Teknik Pembersihan Belakang untuk Pengiraan Kadar Aliran Gas Kimpalan Paip Keluli Tahan Karat

Akar kimpalan yang tidak dibersihkan pada paip keluli tahan karat atau aloi nikel ialah salah satu daripada - dan paling mahal - punca penolakan medan. Apabila bahagian dalam sambungan terdedah kepada udara semasa mengimpal, oksigen dan nitrogen bertindak balas dengan logam yang kaya dengan kromium-yang panas dan menanggalkan lapisan oksida nipis yang memberikan aloi rintangan kakisannya.

Hasilnya ialah lapisan kasar, berubah warna, sering mengelupas yang dikenali sebagai "gula," dan sambungan yang gagal ujian hidro, PMI atau kelayakan kakisan. Pembersihan belakang menghalangnya dengan membanjiri bahagian dalam paip dengan gas lengai sebelum dan semasa mengimpal, tetapi membetulkannya bergantung pada memilih kaedah yang betul dan mengira kadar aliran dan masa pembersihan yang sebenarnya membersihkan paip udara tanpa menimbulkan pergolakan. Panduan ini membandingkan teknik pembersihan belakang utama yang digunakan dalam fabrikasi paip keluli tahan karat dan aloi nikel dan menelusuri -matematik pertukaran volum yang digunakan untuk mengukur kadar aliran pembersihan dengan betul.

Apakah Pembersihan Belakang dan Mengapa Ia Penting untuk Kimpalan Paip Keluli Tahan Karat?

Kimpalan arka tungsten gas (GTAW) dan proses yang serupa melindungi bahagian atas kolam kimpalan dengan gas obor, tetapi bahagian bawah sambungan akar-terbuka terdedah kepada sebarang suasana di dalam paip. Keluli tahan karat austenit (304/316), gred dupleks dan super dupleks serta aloi nikel seperti Inconel 625 dan Hastelloy C276 semuanya bergantung pada filem kromium oksida -penyembuhan sendiri yang nipis untuk rintangan kakisan. Pada suhu kimpalan, filem itu dimusnahkan, dan jika oksigen dan nitrogen terdapat di dalam paip, lapisan oksida baru yang rosak terbentuk pada akar - kelihatan sebagai jerami, biru atau hitam-kelabu perubahan warna dan dalam kes yang teruk sebagai permukaan "bergula" yang rapuh dan bersisik.

Akar bergula mengurangkan rintangan kakisan tepat pada lokasi yang paling terdedah kepada cecair proses, dan ia menghasilkan penaik tekanan yang boleh memulakan keretakan dalam perkhidmatan kitaran atau menghakis. Inilah sebabnya mengapa pembersihan belakang adalah langkah wajib - bukan penghalusan pilihan - untuk mana-mana kod-ditadbir kimpalan paip tahan karat atau aloi nikel, dan mengapa spesifikasi fabrikasi dan kriteria pemeriksaan seperti carta rujukan perubahan warna AWS D18.2, ASME BPE untuk -sistem ketulenan tinggi{175}}dan jadi 175ur/5MRISO MR tahap pengoksidaan akar yang boleh diterima.

Kaedah Pembersihan Belakang Yang Mana Perlu Anda Gunakan - Pembersihan Empangan (Palam) atau Aliran Berterusan-Melalui Pembersihan?

Pembersihan empangan mengasingkan isipadu kecil di sekeliling sambungan menggunakan empangan boleh tanggal yang diletakkan di dalam paip pada kedua-dua belah kimpal, jadi hanya bahagian terhad itu perlu dibersihkan - yang memendekkan masa pembersihan dan mengurangkan penggunaan gas dengan ketara berbanding dengan membersihkan keseluruhan gelendong. Aliran-melalui pembersihan, sebaliknya, menganggap keseluruhan paip atau pemasangan fabrikasi sebagai satu isipadu pembersihan, menyuap gas masuk pada satu hujung dan mengeluarkan udara yang tersesar keluar yang lain; ia tidak memerlukan empangan tetapi mengambil masa yang lebih lama dan menggunakan lebih banyak gas apabila panjang atau kerumitan paip bertambah. Varian ketiga, pembersihan ruang atau khemah, menutup kawasan sambungan (atau keseluruhan pemasangan, siku atau tee) dalam kepungan yang fleksibel dan biasanya digunakan di tempat empangan tidak boleh diletakkan, seperti sambungan cawangan yang kompleks.

