Rygrensningsteknikker til svejsning af rustfrit stålrørsgasstrømningshastighedsberegninger

En uudrenset svejserod på rør af rustfrit stål eller nikkellegering er en af ​​de mest almindelige - og dyreste - årsager til feltafvisninger. Når indersiden af ​​en samling udsættes for luft under svejsning, reagerer oxygen og nitrogen med det varme, chrom-rige metal og fjerner det tynde oxidlag, der giver legeringen dens korrosionsbestandighed.

Resultatet er et groft, misfarvet, ofte flagende lag kendt som "sukker" og en samling, der fejler hydrotest, PMI eller korrosionskvalifikation. Bagudrensning forhindrer dette ved at oversvømme rørets indre med inert gas før og under svejsning, men at få det rigtigt afhænger af at vælge den korrekte metode og beregne en strømningshastighed og skylletid, der rent faktisk renser røret for luft uden at indføre turbulens. Denne vejledning sammenligner de vigtigste bagudrensningsteknikker, der bruges til fremstilling af rør i rustfrit stål og nikkellegeringer, og gennemgår volumen-udvekslingsmatematikken, der bruges til at dimensionere skyllestrømningshastighederne korrekt.

Hvad er rygrensning, og hvorfor betyder det noget for svejsninger af rustfrit stål?

Gaswolframbuesvejsning (GTAW) og lignende processer beskytter toppen af ​​svejsebassinet med en brændergas, men undersiden af ​​en åben -rodsamling er udsat for den atmosfære, der er inde i røret. Austenitisk rustfrit stål (304/316), duplex og super duplex kvaliteter og nikkellegeringer såsom Inconel 625 og Hastelloy C276 er alle afhængige af en tynd, selvhelbredende chromoxidfilm til korrosionsbestandighed. Ved svejsetemperaturer ødelægges den film, og hvis ilt og nitrogen er til stede inde i røret, dannes et nyt, defekt oxidlag på roden - synligt som halm, blå eller sort-grå misfarvning og i alvorlige tilfælde som en skør, skællende "sukkeret" overflade.

Sukkerede rødder reducerer korrosionsbestandigheden på præcis det sted, der er mest udsat for procesvæske, og de skaber spændingsstigninger, der kan starte revner i cyklisk eller korrosiv drift. Dette er grunden til, at bagudrensning er et obligatorisk trin - ikke en valgfri forfining - for nogen kode-reguleret rustfri eller nikkellegeret rørsvejsning, og hvorfor fabrikationsspecifikationer og inspektionskriterier såsom AWS D18.2 misfarvningsreferencediagrammet, ASME BPE for høj-referencesystemer med høj-renhed, og NACE51S01-referencesystemer, og NACE551S01-service. acceptable rodoxidationsniveauer.

Hvilken tilbagerensningsmetode skal du bruge - Dam (Plug) Purging eller Continuous Flow-gennem udrensning?

Damrensning isolerer et lille volumen omkring samlingen ved hjælp af aftagelige dæmninger placeret inde i røret på begge sider af svejsningen, så kun den begrænsede sektion skal renses -, hvilket forkorter skylletiden og reducerer gasforbruget betydeligt sammenlignet med udrensning af en hel spole. Flow-gennem rensning behandler derimod hele røret eller den fabrikerede samling som ét rensevolumen, der tilfører gas i den ene ende og ventilerer fortrængt luft ud i den anden; den behøver ingen dæmninger, men tager længere tid og bruger mere gas, efterhånden som rørlængden eller kompleksiteten øges. En tredje variant, kammer- eller teltrensning, omslutter ledområdet (eller en hel beslag, albue eller T-stykke) i et fleksibelt kabinet og bruges typisk, hvor dæmninger ikke kan placeres, såsom komplekse grenforbindelser.

Udvælgelse afhænger generelt af geometri og repeterbarhed: Fabrikation af værkspoler med mange korte samlinger favoriserer dæmninger for hastighed, mens tværgående-rørledningsbindinger-ind og orbitalrør-til-rørsvejsninger typisk bruger flow-gennem rensning, fordi der ikke er nogen praktisk måde at indsætte dæmninger på.

Hvordan beregner du rensegasstrømningshastigheden for en given rørdiameter?

