmācijas, celulozes un papīra, atkritumu sadedzināšana	GTAW, GMAW	P-Nē. 44
Alloy 825 (N08825)	Ni-22Cr-42Fe-3Mo-1Ti	Skāba gāze (H₂S), sērskābe/fosforskābe	Dziļurbuma caurules, gāzes apstrāde, siltummaiņi	GTAW, GMAW	P-Nē. 45
Alloy 600 (N06600)	Ni-16Cr-8Fe	Augstas-temperatūras oksidēšana, nitrīdēšana, kodīga iedarbība	Krāšņu sastāvdaļas, termiskās apstrādes grozi	GTAW, GMAW	P-Nē. 43
Alloy X (N06002)	Ni-22Cr-18Fe-9Mo	Oksidēšana 1100–1200 grādu temperatūrā, karburizācija	Degkameras, gāzturbīnu sastāvdaļas	GTAW, GMAW	P-Nē. 43
Alloy 59 (N06059)	Ni-23Cr-16Mo-1Fe	Ekstrēmi reducējošās skābes, HCl, H₂SO₄ maisījumi	Ķīmiskais process, piesārņojuma kontrole	GTAW, GMAW	P-Nē. 44

Avots: Special Metals Corporation 'INCONEL® Alloy 625' un 'INCONEL® Alloy 725' datu lapas (2023); Haynes International “HASTELLOY® C-276 Alloy” tehniskie dati (2023); ASME katlu un spiedtvertņu koda IX sadaļa (2023) QW-422 P-numuru grupa; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015.

Ķīmiskā sastāva salīdzinājums

Tabula. Parasto niķeļa sakausējuma pārklājuma materiālu ķīmiskais sastāvs (svara %, tipisks)


Sakausējums (UNS)	Ni	Kr	Mo	Fe	W	Nb	Ti	C (maks.)
Alloy 625 (N06625)	58–63	20–23	8–10	Mazāks par vai vienāds ar 5	-	3.15–4.15	Mazāks vai vienāds ar 0,4	0.10
Alloy C-276 (N10276)	Līdzsvars	14.5–16.5	15–17	4–7	3–4.5	-	-	0.01
Alloy C-22 (N06022)	Līdzsvars	20–22.5	12.5–14.5	2–6	2.5–3.5	-	-	0.015
Alloy 825 (N08825)	38–46	19.5–23.5	2.5–3.5	22 min	-	-	0.6–1.2	0.05
Alloy 600 (N06600)	72 min	14–17	-	6–10	-	-	-	0.15
Alloy X (N06002)	Līdzsvars	20.5–23	8–10	17–20	0.2–1.0	-	-	0.05–0.15
Alloy 59 (N06059)	Līdzsvars	22–24	15–16.5	Mazāks vai vienāds ar 1,5	-	-	-	0.01

Avots: ASTM B443 (625. sakausējums); ASTM B575 (sakausējums C-276, C-22, 59); ASTM B425 (sakausējums 825); ASTM B168 (600. sakausējums); ASTM B435 (sakausējums X); Special Metals un Haynes International datu lapas (2023).

Alloy 625 ir noklusējuma izvēle jūras ūdens, hlorīda un skābās gāzes (H₂S) pakalpojumam. Sakausējums C-276 ir noklusējuma izvēle skābju (HCl, H2SO₄) un smagas ķīmiskās vides reducēšanai. Robežgadījumos skatiet NACE MR0175 / ISO 15156-3 un veiciet korozijas testēšanu.

Metināšanas procesa izvēle ietekmē pārklājuma kvalitāti, atšķaidīšanas ātrumu, nogulsnēšanās ātrumu un izmaksas. Kritiskām spiediena iekārtām visizplatītākā izvēle ir GTAW (TIG) un GMAW (MIG). Liela-laukuma apšuvumam FCAW un SAW nodrošina augstāku produktivitāti.

