برای تولید لوله جوشی، هندسه لوله چه چالش های محافظ خاصی را ارائه می دهد و از چه تجهیزات تخصصی برای غلبه بر آنها استفاده می شود؟

1. مزیت اقتصادی اولیه لوله های جوش داده شده نسبت به بدون درز برای قطرهای بزرگ واضح است. با این حال، محدودیت‌های فنی و متالورژیکی ذاتی خود اتصال جوشی چیست و چگونه بر کاربرد لوله در سرویس‌های حیاتی تأثیر می‌گذارند؟

محدودیت اساسی لوله های جوش داده شده در ایجاد یک سیستم متالورژیک ناهمگن در امتداد درز جوش است. این ناهمگونی نقاط ضعف بالقوه ای را معرفی می کند که در یک لوله بدون درز وجود ندارد.

محدودیت های ذاتی اتصال جوش داده شده:

گرما-نرم شدن یا شکنندگی ناحیه متاثر از حرارت (HAZ): چرخه حرارتی جوشکاری ریزساختار فلز پایه مجاور جوش را تغییر می‌دهد. در{2}}گریدهای CP سخت شده (مانند Gr2)، HAZ می‌تواند بازپخت و رشد دانه را تجربه کند، که منجر به ایجاد یک ناحیه موضعی با استحکام و سختی کمتر می‌شود. در درجه 5 (Ti-6Al-4V)، HAZ می تواند یک ریزساختار پیچیده با تعادل فازهای متفاوت ایجاد کند که به طور بالقوه چقرمگی یا مقاومت در برابر خوردگی را کاهش می دهد.

تنش‌های پسماند: گرمایش موضعی شدید و سرد شدن سریع در حین جوشکاری تنش‌های کششی پسماند قابل توجهی ایجاد می‌کند که عمدتاً به صورت طولی در امتداد درز جوش قرار می‌گیرد. این تنش‌ها می‌توانند بر عملکرد تحت شرایط خاص تأثیر منفی بگذارند، در صورت وجود آلاینده‌های خاص، حساسیت به ترک خوردگی تنشی (SCC) را افزایش می‌دهند و عمر خستگی تحت بارگذاری فشار چرخه‌ای را کاهش می‌دهند.

پتانسیل برای عیوب جوش: این فرآیند ذاتاً مستعد نقص هایی مانند تخلخل (از گیر افتادن گاز)، عدم همجوشی، و گنجاندن تنگستن (در GTAW) است. اینها به عنوان متمرکز کننده تنش عمل می کنند و می توانند محل شروع ترک های خستگی یا خوردگی باشند.

عیوب هندسی: تقویت کننده جوش (کلاهک) و هرگونه ناهماهنگی احتمالی باعث ایجاد انحراف از سوراخ ایده آل صاف و قطر خارجی می شود. این می تواند جریان آرام را مختل کند، باعث تلاطم شود و محل های شکافی برای شروع خوردگی ایجاد کند.

تأثیر بر کاربرد خدمات حیاتی:
این محدودیت ها به این معنی است که لوله تیتانیوم جوش داده شده اغلب تحت شرایط سخت گیرانه تری قرار می گیرد-تست غیرمخرب (NDT) مانند رادیوگرافی 100٪ (RT) یا تست اولتراسونیک خودکار (UT) درز جوش. برای خدماتی که شامل فشارهای چرخه‌ای بالا، دماهای شدید، یا محیط‌های بسیار سمی/کشنده می‌شوند، یکنواختی تضمین شده یک لوله بدون درز اغلب مشخص می‌شود تا خطرات مرتبط با جوش طولی، علی‌رغم هزینه بالاتر، از بین برود.

2. جوشکاری موفق تیتانیوم کاملاً به محافظ گاز بی عیب و نقص بستگی دارد. برای تولید لوله جوشی، هندسه لوله چه چالش های محافظ خاصی را ارائه می دهد و از چه تجهیزات تخصصی برای غلبه بر آنها استفاده می شود؟

واکنش‌پذیری تیتانیوم در دماهای بالا باعث می‌شود که محافظ به مهم‌ترین عامل تبدیل شود. هندسه لوله دو چالش اصلی را ایجاد می کند: محافظت از حوضچه جوش خارجی و HAZ و مهمتر از آن، محافظت از سطح ریشه داخلی در برابر اکسیداسیون.

چالش های محافظ:

حفاظت از ریشه داخلی (بزرگترین چالش): همانطور که جوش ساخته می شود، داخل اتصال لوله تا دمایی گرم می شود که در صورت قرار گرفتن در معرض هوا به سرعت اکسید می شود. این اکسیداسیون داخلی یک لایه شکننده و آلوده ایجاد می کند که مقاومت در برابر خوردگی و شکل پذیری را به شدت به خطر می اندازد.

