لحام التراكب Inconel 625: إجراء الكسوة لأنابيب الصلب الكربوني والأجزاء الداخلية للأوعية

إنكونيل 625لحام التراكب هو عملية دمج طبقة رقيقة -من النيكل-الكروم{2}}الموليبدينوم رقيقة ومقاومة للتآكل في أنابيب الصلب الكربوني المنخفضة التكلفة أو الأجزاء الداخلية للأوعية. والنتيجة هي مكون مركب يجمع بين قوة واقتصاد الفولاذ الكربوني مع مقاومة التآكل والتآكل لسبائك النيكل المتميزة - بجزء بسيط من تكلفة جزء Inconel 625 الصلب.

يشرح هذا الدليل، بعبارات واضحة، كيفية عمل العملية، وما هي طرق اللحام المستخدمة، وكيف يتم التحكم في التخفيف، وما هي الرموز التي تحكم القبول، حتى يتمكن المهندسون والمشترون والطلاب على حد سواء من تقييم الإجراء بثقة.

ما هو لحام التراكب Inconel 625؟

لحام تراكب Inconel 625 (يسمى أيضًا تكسية اللحام) عبارة عن عملية لحام انصهار ترسب طبقة واحدة أو أكثر من معدن حشو Inconel 625 على سطح قاعدة معدنية من الفولاذ الكربوني، مما يؤدي إلى إنشاء جلد مقاوم للتآكل مرتبط ميتالورجيًا-دون تغيير الدور الهيكلي للمادة الأساسية.

تحمل الركيزة المصنوعة من الفولاذ الكربوني الحمل الميكانيكي - لاحتواء الضغط والدعم الهيكلي ومقاومة الصدمات - لأنها غير مكلفة وسهلة التصنيع. يتم ترسيب طبقة Inconel 625، التي يبلغ سمكها عادةً 3-6 مم بعد التشغيل الآلي، فقط في المكان الذي سيتصل فيه السطح بمائع عملية التآكل أو التآكل، مثل الخام الحامض أو مياه البحر أو الغاز الحمضي. ونظرًا لأن المعدنين مندمجان على المستوى الذري، فإن الطبقة المكسوة لن تنفصل تحت ضغط الخدمة ودرجة الحرارة بالطريقة التي يمكن بها للبطانة أو الطلاء المطبق ميكانيكيًا.

جدول 1 - ملخص مقارن لطرق حماية-سبائك النيكل من تآكل الفولاذ الكربوني.

لماذا يتم تغليف الفولاذ الكربوني بدلاً من استخدام مادة Inconel 625 الصلبة؟

عادةً ما يؤدي اللحام المتراكب إلى خفض تكلفة المواد بنسبة 60-80% مقارنة بمكون Inconel 625 الصلب مع توفير مقاومة تآكل مكافئة على السطح المبلل، لأن سبائك النيكل يتم تطبيقها فقط حيث تكون هناك حاجة إليها بالفعل.

يكلف Inconel 625 عدة مرات أكثر للكيلوغرام الواحد من الفولاذ الكربوني ويصعب تصنيعه ولحامه في المقاطع السميكة. في أوعية الضغط وبكرات الأنابيب، يحدث هجوم التآكل فقط على السطح الداخلي المعرض لسائل المعالجة - حيث يكون سمك الجدار الأكبر موجودًا فقط لمقاومة الضغط. يتيح لحام التراكب للمهندسين وضع سبائك باهظة الثمن فقط عند نقطة الهجوم بينما يقوم الفولاذ الكربوني بالأعمال الهيكلية. تشمل المزايا الإضافية ما يلي:

• انخفاض إجمالي تكلفة التركيب للأنابيب ذات القطر الكبير-والأجزاء الداخلية للمفاعلات وأرضيات الخزانات.
•  

1. مدة زمنية أقصر من شراء ألواح أو أنابيب من سبائك النيكل الصلب-، والتي غالبًا ما تتطلب فترات زمنية طويلة للطحن.
2. القدرة على إصلاح أو إطالة عمر معدات الفولاذ الكربوني الموجودة في الميدان، وتجنب الاستبدال الكامل.
3. مرونة التصميم لتغطية المناطق التي تتعرض للتآكل بشكل انتقائي فقط-مثل المرفقين، والوصلات، وانتقالات اللحام.