GTAW and GMAW for High-Integrity Overlay

Niķeļa sakausējuma pārklājuma procesu salīdzinājums

Tabula. Niķeļa sakausējuma pārklājuma metināšanas procesi - Kvalitātes un produktivitātes salīdzinājums


Process	Atšķaidīšanas ātrums	Nogulsnēšanās ātrums	Labākā lietojumprogramma	Pozīcija	Prasmju līmenis	Izmaksas
GTAW (TIG)	10–25%	0,5–1,5 kg/h	Pirmais slānis, sakņu pāreja, plāns pārklājums, mazs diametrs	Visas pozīcijas	Augsts	Augsts
GMAW (MIG)	20–30%	2–4 kg/h	Aizpildījuma un vāciņu slāņi, vidēja{0}}biezuma pārklājums	Plakans, horizontāls	Vidēja	Vidēja
FCAW (plūsmas{0}}kodolu)	20–35%	3–6 kg/h	Liela-apgabala pārklājums, ne-kritiskas lietojumprogrammas	Plakans, horizontāls	Vidēja	Zems
ZĀĢIS (iegremdēts loks)	30–50%	5–15 kg/h	Lieli kuģi, smags apšuvums, augsta produktivitāte	Tikai dzīvoklis	Vidēja	Zemākais
KEPA (plazmas loks)	5–15%	1–3 kg/h	Precīzs pārklājums, automatizētas sistēmas	Dzīvoklis, mehanizēts	Augsts	Augsts
Lāzera apšuvums	5–10%	1–5 kg/h	Precīzs remonts, plāns pārklājums, minimāls atšķaidījums	Dzīvoklis, mehanizēts	Augsts	Ļoti augsts

Avots: ASME katlu un spiedtvertņu koda IX sadaļa (2023); AWS D1.6/D1.6M-22 “Strukturālā metināšana – nerūsējošais tērauds”; Speciālo metālu “Niķeļa sakausējumu metināšanas vadlīnijas” (2023); Lincoln Electric “Niķeļa sakausējuma metināšanas izstrādājumu” tehniskā rokasgrāmata (2023).

Atšķaidīšanas pārvaldība ir ļoti svarīga pārklājuma veiktspējai

Atšķaidīšana notiek, kad parastais metāls (oglekļa tērauds) kūst un sajaucas ar pildvielu (niķeļa sakausējumu). Pārmērīga atšķaidīšana samazina pārklājuma izturību pret koroziju, samazinot kritisko sakausējuma saturu (Cr, Mo, Nb). Sakausējuma 625 pārklājumam pirmajā slānī dzelzs saturam jābūt zem 10%; C-276, zem 7%.

Tabula. Maksimāli pieļaujamā atšķaidīšana - Dzelzs satura ierobežojumi pēc sakausējuma


Sakausējums	Maksimālais Fe pārklājumā (masas%)	Minimālais Cr pārklājumā (masas%)	Minimālais Mo pārklājumā (masas%)	Ieteicamais process
Sakausējums 625	mazāks par vai vienāds ar 10%	Lielāks vai vienāds ar 18%	Lielāks vai vienāds ar 7%	GTAW vai GMAW pirmajam slānim; FCAW/SAW aizpildīšanai
Sakausējums C-276	mazāks par vai vienāds ar 7%	Lielāks vai vienāds ar 14%	Lielāks vai vienāds ar 14%	GTAW pirmajam slānim; GMAW/FCAW aizpildīšanai
Sakausējums C-22	Mazāks vai vienāds ar 6%	Lielāks vai vienāds ar 19%	Lielāks vai vienāds ar 11%	GTAW vai GMAW visiem slāņiem
Sakausējums 825	mazāks par vai vienāds ar 15%	Lielāks vai vienāds ar 20%	Lielāks vai vienāds ar 2,5%	GTAW vai GMAW
Sakausējums 600	mazāks par vai vienāds ar 10%	Lielāks vai vienāds ar 14%	N/A	GTAW vai GMAW

Avots: Speciālie metāli “INCONEL® sakausējuma 625 metināšanas vadlīnijas” (2023); Haynes International “HASTELLOY® C-276 sakausējuma metināšana un izgatavošana” (2023); ASME IX sadaļa QW-404.12 “Pildvielas metāla atšķaidīšana”; AWS A5.14/A5.14M:2018 “Specifikācija niķeļa un niķeļa sakausējuma tukšās metināšanas elektrodiem un stieņiem”.

Izmantojiet GTAW (TIG) pirmajam slānim, lai samazinātu atšķaidīšanu un nodrošinātu atbilstību ķīmijai. Izmantojiet GMAW, FCAW vai SAW nākamajiem slāņiem, lai palielinātu produktivitāti. Vienmēr pārbaudiet pārklājuma ķīmiju, izmantojot PMI (pozitīvā materiāla identifikāciju) vai laboratorijas analīzi.