Pemilihan biasanya berpunca dari geometri dan kebolehulangan: fabrikasi kili kedai dengan banyak sambungan pendek mengutamakan empangan untuk kelajuan, manakala-ikatan saluran paip merentas desa-in dan tiub orbital-ke-kimpalan tiub biasanya menggunakan aliran-melalui pembersihan kerana tiada cara praktikal untuk memasukkan empangan.

Bagaimana Anda Mengira Kadar Aliran Gas Pembersihan untuk Diameter Paip Diberi?

Titik permulaan ialah isipadu dalaman bahagian yang sedang dibersihkan:

V=π × (ID / 2)² × L

dengan ID ialah diameter dalaman paip dan L ialah panjang zon pembersihan (jarak antara empangan atau panjang kili penuh untuk aliran-melalui pembersihan). Setelah volum diketahui, kadar aliran yang diperlukan mengikuti terus dari masa pembersihan sasaran dan bilangan pertukaran volum yang diperlukan untuk mencapai tahap oksigen yang selamat:

Q = (V × N) / t

Q ialah kadar alir, V ialah volum zon-purge, N ialah bilangan pertukaran volum penuh (biasanya 4–10, dibincangkan dalam bahagian seterusnya) dan t ialah masa pembersihan sasaran. Contoh yang berfungsi: paip 40 jadual 6 inci mempunyai diameter dalaman kira-kira 154 mm. Lebih daripada bahagian terhalang 3 meter, isipadu pembersihan ialah V=π × (0.077 m)² × 3 m ≈ 0.056 m³, atau kira-kira 56 liter. Untuk mencapai 6 pertukaran volum penuh dalam masa pembersihan 8 minit, kadar aliran yang diperlukan ialah Q=(56 L × 6) / 8 min ≈ 42 L/min.

Dalam amalan, kebanyakan prosedur menggunakan dua-aliran peringkat: kadar aliran awal yang lebih tinggi untuk menyapu keluar sebahagian besar udara dengan cepat, diikuti dengan aliran "tahan balik" yang jauh lebih rendah - selalunya hanya 5–15 L/min untuk-paip gerek - kecil yang diselenggara semasa mengimpal untuk menahan tekanan positif yang sedikit tanpa mengganggu atmosfera yang sudah bersih- Kadar aliran tidak boleh ditolak begitu tinggi sehingga halaju gas menjadi bergelora; pergolakan semula-memasukkan udara yang cuba dialihkan oleh pembersihan dan juga boleh mengeluarkan empangan, jadi prosedur lazimnya menyasarkan halaju yang rendah dan stabil dan bukannya pengisian terpantas.

Berapa Banyak Pertukaran Isipadu Paip Diperlukan untuk Mencapai Tahap Oksigen Selamat?

Mengalihkan udara daripada paip bukanlah satu-untuk-satu pertukaran - gas pembersihan masuk bercampur dengan udara yang tinggal berhampiran bahagian hadapan aliran, jadi setiap pertukaran volum tambahan mengeluarkan bahagian oksigen yang tinggal secara beransur-ansur. Inilah sebabnya mengapa kepekatan oksigen jatuh dengan cepat semasa beberapa pertukaran pertama dan kemudian turun dengan lebih perlahan, dan mengapa hanya mengira masa pembersihan daripada isipadu dan kadar aliran bukanlah pengganti untuk mengesahkan tahap oksigen sebenar dengan penganalisis oksigen yang ditentukur pada bolong atau akar kimpalan sebelum memukul arka.

Angka ini mewakili, tidak dijamin - kaki mati, injap, port sampel dan pengedap empangan yang lemah semuanya mengurangkan-kecekapan pembersihan dunia sebenar berbanding model pencairan teori, itulah sebabnya pemantauan oksigen, bukan kiraan pertukaran sahaja, adalah asas untuk melepaskan-untuk-mengimpal keputusan mengenai kerja kakisan-yang kritikal.