ما هي عمليات اللحام المستخدمة لتطبيق تراكب Inconel 625؟

العمليات الأربع الأكثر استخدامًا هي اللحام بقوس الغاز التنغستن (GTAW/hot-wire)، واللحام بالقوس المعدني بالغاز (GMAW)، واللحام بالقوس المغمور (SAW) مع شريط كهربائي، واللحام بالقوس المنقول بالبلازما (PTA)، مع استخدام غلاف الليزر في تطبيقات التخفيف العالية الدقة أو المنخفضة-.

تقوم كل عملية بتداول معدل الترسيب والتحكم في التخفيف وتكلفة المعدات بشكل مختلف. يعتمد اختيار العملية على هندسة المكونات (أنبوب التجويف-الصغير مقابل الأجزاء الداخلية للأوعية المسطحة الكبيرة)، وحدود التخفيف المطلوبة، وحجم الإنتاج.

جدول 2 - عمليات اللحام المستخدمة في تكسية التراكب Inconel 625، مرتبة حسب التحكم في التخفيف والإنتاجية.

ما هو الإجراء-بواسطة-خطوة الكسوة؟

يتبع إجراء تراكب Inconel 625 المؤهل ست مراحل متتالية: إعداد الركيزة، والتسخين المسبق، وتأهيل إجراء اللحام، والترسيب المتعدد -، والتحكم في الممرات البينية، والمعالجة الحرارية اللاحقة للحام - بالإضافة إلى الفحص.

تتحكم كل مرحلة في وضع فشل محدد - تلوث السطح، أو التشقق، أو التخفيف الزائد، أو المسامية. يعكس التسلسل أدناه ممارسة المتجر القياسية لأوعية كود ASME-وبكرات الأنابيب.

• تحضير المعدن الأساسي: قم بطحن أو تشكيل سطح الفولاذ الكربوني للحصول على معدن لامع، وإزالة قشور الطحن والأكسيد وبقايا الهيدروكربون. تحقق من تشطيب السطح وتحقق من التصفيحات عن طريق اختبار الموجات فوق الصوتية (UT) قبل اللحام.
•  
• تطبيق التسخين المسبق: قم بالتسخين المسبق للفولاذ الكربوني إلى 100-150 درجة (عادةً لكل WPS والمواد المكافئة للكربون) لتقليل خطر التشقق المدعوم بالهيدروجين - في المنطقة المتضررة بالحرارة - (HAZ).
•  
• سجل تأهيل الإجراء (PQR): قم باللحام واختبار قسيمة التأهيل التي تؤكد خصائص الكيمياء والتخفيف والصلابة والانحناء قبل بدء إنتاج اللحام.
•  
• ترسيب الجذر/الطبقة الأولى: قم بإيداع الطبقة الأولى بعملية ومجموعة معلمات تم اختيارها لتقليل التخفيف، نظرًا لأن هذه الطبقة تحتوي على أعلى نسبة التقاط للحديد من المعدن الأساسي.
•  
• التحكم في درجة الحرارة البينية: الحفاظ على درجة الحرارة البينية ضمن النطاق المؤهل (عادة 150 درجة كحد أقصى) للتحكم في نمو الحبوب وتجنب الإفراط في إدخال الحرارة.
•  
• الطبقة الثانية (الطبقة النهائية): قم بإيداع طبقة تراكب ثانية، معادلة خرزات اللحام من الطبقة الأولى، لتخفيف التقاط الحديد وتحقيق الكيمياء النهائية المحددة على الوجه المكشوف.
•  
• تشطيب السطح: قم بطحن السطح المغطى أو تشكيله آليًا للوصول إلى البعد النهائي وفحص تشطيب السطح والتقويض ونقص الانصهار.
•  
• المعالجة الحرارية لما بعد اللحام (PWHT): يتم تطبيق المعالجة الحرارية لتخفيف الضغط-حيثما يتطلب ذلك الكود أو الخدمة (على سبيل المثال، الخدمة الحامضة وفقًا لمعيار NACE MR0175/ISO 15156) لتقليل الضغط المتبقي وتحسين مقاومة التشقق.
•  
• الفحص النهائي والإصدار: إجراء اختبار اختراق الصبغة (PT)، وUT للتأكد من سلامة الروابط، وتحليل البقع الكيميائية (PMI)، واختبار الصلابة قبل طرح المكون للخدمة.
•  

كيف يتم التحكم في التخفيف في لحام التراكب Inconel 625؟

يتم التحكم في التخفيف بشكل أساسي من خلال إستراتيجية الترسيب ذات الطبقتين، وإدخال الحرارة المنخفضة، وتقنية تداخل الخرز، مع الحفاظ على محتوى الحديد على السطح المكشوف أقل من 5% للحفاظ على مقاومة التآكل في Inconel 625.