Minimālo pārklājuma biezumu nosaka korozijas pielaide, atšķaidīšanas dziļums, metināšanas procesa iespējas un koda prasības. Lielākajai daļai spiedtvertņu un cauruļvadu standarts ir 3–6 mm (2–3 slāņi). Plānāki pārklājumi apdraud izrāvienu; biezāki pārklājumi palielina izmaksas un var radīt problēmas ar atlikušo stresu.

Biezuma projektēšanas vadlīnijas

Tabula. Pārklājuma biezuma dizains - Ieteicamās vērtības atkarībā no pielietojuma


Pieteikums	Korozijas smagums	Minimālais biezums (mm)	Tipiski slāņi	Koda atsauce	Piezīmes
Spiediena tvertnes (vispārīgi)	Mērens (bez H₂S)	3.0	2 slāņi	ASME VIII nodaļa{0}} UG-16	1,5 mm min pēc apstrādes
Skābās gāzes pakalpojums (H₂S)	Smags (NACE MR0175)	4.0–5.0	2-3 slāņi	NACE MR0175 / ISO 15156	Pārbaudiet cietību, kas mazāka par vai vienāda ar 22 HRC
Jūras ūdens siltummaiņi	Augsts Cl⁻ bedrītes	4.0	2-3 slāņi	ASME VIII + lietotāja specifikācija	Izmantojiet sakausējumu 625 vai 825
Skābās gāzes absorbcijas kolonnas	Smags (HCl, H2SO4)	5.0–6.0	3 slāņi	ASME VIII + lietotāja specifikācija	Izmantojiet sakausējumu C-276 vai C-22
Zemūdens akas galviņas aprīkojums	Smags + HPHT	5.0–6.0	3 slāņi	API 6A, API 17D	Izmantojiet Alloy 625, pārbaudiet ar PMI
FGD (dūmgāzu atsērošana)	Smags (slapjš SO₂, HCl)	5.0	3 slāņi	Lietotāja specifikācija	Izmantojiet sakausējumu C-276 vai C-22
Katalītiskie reformatori	Augstas{0}}temperatūras oksidēšana	4.0	2-3 slāņi	API 560/lietotāja specifikācija	Izmantojiet Alloy 600 vai X

Avots: ASME katlu un spiedtvertņu koda VIII sadaļa. 1 (2023) UG-16 “Minimālais sienas biezums”; NACE MR0175/ISO 15156-3:2015 “Naftas un dabasgāzes rūpniecība — materiāli izmantošanai H₂S saturošā vidē”; API 6A (21. izdevums, 2024) “Akas galviņas un koku aprīkojums”; API 17D (3. izdevums, 2021) “Zemūdens ražošanas sistēmu projektēšana un darbība”.

Korozijas pielaides aprēķins

Pārklājuma biezumā jāiekļauj: (1) korozijas pielaide (parasti 1,5–3,0 mm 10–20 gadu kalpošanas laikā), (2) apstrādes pielaide (0,5–1,0 mm virsmas apdarei) un (3) atšķaidīšanas zonas biezums (1,0–1,5 mm pirmajam slānim).

Tabula. Pārklājuma biezuma sadalījums - Korozijas pielaides un ražošanas pielaides


Biezuma sastāvdaļa	Tipisks diapazons (mm)	Mērķis	Kontroles metode	Standarta atsauce
Korozijas pabalsts	1.5–3.0	Materiālie zaudējumi projektēšanas laikā	Procesa dizaina specifikācija	ASME VIII UG-25
Apstrādes piemaksa	0.5–1.0	Virsmas apdare, NDE sagatavošana	Apstrādes pielaide	ASME B46.1
Atšķaidīšanas zona	1.0–1.5	Pirmais slānis sajaukts ar parasto metālu	Metināšanas procedūra (PQR)	ASME IX QW-404
Minimālais skaņas metāls	0.5–1.0	Drošības rezerve virs atšķaidīšanas	UT vai RT pārbaude	ASME V 4. pants
Kopējais dizaina biezums	3.5–6.5	Iepriekš minēto komponentu summa	Inženierprojektēšana	Projekta specifikācija

Avots: ASME katlu un spiedtvertņu koda VIII sadaļa. 1 UG-25 “Korozijas pabalsts”; ASME B46.1-2019 “Virsmas tekstūra (virsmas raupjums, viļņojums un klājums)”; ASME V sadaļa 4. pants “Metināto šuvju ultraskaņas pārbaudes metodes”; ASME IX sadaļa “Metināšanas, cietlodēšanas un kausēšanas kvalifikācija”.