Apakah Kandungan Oksigen Yang Perlu Anda Sasarkan Sebelum Mencecah Arka, oleh Keluarga Aloi?

Carta rujukan perubahan warna AWS D18.2 mengaitkan warna oksida sisi-akar kelihatan dengan anggaran kepekatan oksigen dan digunakan secara meluas sebagai semakan medan praktikal: akar jerami yang terang, perak atau ringan biasanya sepadan dengan sambungan-telaga yang telah dibersihkan, manakala pewarnaan biru, ungu, kelabu atau hitam menandakan tahap oksigen yang cukup tinggi untuk telah merendahkan permukaannya.

Gred dupleks dan super dupleks memerlukan had oksigen yang agak ketat daripada tahan karat austenit standard bukan sahaja untuk mengelakkan perubahan warna tetapi kerana oksigen yang berlebihan pada akar boleh mengganggu -imbangan austenit dan pengekalan nitrogen ferit yang memberikan keluli dupleks kekuatan dan rintangan kakisan mereka. Aloi nikel, dengan kandungan kromium dan molibdenum yang lebih tinggi, adalah sama sensitif, dan sistem ketulenan tinggi-yang dibina pada ASME BPE menambah cermin-keperluan penamat di atas had oksigen.

Argon lwn Nitrogen lwn Argon-Hidrogen

Argon adalah lengai sepenuhnya, lebih tumpat daripada udara (yang membantu ia mengendap dan menahan di bahagian paip mendatar), dan pada dasarnya serasi dengan setiap gred aloi tahan karat dan nikel, itulah sebabnya ia adalah gas pembersihan lalai yang dinyatakan pada kebanyakan spesifikasi prosedur kimpalan. Nitrogen lebih murah dan tersedia secara meluas, dan ia membersihkan keluli tahan karat austenit standard dengan berkesan, tetapi ia tidak lengai berkenaan dengan-gred dupleks terkawal dan dupleks super nitrogen, di mana pengambilan nitrogen yang tidak terkawal pada akar boleh mengubah keseimbangan fasa yang dimaksudkan; ia juga tidak sesuai untuk beberapa aloi nikel di mana nitrogen boleh menggalakkan pembentukan nitrida yang tidak diingini.

Campuran hidrogen-argon, biasanya 2–5% hidrogen, menghasilkan akar bebas oksida-yang lebih cerah dan lebih cerah pada tahan karat austenit dan boleh memendekkan sedikit masa pembersihan, tetapi hidrogen memperkenalkan risiko pereputan sebenar pada dupleks, super dupleks dan kerpasan tertentu-yang dikeraskan atau tinggi-yang disahkan menggunakan aloi WPS tertentu, penggunaannya haruslah sesuai dengan aloi WPS tertentu, dan penggunaannya haruslah sesuai dengan kekuatan sonickel tertentu. sebelum pemilihan.

Bagaimana Harus Diletakkan Purge Dams, dan Apakah Bahan Yang Perlu Anda Gunakan?

Penempatan empangan ialah pertukaran langsung-: menggerakkan empangan lebih dekat dengan sambungan mengurangkan volum pembersihan dan oleh itu masa pembersihan, tetapi meninggalkan lebih sedikit ruang untuk salur masuk dan bolong untuk mewujudkan aliran lancar dan tidak-bergelora merentas akar kimpalan. Titik permulaan praktikal ialah 100–150 mm dari sambungan pada setiap sisi untuk paip diameter-kecil dan pertengahan, dilaraskan ke atas untuk diameter yang lebih besar di mana aliran memerlukan lebih banyak jarak untuk menstabilkan.