التخفيف هو خلط المعدن الأساسي للفولاذ الكربوني في حوض لحام سبائك النيكل-. عندما تذيب الشعلة المعدن الأساسي، يدخل الحديد إلى بركة اللحام ويقلل محتوى النيكل والكروم والموليبدينوم في الرواسب. إذا تجاوز محتوى الحديد على السطح ما يقرب من 5-10%، فإن مقاومة التآكل للتراكب تقترب من تلك الموجودة في سبيكة ذات درجة أقل- ولا يمكن اعتبارها أداء Inconel 625 حقيقيًا. يقوم المهندسون بإدارة التخفيف من خلال:

• طبقتان-حد أدنى لترسيب - الطبقة الأولى تمتص معظم تخفيف الحديد؛ الطبقة الثانية، التي تم ترسيبها فوق الطبقة الأولى المخففة بدلاً من الفولاذ الكربوني، تنتهي بالقرب من كيمياء Inconel 625 الاسمية.
•  

انخفاض التيار الكهربائي وسرعة السير الأعلى - يحد تقليل طاقة القوس من مدى عمق انصهار المعدن الأساسي.

• تداخل الخرزات بنسبة 40–50% - حتى التداخل يتجنب الوديان التي تفرض مدخلات حرارة أعلى على التمريرات اللاحقة.
• السلك البارد- أو السلك الساخن-GTAW - الذي يفصل مصدر الحرارة عن معدل تغذية الحشو يمنح تحكمًا مستقلاً في الاختراق والترسيب.
• التحقق الكيميائي بواسطة PMI (تحديد المادة الإيجابية) أو التحليل الطيفي المعملي على السطح النهائي، وليس فقط قسيمة تأهيل إجراء اللحام.
•  

ما هي معلمات اللحام النموذجية لتراكب Inconel 625؟

تعمل معلمات الأسلاك الساخنة النموذجية GTAW- على 180-260 أمبير، و10-14 فولت، و8-15 سم/دقيقة، مما ينتج خرزة يبلغ سمكها حوالي 2-3 مم لكل تمريرة مع تخفيف بنسبة 5-10% عند التحكم فيها بشكل صحيح.

يتم دائمًا تعيين المعلمات الدقيقة بواسطة مواصفات إجراءات اللحام المؤهلة (WPS)، ولكن النطاقات التالية تمثل نقاط بداية تمثيلية مستخدمة في جميع أنحاء الصناعة لتجويف الأنابيب والكسوة الداخلية للأوعية:

جدول 3 - نطاقات معلمات اللحام التمثيلية لتراكب Inconel 625 حسب العملية (تحقق من WPS/PQR المؤهل).

ما هي طرق مراقبة الجودة والفحص التي تتحقق من التراكب المتوافق؟

يتم التحقق من تراكب Inconel 625 المتوافق من خلال خمس عمليات فحص: الفحص البصري، واختبار اختراق السائل، واختبار الروابط بالموجات فوق الصوتية، وتحليل التركيب الكيميائي (PMI)، وقياس الفريت/التخفيف، وكلها موثقة مقابل WPS/PQR معتمد.

نظرًا لأن الغرض الكامل للتراكب هو مقاومة التآكل على السطح، فإن الفحص يركز على سلامة السطح والكيمياء بدلاً من القوة الميكانيكية فقط.

• الفحص البصري (VT): يتحقق من التشققات السطحية والقطع السفلي وتجانس حبيبات اللحام.
• اختبار اختراق السائل (PT): يكتشف السطح-الشقوق المتكسرة والمسامية غير المرئية بالعين المجردة.
• اختبار الموجات فوق الصوتية (UT): يؤكد الترابط بين التراكب والمعادن الأساسية، ويكشف عن نقص-الرابطة أو التصفيح.
• تحديد المواد الإيجابية (PMI): يؤكد أن محتوى النيكل والكروم والموليبدينوم يلبي الحد الأدنى المحدد على السطح النهائي.
• اختبار الصلابة: يتم التحقق من أن المنطقة{0}المتأثرة بالحرارة لم تتصلب بشكل مفرط، مما قد يشير إلى خطر التشقق، خاصة في الخدمة الحامضة أو الهيدروجينية.
• فحص الفريت/التخفيف: بالنسبة للخدمة الحرجة، يؤكد المقطع العرضي الكيميائي أو المعدني- أن تخفيف الحديد ضمن الحد المؤهل.