Secinājums:Lielākajai daļai lietojumu pēc apstrādes norādiet minimālo pārklājuma biezumu 3,0 mm. Smagas korozijas vidēm (skābā gāze, skābes, jūras ūdens) norādiet 4,0–5,0 mm. Projektēšanas specifikācijā vienmēr iekļaujiet korozijas pielaidi.

Tā kā pārklājuma slānis ir plāns (3–6 mm) un izturība pret koroziju ir atkarīga no precīzas ķīmijas, kvalitātes kontrole ir svarīgāka nekā cieta sakausējuma konstrukcijai. Katrs pārklājums ir jāpārbauda ar pozitīvo materiālu identifikāciju (PMI) un jāpārbauda ar ultraskaņas testu (UT) vai radiogrāfisko testu (RT).

Nickel Alloys PMI Verification and NDE

Pārbaudes prasības metinājuma pārklājumam

Tabula. Niķeļa sakausējuma metinājuma pārklājuma kvalitātes kontroles testi


Pārbaude	Mērķis	Metode	Pieņemšanas kritēriji	Biežums	Standarta
PMI (pozitīvā materiāla ID)	Pārbaudiet pārklājuma ķīmiju	XRF vai OES	Cr, Mo, Nb specifikācijas robežās; Fe Mazāks par ierobežojumu vai vienāds ar to	100% pārklājuma virsmas	ASTM E1621
Ultraskaņas pārbaude (UT)	Atklājiet saplūšanas trūkumu, porainību	Taisns stars vai leņķa stars	Nav indikāciju > 20% DAC	100% pārklājuma laukuma	ASME V māksla. 4, 5
Radiogrāfiskā pārbaude (RT)	Atklājiet iekšējos defektus	rentgenstaru vai gamma staru	Saskaņā ar ASME VIII UW-51	Vieta vai 100%, kā norādīts	ASME V māksla. 2
Šķidrais caurlaidības līdzeklis (PT)	Atklājiet virsmas plaisas	Redzama vai fluorescējoša krāsviela	Nav lineāru norāžu > 1,5 mm	100% pārklājuma virsmas	ASME V māksla. 6
Cietības tests	Pārbaudiet atbilstību NACE MR0175	Pārnēsājams cietības testeris	Mazāks vai vienāds ar 22 HRC (skābs pakalpojums)	Saskaņā ar NACE MR0175 A.1. tabula	ASTM E10/E18
Ferīta numurs (ja piemērojams)	Nav nepieciešams Ni{0}}sakausējuma pārklājumam	Ferīta skaitītājs	N/A (austenīta)	N/A	ASTM A342
Metalogrāfiskā ekspertīze	Pārbauda mikrostruktūru, atšķaidījumu	Šķērsgriezums-u.c	Nav plaisu, porainības vai pārmērīga atšķaidījuma	Atbilstoši procedūras kvalifikācijai	ASTM E3, E407

Avots: ASTM E1621-21 “Standarta rokasgrāmata elementu analīzei, izmantojot viļņa garuma dispersijas rentgena fluorescences spektrometriju”; ASME katlu un spiedtvertņu kodeksa V sadaļa (2023) 2., 4., 5., 6. pants; ASME VIII sadaļa. 1 UW-51 “Metinājumu radiogrāfiskā izmeklēšana”; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 A.1 tabula “Cietības prasības oglekļa un mazleģētiem tēraudiem”.