حفاظت از دنباله: مهره جوش جامد و HAZ مجاور آن برای مدت قابل توجهی پس از گذشتن مشعل داغ و واکنشی باقی می مانند. برای جلوگیری از تغییر رنگ و شکنندگی آنها باید تا زمانی که در دمای کمتر از 425 درجه (800 درجه فارنهایت) سرد شوند محافظت شوند.

تجهیزات حفاظتی تخصصی:

سیستم‌های پاکسازی داخلی (اجباری): برای محافظت از ریشه، داخل لوله باید با آرگون با خلوص بالا-آغشته شود. این با استفاده از:

سدهای بادی یا شمع های پاکسازی: این شمع ها در دو طرف اتصال جوش وارد لوله می شوند و برای ایجاد یک محفظه مهر و موم شده در اطراف ناحیه جوش باد می شوند. سپس محفظه تخلیه شده و با آرگون پر می شود. کنتورهای اکسیژن اغلب برای تأیید وجود کمتر از 50 تا 100 پی پی ام O2 در جو تصفیه قبل از شروع جوشکاری استفاده می شود.

سپرهای دنباله دار توسعه یافته: مشعل استاندارد GTAW با یک محافظ سرامیکی یا فلزی سفارشی ساخته شده- که چندین اینچ پشت مشعل امتداد دارد، تجهیز شده است. این دستگاه همچنین با آرگون تغذیه می شود و برای پوشاندن فلز جوش گرم و جامد کننده و HAZ خنک کننده طراحی شده است و یک پوشش آرام از گاز بی اثر ارائه می دهد.

پوشش گاز جانبی: برای قطرهای بزرگ، جوشکارها ممکن است از شیلنگ‌های گاز کمکی که به ناحیه جوش هدایت می‌شوند برای تکمیل سپرهای اولیه و انتهایی استفاده کنند.

یک اتصال تیتانیوم کاملاً جوش داده شده به رنگ نقره ای روشن خواهد بود. هر نشانه ای از تغییر رنگ (کاهی، آبی، بنفش یا سفید) نشان دهنده افزایش سطوح آلودگی اکسیژن و یک جوش بالقوه غیرقابل قبول است.

3. برای یک سیستم لوله آب دریا، یک طراح ممکن است تیتانیوم CP درجه 2 جوش داده شده را به دلایل هزینه انتخاب کند. چه روش‌های آزمایش غیرمخرب خاصی برای واجد شرایط بودن جوش ضروری است، و معیار پذیرش مستقیم‌ترین ارتباط با عملکرد خوردگی لوله چیست؟

برای اطمینان از یکپارچگی-دراز مدت لوله تیتانیوم جوش داده شده در محیطی خورنده مانند آب دریا، یک پروتکل NDT دقیق ضروری است. روش های اولیه عبارتند از:

تست رادیوگرافی (RT): این رایج ترین روش معاینه حجمی است. این یک فیلم یا رکورد دیجیتال دائمی از کل حجم جوش را فراهم می کند و به طور موثر عیوب حجمی مانند تخلخل، آخال های سرباره و عدم همجوشی را تشخیص می دهد. برای ارزیابی سلامت داخلی جوش عالی است.

تست نفوذ رنگ (PT): این یک روش بررسی سطحی است. در تشخیص عیوب شکستگی سطحی ریز و خطی-مانند ترک‌های ریز-، ترک‌های دهانه، و عدم همجوشی در انگشت جوش بسیار مؤثر است. این عیوب بسیار مهم هستند زیرا می توانند نقطه شروع خستگی یا خوردگی شکاف باشند.

معیار پذیرش بحرانی: تغییر رنگ (تست دیداری - VT)
در حالی که RT و PT عیوب فیزیکی را بررسی می‌کنند، مستقیم‌ترین و مهم‌ترین معیار پذیرش برای عملکرد خوردگی، بازرسی بصری دقیق برای تغییر رنگ است.

دلیل: تغییر رنگ نشانگر بصری آلودگی اتمسفر است. رنگ آبی، خاکستری یا سفید روی جوش یا HAZ نشان دهنده جذب اکسیژن و/یا نیتروژن است که یک لایه آلفا-شکننده ایجاد می کند. این لایه آلوده مقاومت به خوردگی شدیدی دارد و می تواند به عنوان محل شروع ترک عمل کند.

استاندارد صنعت: بیشتر مشخصات دقیق (مثلاً ASME B31.3 برای لوله‌کشی فرآیند) فقط یک کاه روشن یا رنگ «آفتابی» را برای جوش‌های تیتانیوم CP مجاز می‌سازد و ممکن است نیاز به رد کامل هر جوشی داشته باشد که رنگ‌های آبی، خاکستری یا سفید را نشان می‌دهد. جوش اغلب باید بریده شود و{4}}دوباره جوش داده شود.