Udgangspunktet er det indre volumen af ​​den sektion, der renses:

V=π × (ID / 2)² × L

hvor ID er rørets indvendige diameter, og L er længden af ​​rensezonen (afstanden mellem dæmninger eller den fulde spolelængde for flow-gennem udrensning). Når volumen er kendt, følger den nødvendige strømningshastighed direkte af den ønskede skylletid og antallet af volumenudskiftninger, der er nødvendige for at nå et sikkert iltniveau:

Q = (V × N) / t

Q er strømningshastigheden, V er udrensningszone-volumen, N er antallet af udskiftninger af fuld volumen (almindeligvis 4-10, diskuteret i næste afsnit), og t er måludrensningstiden. Bearbejdet eksempel: et 6-tommers schedule 40-rør har en indvendig diameter på omkring 154 mm. Over en 3 meter opdæmmet sektion er rensevolumenet V=π × (0,077 m)² × 3 m ≈ 0,056 m³, eller cirka 56 liter. For at opnå 6 fulde volumenudvekslinger inden for en 8-minutters rensning er den nødvendige flowhastighed Q=(56 L × 6) / 8 min ≈ 42 L/min.

I praksis bruger de fleste procedurer en strømning i to-trin: en højere indledende strømningshastighed for hurtigt at feje hovedparten af ​​luften ud, efterfulgt af en meget lavere "tilbageholds"-strøm - ofte kun 5-15 l/min for små-rørsrør -, der opretholdes under svejsning for at holde et let positivt tryk, der allerede er renset{{6}, uden at forstyrre atmosfæren. Strømningshastigheden bør aldrig skubbes så højt, at gashastigheden bliver turbulent; turbulens genvinder-luften, som udrensningen forsøger at fjerne, og kan også blæse dæmninger ud, så procedurer er typisk målrettet mod en lav, konstant hastighed frem for den hurtigst mulige fyldning.

Hvor mange rørvolumenudskiftninger er nødvendige for at nå et sikkert iltniveau?

At fortrænge luft fra et rør er ikke en-for-én swap - den indkommende rensegas blandes med den resterende luft nær forsiden af ​​strømmen, så hver ekstra volumenudskiftning fjerner en gradvist mindre andel af den ilt, der er tilbage. Dette er grunden til, at iltkoncentrationen falder hurtigt under de første par udskiftninger og derefter falder meget langsommere, og hvorfor blot at beregne en skylletid ud fra volumen og flowhastighed ikke er en erstatning for at bekræfte det faktiske iltniveau med en kalibreret iltanalysator ved udluftningen eller svejseroden, før den rammer buen.

Disse tal er repræsentative, ikke garanterede - døde ben, ventiler, prøveporte og dårlige dæmningstætninger reducerer alle den virkelige-verdens udrensningseffektivitet i forhold til den teoretiske fortyndingsmodel, hvilket netop er grunden til, at iltovervågning, ikke udvekslingstal alene, er grundlaget for frigivelse-til-svejsebeslutninger om korrosionsarbejde{{4}

Hvilket iltindhold skal du målrette mod, før du slår buen, af legeringsfamilien?

AWS D18.2 misfarvningsreferencediagrammet korrelerer synlig rod-sideoxidfarve med omtrentlig iltkoncentration og bruges i vid udstrækning som et praktisk felttjek: en lys, sølv eller lys strårod svarer generelt til en godt-udrenset led, mens blå, lilla, grå eller sort farve signalerer iltniveauer, der er høje nok til allerede at have nedbrudt overfladen.

Duplex og super duplex kvaliteter har brug for en noget strammere iltgrænse end standard austenitisk rustfrit ikke kun for at undgå misfarvning, men fordi overskydende ilt ved roden kan forstyrre ferrit-austenitbalancen og nitrogenretention, der giver duplexstål deres styrke og korrosionsbestandighed. Nikkellegeringer med deres højere indhold af chrom og molybdæn er tilsvarende følsomme, og systemer med høj -renhed bygget til ASME BPE tilføjer et spejl-finishkrav oven i iltgrænsen.

Argon vs. nitrogen vs. argon-brint

Argon er fuldstændigt inert, tættere end luft (hvilket hjælper det med at sætte sig og holde i vandrette rørsektioner) og kompatibelt med stort set alle rustfri og nikkellegeringskvaliteter, hvorfor det er standardudrensningsgassen, der er specificeret i de fleste svejseprocedurespecifikationer. Nitrogen koster mindre og er bredt tilgængeligt, og det renser standard austenitisk rustfrit stål effektivt, men det er ikke inert med hensyn til nitrogen-kontrollerede dupleks- og superduplekskvaliteter, hvor ukontrolleret nitrogenopsamling ved roden kan ændre den tilsigtede fasebalance; den er også uegnet til flere nikkellegeringer, hvor nitrogen kan fremme uønsket nitriddannelse.

Argon-brintblandinger, typisk 2-5 % brint, producerer en lysere, mere oxid-fri rod på austenitisk rustfrit stål og kan forkorte udrensningstiden en smule, men brinten introducerer en reel skørhedsrisiko på duplex, superdupleks og visse nedbørs-hærdet eller høj--materiale, så dets brugsspecifikke styrke bør være beskyttet mod WPS specifikation før udvælgelse.

Hvordan skal rensedæmninger placeres, og hvilke materialer skal du bruge?