Biežākie defekti un to cēloņi

Tabula. Bieži sastopami metinājuma pārklājuma defekti - Cēloņi un profilakse


Defekts	Izskats	Pamatcēlonis	Profilakse	Atklāšanas metode
Sapludināšanas trūkums	Lineāra indikācija saskarnē	Nepietiekama siltuma padeve, slikta tehnika	Palieliniet strāvas stiprumu, pareizu braukšanas ātrumu	UT, RT
Porainība	Apaļas gāzes kabatas pārklājumā	Piesārņojums (eļļa, mitrums, oksīds)	Notīriet parasto metālu, izmantojiet sausu pildvielu, atbilstošu gāzes aizsargu	RT, UT
Karsta plaisāšana	Starpgranulu plaisas pārklājumā	Augsta atturība, nepareiza lodīšu secība	Kontrolējiet siltuma padevi, pareizu savienojuma dizainu	PT, VT, metalogrāfija
Pārmērīga atšķaidīšana	Zems Cr/Mo pārklājums	Liela siltuma padeve, nepareiza tehnika	Samaziniet strāvas stiprumu, pirmajam slānim izmantojiet GTAW	PMI, ķīmiskā analīze
Volframa iekļaušana	Spilgtas daļiņas pārklājumā	GTAW elektroda kontakts ar metināšanas baseinu	Uzturiet pareizu atstarpi, izmantojiet atbilstošu elektrodu	RT, VT
Sārņu iekļaušana	Neregulāri tumši plankumi	Nepareiza starpceļu tīrīšana (FCAW, SAW)	Tīrīšana starp piegājieniem, pareiza plūsmas apstrāde	RT, UT
Zemāks	Rieva pie metinājuma šuves	Pārmērīga strāva, nepareiza tehnika	Samaziniet strāvas stiprumu, pareizs degļa leņķis	VT, PT

Avots: AWS D1.6/D1.6M-22 “Strukturālās metināšanas kods – nerūsējošais tērauds”; Speciālo metālu “Niķeļa sakausējumu metināšanas vadlīnijas” (2023); ASME IX sadaļa QW-190 “Metinājumu pārbaude un remonts”.

Pārklājuma ķīmijas PMI pārbaude ir obligāta katram darbam. UT vai RT pārbaude apstiprina saites integritāti. Skābai lietošanai cietības pārbaude ir nepieciešama NACE MR0175. Visi pārbaudes rezultāti jādokumentē materiāla pārbaudes ziņojumā.

Metināšanas pārklājums nav 'alternatīva' metode - tā ir skaidri atzīta un regulēta ar ASME dizaina kodiem. Pārklājuma slāni var uzskatīt par pielaidi korozijai, bet ne kā spiedienu{2}}noturošu biezumu, ja vien tas nav īpaši kvalificēts un dokumentēts.

Koda prasības metinājuma pārklājumam

Tabula. ASME koda prasības metinājuma pārklājuma konstrukcijai


Kods	Rindkopa	Prasība	Pārklājuma apstrāde	Galvenās piezīmes
ASME VIII div.. 1	UG-16, UW-42	Minimālais biezums, metināšanas procedūra	Pārklājuma=korozijas pielaide	Pārklājums nav iekļauts spiediena dizainā
ASME VIII div.. 1	UCL-30 līdz UCL-46	Plakēti un metināti pārklājošie kuģi	Pārklājumu var iekļaut, ja tas ir kvalificēts	Jāatbilst UCL-30 prasībām
ASME VIII div.. 2	D daļas D.11. pants	Plakēts un metināts pārklājums	Līdzīgi Div. 1	Pārklājumam ir nepieciešams izstrādāt-analīzi-
ASME B31.3	Para. 323.4.2	Plaķētas un metinātas pārklājošās caurules	Pārklājuma=korozijas pielaide	Pārklājumu var izmantot spiedienam, ja tas ir kvalificēts
ASME B31.3	Para. 328.5.1	Metināšanas pārklājuma procedūra	Jābūt kvalificētam atbilstoši ASME IX	PQR ir nepieciešams katram pārklājuma procesam
ASME IX	QW-214, QW-283	Metināšanas pārklājuma procedūras kvalifikācija	Pārklājuma PQR nepieciešama ķīmiskā analīze	Jādemonstrē atšķaidīšanas kontrole
NACE MR0175	ISO 15156-3	Skābie servisa materiāli	Pārklājums ir pieņemams CS bāzei	Cietība Mazāka vai vienāda ar 22 HRC, kvalificēta procedūra

Avots: ASME katlu un spiedtvertņu koda VIII sadaļa, nodaļa. 1 (2023) UG-16, UW-42, UCL-30 līdz UCL-46; ASME katlu un spiedtvertņu koda VIII sadaļas. 2 (2023) D daļas D.11. pants; ASME B31.3-2022 “Procesa cauruļvadi” 323.4.2., 328.5.1. punkts; ASME katlu un spiedtvertņu koda IX sadaļa (2023) QW-214, QW-283; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015.