بنابراین، صلاحیت جوش فقط در مورد یکپارچگی ساختاری آن (بررسی شده توسط RT) نیست، بلکه به همان اندازه در مورد خلوص متالورژیکی آن (بررسی شده توسط VT و PT) است که برای عملکرد خوردگی بسیار مهم است.

4. در خدمات شیمیایی یا دارویی با خلوص بالا، پرداخت سطح داخلی لوله بسیار مهم است. فرآیند جوش داده شده، ترسیم شده و آنیل شده (WDA) چه چالش‌های منحصر به فردی را برای لوله تیتانیوم حل می‌کند و چگونه می‌تواند به پایانی قابل مقایسه با یکپارچه دست یابد؟

در{0}صنایع با خلوص بالا، برای جلوگیری از رشد باکتری‌ها، آلودگی محصول و نقاط به دام افتادن، یک سطح داخلی صاف، شکاف- و قابل تمیز کردن الزامی است. یک لوله استاندارد به عنوان-جوش داده شده دارای یک مهره تقویت شده در داخل (ID) است که غیرقابل قبول است. فرآیند WDA (جوش داده شده، ترسیم شده و آنیل شده) به طور خاص برای رفع این مشکل طراحی شده است.

چالش های حل شده توسط فرآیند WDA:

حذف مهره جوش داخلی: چالش اصلی تقویت داخلی است که باعث ایجاد اختلال در جریان و کابوس تمیز کردن می شود. WDA به صورت فیزیکی این مهره را حذف می کند.

اصلاح ساختار دانه: ساختار جوش داده شده در HAZ می‌تواند دانه‌های درشت و ستونی داشته باشد. WDA این ریزساختار را اصلاح می کند.

مراحل فرآیند WDA:

1. جوشکاری: نوار با استفاده از روش های استاندارد (معمولاً با قوس پلاسما یا جوش لیزری برای یک جوش تمیزتر و باریک تر) تشکیل و جوش داده می شود.

2. کشش سرد (غرق): لوله جوش داده شده از طریق قالب سخت شده بدون سنبه کشیده می شود. این فرآیند:

قطر لوله و ضخامت دیواره را کاهش می دهد.

تقویت کننده داخلی جوش را مجبور می کند تا به سمت داخل جریان یابد و در سراسر سطح داخلی "لکه دار" شود، به طور موثر مهره را از بین می برد و یک ID صاف و پیوسته ایجاد می کند.

3. آنیل کردن: سپس به لوله{1}}سرد کار شده یک محلول کامل آنیل داده می شود. این:

تنش های ناشی از کشش سرد را کاهش می دهد.

ساختار دانه را تبلور مجدد می‌کند و یک ریزساختار دانه‌دار یکنواخت-در سرتاسر فلز پایه و ناحیه جوش ایجاد می‌کند که شکل‌پذیری را بازیابی می‌کند و مقاومت در برابر خوردگی را بهینه می‌کند.

لوله WDA نهایی دارای یک سطح داخلی است که عملاً از یک لوله بدون درز قابل تشخیص نیست و خط جوش اغلب به سختی قابل مشاهده است. انعطاف پذیری قطر ساختار جوش داده شده را با صافی داخلی و یکنواختی متالورژیکی مورد نیاز برای کاربردهای-با خلوص- فوق العاده بالا ارائه می دهد.

5. هنگام مقایسه یک لوله تیتانیوم جوش داده شده با یک جایگزین-با کارایی بالا مانند لوله های فولادی ضد زنگ فوق آستنیتی (مثلاً 6Mo) برای یک کارخانه شیمیایی، تصمیم کلیدی-عوامل محرک فراتر از هزینه مواد اولیه چیست؟

این انتخاب یک معامله کلاسیک- بین مقاومت خوردگی برتر اما وسیع‌تر تیتانیوم و هزینه کمتر اما عملکرد خاص‌تر آلیاژ 6Mo است.

تصمیم کلیدی-عوامل رانندگی:

نتیجه گیری: تصمیم گیری به محیط شیمیایی خاص بستگی دارد. اگر این فرآیند شامل کلریدهای داغ، عوامل اکسید کننده، یا آب دریا با سرعت بالا باشد، تیتانیوم جوش داده شده بهترین انتخاب فنی است که حق بیمه خود را با طول عمر بی‌نظیر توجیه می‌کند. برای کاربردهایی که شامل کاهش اسیدها و سطوح کلرید متوسط ​​هستند، ضد زنگ 6Mo جوش داده شده یک راه حل قوی و از نظر اقتصادی جذاب تر ارائه می دهد.