Dæmningsplacering er en direkte afvejning-: Flytning af dæmninger tættere på samlingen reducerer udrensningsvolumen og dermed udrensningstiden, men efterlader mindre plads til indløbet og udluftningen for at etablere jævn, ikke-turbulent strømning hen over svejseroden. Et praktisk udgangspunkt er 100–150 mm fra samlingen på hver side for rør med lille og mellem- diameter, justeret opad for større diametre, hvor flow har brug for mere afstand for at stabilisere sig.

Vand-opløselige papirdæmninger er almindelige til fremstilling af butiksspoler, fordi de opløses og udvaskes efter svejsning uden at efterlade noget fjernelsestrin; oppustelige gummidæmninger er genanvendelige og velegnede til markbindinger-, hvor det samme udstyr renser mange led; og til tees, reduktionsgeometrier og andre uregelmæssige geometrier, bruges formede skumblokke eller høj-temperatur rensetape til at tætne rundt om fittingens indvendige profil. I alle tilfælde skal udluftningen være dimensioneret til at aflaste trykket uden at tillade så meget udstrømning, at dæmningen trækkes løs - dæmningsfejl midt-svejsning er en af ​​de mest almindelige årsager til, at en udrensning mister sin atmosfære halvvejs gennem en samling.

Hvad er de mest almindelige rygrensningsfejl, der forårsager sukker- eller svejsefejl?

Svejsning før måliltniveauet er bekræftet - baseret på en fast udrensningstid i stedet for en faktisk oxygenaflæsning.

Flowhastigheden er indstillet for højt, hvilket skaber turbulent flow, der gen-blander luft tilbage i skyllezonen i stedet for at skubbe den ud foran gasfronten.

Utætte eller forkert anbragte dæmninger, især ved flanger, ventiler eller grenforbindelser, hvor den indvendige profil er uregelmæssig.

Ingen udluftning eller en udluftning, der er for lille, hvilket forårsager trykopbygning, der kan blæse en dæmning ud eller forvrænge tyndvægget-rør.

Skift af rensegastype uden at kontrollere legeringskompatibilitet, især ved at bruge nitrogen- eller argon-hydrogenblandinger på duplex- eller nikkellegeringsforbindelser.

Undladelse af at holde et lavt, stabilt "tilbagehold"-flow under svejsning, hvilket tillader udvendig luft at diffundere tilbage ind i rensezonen over en lang multi-svejsning.

Ofte stillede spørgsmål

Q: Hvad er den mindste udrensningstid for svejsning af rustfrit stålrør?

Sv: Der er ingen universel minimumstid for - rensetid afhænger af udrensnings-zonevolumen, flowhastighed og måliltniveau, og bør beregnes med Q=(V × N)/t og derefter bekræftes med en oxygenanalysator i stedet for at blive anvendt som en fast tommelfingerregel.

Q: Kan nitrogen bruges i stedet for argon til tilbagerensning?

A: Nitrogen er acceptabelt for standard 300--serien austenitisk rustfrit stål, men bør undgås på duplex, super duplex og nitrogenfølsomme nikkellegeringer, hvor ukontrolleret nitrogenopsamling kan påvirke fasebalance eller metallurgi.

Q: Hvilket iltniveau er acceptabelt før svejsning af rustfrit stålrør?

A: De fleste fabrikationsspecifikationer er målrettet 50-100 ppm for standard austenitisk rustfrit stål, stramning til 25-50 ppm for duplex og nikkellegeringer og under 10 ppm for systemer med høj-renhed; den gældende projektspecifikation og WPS styrer det nøjagtige tal.

Spørgsmål: Hvorfor bliver svejseroden blå eller sort, selv når en udrensning kører?

A: Misfarvning indikerer, at udrensningen ikke nåede et lavt nok iltniveau før eller under svejsning - almindelige årsager er utilstrækkelig udrensningstid, en utæt dæmning, flowhastigheden sat for højt eller start af lysbuen, før atmosfæren stabiliserede sig.

Spørgsmål: Skal tilbagerensningsflowhastigheden ændres under svejsning?

A: Ja - de fleste procedurer bruger en højere initial flowhastighed til at feje luft hurtigt ud, og reducerer derefter til et meget lavere tilbageholdelsesflow under svejsning for at opretholde et let positivt tryk uden at indføre turbulens.

Sp: Er tilbagerensning påkrævet af kode, eller er det en anbefalet praksis?

A: Kravene er fastsat af den styrende kode, specifikation eller WPS i stedet for at være universel. - mange rør- og tryk-grænseapplikationer til rustfrit og nikkellegeringsrør kræver det, og acceptkriterier refereres almindeligvis til AWS D18.2-misfarvningsdiagrammet eller en projektspecifik-iltgrænse.