Kad pārklājumu var iekļaut dizaina biezumā

Pēc noklusējuma ASME kodi metināšanas pārklājumu uzskata par korozijas pielaidi - tas nav iekļauts spiediena-noturēšanas biezuma aprēķinā. Tomēr, ja pārklājuma procedūra ir kvalificēta, lai pierādītu pilnīgu metalurģisko saiti un konstrukcijas specifikācija to nepārprotami atļauj, pārklājuma biezumu (atskaitot korozijas pielaidi) var ieskaitīt.

Tabula. Nosacījumi pārklājuma iekļaušanai spiediena projektēšanā


Stāvoklis	Prasība	Verifikācija	Atsauce
Pilna metalurģiskā saite	Netrūkst saplūšanas, pilnīga saplūšana saskarnē	UT eksāmens, 100% segums	ASME VIII UCL-30
Kvalificēta pārklājuma procedūra	PQR ar ķīmisko analīzi, mehāniskiem testiem	ASME IX QW-283 kvalifikācija	ASME IX QW-214
Dizaina specifikācijas apstiprināšana	Inženierim ir jāapstiprina pārklājuma kredīts	Nepieciešama rakstiska specifikācija	ASME VIII UG-22
Korozijas pabalsts atskaitīts	Tiek ieskaitīts tikai izturīgs metāls, kas pārsniedz korozijas pielaidi	Korozijas pielaide uz UG-25	ASME VIII UG-25

Avots: ASME katlu un spiedtvertņu koda VIII sadaļa. 1 UCL-30 “Pārklātas un metinātas-Metal{5}}Oderētas tvertnes”; ASME IX sadaļa QW-283 “Metināšanas mainīgie lielumi korozijizturīgam pārklājumam”; WRC biļetens 447 “Vadlīnijas metinājuma pārklājuma apšuvuma novērtēšanai spiediena iekārtās” (1999).

Metināšanas pārklājums pilnībā atbilst kodam{0}}. Pēc noklusējuma tas tiek uzskatīts par pielaidi korozijai un nav iekļauts spiediena projektā. Ja konstrukcijas specifikācijas atļauj, pārklājumu var ieskaitīt spiediena biezumā -, taču tam ir nepieciešamas kvalificētas procedūras un nepārprotams inženiera apstiprinājums.

Metināto šuvju pārklājumu ar niķeļa sakausējumiem visbiežāk izmanto nozarēs, kur procesa vide ir ļoti kodīga, bet iekārtas izmērs padara cieto sakausējumu konstrukciju ekonomiski nepievilcīgu. Naftas un gāzes nozare ir lielākais lietotājs, kam seko ķīmiskā pārstrāde un elektroenerģijas ražošana.

Nickel Alloys for Oil Gas Chemical and Power Generation

Pielietojuma piemēri pēc nozares

Tabula. Metināšanas pārklājuma pielietojumi pēc nozares un pakalpojumu vides


Rūpniecība	Aprīkojums	Korozijas režīms	Tipisks sakausējuma pārklājums	Biezums (mm)	Kods/Standarts
Nafta un gāze (augšup)	Akas galva, X{0}}koks, droseles vārsti	H₂S, CO₂, Cl⁻, jūras ūdens	Sakausējums 625	5–6	API 6A, API 17D, NACE MR0175
Nafta un gāze (vidējā plūsma)	Cauruļvadi, vārstu korpusi, sūkņu korpusi	H₂S, CO₂, mitrā gāze	Sakausējums 625 vai 825	3–5	ASME B31.3, NACE MR0175
Nafta un gāze (pa straumi)	Hidrokrekers, HDS reaktori	H₂, H₂S, augsta temp	Sakausējums 625 vai 825	4–5	API 934-A, NACE RP045
Naftas ķīmija	Reaktoru tvertnes, siltummaiņi	Skābes, hlorīdi, H₂S	Sakausējums C-276 vai C-22	4–6	ASME VIII, lietotāja specifikācija
Ķīmiskais process	Skābes reaktori, skruberi, cauruļvadi	HCl, H₂SO₂, H3PO4, Cl₂	Sakausējums C-276 vai C-22	5–6	ASME VIII, lietotāja specifikācija
Enerģijas ražošana	FGD absorbētāji, kanāli, ventilatori	SO₂, HCl, mitrais skruberis	Sakausējums C-276 vai C-22	4–6	ASTM, lietotāja specifikācija
Atsāļošana	Siltummaiņa cauruļu loksnes	Jūras ūdens, augsta temperatūra	Sakausējums 625 vai 825	3–4	ASTM, lietotāja specifikācija
Jūras / ārzonas	Sūkņi, vārsti, jūras ūdens cauruļvadi	Jūras ūdens, biopiesārņojums	Sakausējums 625	4–5	DNV, ABS, lietotāja spec
Celuloze un papīrs	Gremošanas līdzekļi, balinātāju mazgātāji	NaOH, ClO₂, H₂SO4	Sakausējums C-276 vai C-22	4–6	TAPPI, lietotāja specifikācija