ما هي العيوب الأكثر شيوعًا في لحامات التراكب Inconel 625؟

العيوب الأكثر شيوعًا هي عدم الانصهار عند خط الربط، والتكسير الساخن في معدن اللحام، والتخفيف المفرط، والمسامية - التي يمكن إرجاع كل منها إلى متغير عملية محدد وقابل للتصحيح.

جدول 4 - عيوب تراكب Inconel 625 الشائعة وأسبابها وطرق الوقاية منها.

ما هي القواعد والمعايير التي تحكم لحام التراكب Inconel 625؟

يخضع لحام التراكب Inconel 625 بشكل أساسي إلى القسم التاسع من ASME (تأهيل اللحام والإجراء)، أو ASME B31.3 أو القسم الثامن (تصميم الأنابيب والأوعية)، وNACE MR0175/ISO 15156 (متطلبات مواد الخدمة الحامضة)، وASTM B443/UNS N06625 (كيمياء السبائك).

جدول 5 - الرموز الأساسية والمعايير المطبقة على مشاريع لحام التراكب Inconel 625.

أين يتم استخدام الفولاذ الكربوني Inconel 625 Clad؟

يتم استخدام الفولاذ الكربوني المغطى بـ Inconel 625 على نطاق واسع في أنابيب إنتاج النفط والغاز، وخطوط التدفق تحت سطح البحر، والأجزاء الداخلية من المفاعل وأوعية الفصل، وأنظمة إزالة الكبريت من غاز المداخن-، ومعدات معالجة مياه البحر-، حيثما يلتقي سائل عملية التآكل مع مكون الفولاذ الهيكلي.

1. خطوط أنابيب النفط والغاز الخاصة بالخدمة الحامضة ومكونات رؤوس الآبار المعرضة لكبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون.
2. تتطلب خطوط التدفق والرافعات تحت سطح البحر مقاومة للتآكل مع اقتصاديات الفولاذ الهيكلي.
3. أوعية الضغط والأجزاء الداخلية للمفاعلات في عمليات التكرير ومعالجة البتروكيماويات.
4. -مكونات نظام إزالة الكبريت من غاز المداخن (FGD) المعرضة للمكثفات الحمضية.
5. أنظمة تبريد مياه البحر ومعدات تحلية المياه.
6. الفوهات وألواح الأنابيب والأكواع معرضة للتآكل والتآكل المشترك.

الأسئلة المتداولة

نعم، عندما يتم التحكم في التخفيف بشكل صحيح إلى أقل من 5% تقريبًا من محتوى الحديد على السطح المكشوف، توفر طبقة -طبقتين من Inconel 625 مقاومة للتآكل تعادل Inconel 625 الصلب على السطح المبلل، لأن كيمياء الطبقة المكشوفة تلبي نفس حدود المواصفات.

تحدد معظم التصميمات حدًا أدنى يبلغ 3 مم للسمك النهائي بعد التشغيل الآلي، ويتم ترسيبه كطبقتين لحام يبلغ سمك كل منهما 2-3 مم تقريبًا قبل الانتهاء، لضمان السماح المناسب للتآكل حتى بعد طحن السطح وأي -إعادة تشغيل مستقبلية.

نعم. يُستخدم اللحام المتراكب بشكل شائع لإصلاح أو ترقية الأنابيب والأوعية المصنوعة من الفولاذ الكربوني الموجودة في الميدان أو في ورشة عمل، مما يطيل عمر المعدات دون استبدال كامل، بشرط أن يجتاز المعدن الأساسي فحص UT للتأكد من سلامته أولاً.

يتم تطبيق تراكب اللحام عن طريق اللحام بعد تصنيع المكون، مما يجعله مناسبًا للأشكال الهندسية المعقدة مثل تجاويف الأنابيب والفوهات، في حين يتم إنتاج الصفائح المغلفة -المترابطة في مصنع الصلب عن طريق الضغط- من خلال ربط لوحين مسطحين معًا، مما يجعلها مناسبة لأغطية الأوعية المسطحة المصنعة من لوحة جديدة.

تحتوي الطبقة الواحدة حتمًا على الحديد المخفف الملتقط من المعدن الأساسي للفولاذ الكربوني، لذلك يتم ترسيب طبقة ثانية أعلى الطبقة الأولى - وليس على المعدن الأساسي - لإعادة كيمياء السطح النهائية إلى مواصفات Inconel 625 الكاملة.