Avots: API 6A (21. izdevums, 2024) “Akas galviņas un koku aprīkojums”; API 17D (3. izdevums, 2021) “Zemūdens ražošanas sistēmas”; API 934-A (3. izdevums, 2019. gads) “Materiāli un izgatavošana no 2¼ Cr-1 Mo un 3 Cr-1 Mo tērauda smagās sienas spiediena tvertnēm augstas-temperatūras, augsta spiediena ūdeņraža pakalpojumam”; NACE RP045-2003 “Pārklājuma metināšana ūdeņraža pakalpojumam”; ASME B31.3-2022 “Procesa cauruļvadi”; DNVGL-OS-F101 (2021) “Zemūdens cauruļvadu sistēmas”.

Gadījuma izpēte: akas galviņas aprīkojuma pārklājums

Zemūdens urbuma iekārtas un Ziemassvētku eglītes darbojas dažās no agresīvākajām korozijas vidēm: jūras ūdens ārpusē, skābā gāze (H₂S) un sālījums iekšpusē, un temperatūra līdz 200 grādiem. Solid Alloy 625 konstrukcija maksās 5–8 × oglekļa tēraudu. Sakausējuma 625 metinājuma pārklājums uz oglekļa tērauda vai zema{7}}leģētā tērauda (piemēram, AISI 4130, F22) nodrošina tādu pašu izturību pret koroziju par 40–50% zemākām izmaksām.

Tabula. Gadījuma izpēte - Zemūdens akas galvas centrmezgls: sakausējuma 625 pārklājums uz F22 tērauda


Parametrs	Cietais sakausējums 625	F22 + Alloy 625 pārklājums	Ietaupījumi	Piezīmes
Pamatmateriālu izmaksas	55 USD/kg	4 $/kg (F22)	90% zemāks	F22 ir zema-leģēta Cr-Mo tērauds
Pārklājuma izmaksas	N/A	18 USD/kg (625 pildviela + darbs)	N/A	GTAW + GMAW process
Kopējās ražošanas izmaksas	$180,000	$95,000	47% zemāks	Saskaņā ar API 6A specifikāciju
Piegādes laiks	16 nedēļas	10 nedēļas	6 nedēļas ātrāk	F22 metina viegli, pārklājums ir ikdiena
Korozijas veiktspēja	Lieliski	Lieliski (ekvivalents)	Tas pats	Pārklājums kvalificēts atbilstoši API 6A
Koda atbilstība	API 6A, NACE MR0175	API 6A, NACE MR0175	Tas pats	Pārklājuma cietība Mazāka vai vienāda ar 22 HRC

Avots: API 6A (21. izdevums, 2024) “Akas galviņas un koku aprīkojums”; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015; JN Alloys iekšējie projekta dati par zemūdens akas galvas rumbu, kas izgatavots 2023. gadā; Īpašo metālu 'INCONEL® Alloy 625' datu lapa (2023).

Lielām, biezām -sienu iekārtām, kur korozijas iedarbība attiecas tikai uz iekšējo virsmu, metināšanas pārklājums ir ekonomiski labāka izvēle. Cietie sakausējumi ir jārezervē maziem komponentiem (vārstu iekšējiem elementiem, instrumentu veidgabaliem), kur pārklājums ir nepraktisks.

Pildvielas metāla specifikācija (AWS klasifikācija) nosaka pārklājuma ķīmisko sastāvu un izturību pret koroziju. Sakausējuma 625 pārklājumam izmantojiet ERNiCrMo-3 vai ERNiCrMo-4; C-276 pārklājumam izmantojiet ERNiCrMo-4. Klasifikācijai -4 ir augstāks Mo saturs, un tā ir ieteicama spēcīgai skābes samazināšanai.

Pildvielu metālu klasifikācijas niķeļa sakausējuma pārklājumam

Tabula. AWS pildvielu metālu klasifikācijas niķeļa sakausējuma metinājuma pārklājumam


AWS klasifikācija	UNS	Atbilstošs sakausējums	Kr (%)	p (%)	Nb+Ta (%)	Primārais pielietojums
ERNiCr-3	N06082	Sakausējums 600, 601	18–22	-	2.0–3.0	Augstas{0}}temperatūras oksidēšanās, dažādas metināšanas šuves
ERNiCrMo-3	N06625	Sakausējums 625	20–23	8–10	3.15–4.15	Jūras ūdens, H₂S, hlorīdi, vispārējs pārklājums
ERNiCrMo-4	N10276	Sakausējums C-276	14.5–16.5	15–17	-	Samazinošas skābes, spēcīga korozija
ERNiCrMo-10	N06022	Sakausējums C-22	20–22.5	12.5–14.5	-	Jauktas skābes, hipohlorīts
ERNiCrMo-14	N06686	Sakausējums 686	19–23	15–17	-	Ekstrēmas skābes, jūras ūdens
ERNiFeCr-1	N08065	Sakausējums 825	19.5–23.5	2.5–3.5	-	Skāba gāze, sērskābe
ERNiMo-7	N10665	Sakausējums B-2, B-3	Mazāks vai vienāds ar 1,0	26–30	-	Sālsskābe, reducējoša vide

Avots: AWS A5.14/A5.14M:2018 “Specification for Niche and Nichel{3}}Sakausējuma tukšās metināšanas elektrodi un stieņi”; AWS A5.11/A5.11M:2017 “Specifikācija niķelim un niķelim{7}}sakausējuma metināšanas elektrodi ekranēta metāla loka metināšanai”; Speciālo metālu 'Metināšanas izstrādājumu katalogs' (2023); Haynes International 'Welding Filler Metals' tehniskie dati (2023).

Pildvielas metāla izvēle pēc pakalpojumu vides

Tabula. Pildvielas metāla izvēles rokasgrāmata - Niķeļa sakausējuma pārklājums pēc korozijas vides


Pakalpojuma vide	Korozijas režīms	Ieteicamā pildviela	Alternatīva	Piezīmes
Jūras ūdens, sālījums	Cl⁻ bedres, sprauga	ERNiCrMo-3 (625)	ERNiCrMo-4	625 ir jūras ūdens standarts
Skāba gāze (H₂S)	SSC, HIC, SOHIC	ERNiCrMo-3 vai ERNiFeCr-1	ERNiCrMo-4	Pārbaudiet cietību, kas mazāka par vai vienāda ar 22 HRC
Sālsskābe	Vispārējā korozija	ERNiMo-7 (B-2/B-3)	ERNiCrMo-4	B-3 ir priekšroka HCl
Sērskābe	Vispārējā korozija	ERNiCrMo-4 vai ERNiFeCr-1	ERNiCrMo-10	C-276 < 50% H₂SO₂
Jauktas skābes (HCl + H2SO4)	Spēcīga korozija	ERNiCrMo-4 vai ERNiCrMo-10	ERNiCrMo-14	C-22 vai 686 ekstrēmām vajadzībām
Augstas{0}}temperatūras oksidēšana	Oksidācija, karburizācija	ERNiCr-3	ERNiCrCoMo-1	Izmantojiet > 900 grādu pakalpojumam
Kodīgs (NaOH, KOH)	Kaustiskā plaisāšana	ERNiCr-3	ERNiCrMo-3	Leoy 600 pildviela kodīgam
Dūmgāzu atsērošana	SO₂, HCl, mitrais skruberis	ERNiCrMo-4	ERNiCrMo-10	C-276 ir standarta FGD

Avots: NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 “Naftas un dabasgāzes rūpniecība-Materiāli izmantošanai H₂S-saturošā vidē”; Speciālo metālu “Koroziju izturīgo sakausējumu izvēles rokasgrāmata” (2023); Haynes International “Korozijas datu” tehniskā brošūra (2023); Outokumpu “Nerūsējošā tērauda un niķeļa sakausējumu korozijas rokasgrāmata” (2021).

ERNiCrMo-3 (Sakausējuma 625 pildviela) ir daudzpusīgākā izvēle vispārīgiem pārklājuma lietojumiem. ERNiCrMo-4 (pildviela C-276) ir ieteicama spēcīgai skābes samazināšanai. Vienmēr pārbaudiet pārklājuma ķīmiju ar PMI, lai nodrošinātu, ka pildviela un metināšanas procedūra nodrošina nepieciešamo Cr, Mo un Fe saturu.