Empangan kertas larut air-adalah biasa untuk fabrikasi kili kedai kerana ia larut dan tercuci selepas dikimpal, tidak meninggalkan langkah penyingkiran; empangan getah kembung boleh diguna semula dan sangat sesuai untuk ikatan medan-di mana peralatan yang sama membersihkan banyak sambungan; dan untuk tee, pengurang dan geometri tidak sekata lain, bongkah buih berbentuk atau -pita pembersihan suhu tinggi digunakan untuk mengelak di sekeliling profil dalaman pemasangan. Dalam setiap kes, bolong mesti bersaiz untuk melegakan tekanan tanpa membenarkan terlalu banyak aliran keluar sehingga empangan ditarik longgar - kegagalan empangan pertengahan-kimpalan ialah salah satu punca paling biasa pembersihan kehilangan atmosferanya di tengah-tengah sambungan.

Apakah Kesilapan Membersihkan Belakang Belakang Yang Menyebabkan Kecacatan Gula atau Kimpalan?

Kimpalan sebelum paras oksigen sasaran disahkan - bergantung pada masa pembersihan tetap dan bukannya bacaan oksigen sebenar.

Kadar alir ditetapkan terlalu tinggi, mewujudkan aliran bergelora yang-mencampurkan semula udara ke dalam zon pembersihan dan bukannya menolaknya keluar di hadapan hadapan gas.

Empangan bocor atau terduduk tidak betul, terutamanya pada bebibir, injap atau sambungan cawangan di mana profil dalaman tidak teratur.

Tiada bolong, atau bolong yang terlalu kecil, menyebabkan pembentukan tekanan yang boleh meletupkan empangan atau memesongkan-paip dinding nipis.

Menukar jenis gas pembersihan tanpa memeriksa keserasian aloi, terutamanya menggunakan campuran nitrogen atau argon-hidrogen pada sambungan dupleks atau aloi nikel.

Gagal menahan aliran "tahan balik" mantap yang rendah semasa mengimpal, membenarkan udara luar meresap kembali ke zon pembersihan melalui kimpalan berbilang-laluan yang panjang.

Soalan Lazim

S: Apakah masa pembersihan minimum untuk kimpalan paip keluli tahan karat?

J: Tiada masa minimum universal - masa pembersihan bergantung pada isipadu zon-pembersihan, kadar aliran dan tahap oksigen sasaran, dan harus dikira dengan Q=(V × N) / t dan kemudian disahkan dengan penganalisis oksigen dan bukannya digunakan sebagai peraturan tetap.

S: Bolehkah nitrogen digunakan sebagai ganti argon untuk pembersihan belakang?

J: Nitrogen boleh diterima untuk keluli tahan karat austenit siri 300-standard tetapi harus dielakkan pada aloi nikel dupleks, super dupleks dan sensitif nitrogen, yang pengambilan nitrogen yang tidak terkawal boleh menjejaskan keseimbangan fasa atau metalurgi.

S: Apakah tahap oksigen yang boleh diterima sebelum mengimpal paip keluli tahan karat?

J: Kebanyakan spesifikasi fabrikasi menyasarkan 50–100 ppm untuk tahan karat austenit standard, mengetatkan kepada 25–50 ppm untuk aloi dupleks dan nikel dan di bawah 10 ppm untuk sistem ketulenan-tinggi; spesifikasi projek yang berkenaan dan WPS mengawal angka yang tepat.

S: Mengapakah akar kimpalan bertukar menjadi biru atau hitam walaupun dengan proses pembersihan?

J: Perubahan warna menunjukkan pembersihan tidak mencapai paras oksigen yang cukup rendah sebelum atau semasa mengimpal - punca biasa ialah masa pembersihan tidak mencukupi, empangan bocor, kadar aliran ditetapkan terlalu tinggi atau memulakan arka sebelum atmosfera stabil.

S: Adakah kadar aliran pembersihan belakang perlu diubah semasa mengimpal?

J: Ya - kebanyakan prosedur menggunakan kadar aliran awal yang lebih tinggi untuk menyapu keluar udara dengan cepat, kemudian mengurangkan kepada aliran penahan yang lebih rendah semasa mengimpal untuk mengekalkan tekanan positif yang sedikit tanpa menimbulkan pergolakan.

S: Adakah pembersihan semula diperlukan mengikut kod, atau adakah ia amalan yang disyorkan?

J: Keperluan ditetapkan oleh kod pentadbir, spesifikasi atau WPS dan bukannya universal - kebanyakan paip dan tekanan-aplikasi sempadan untuk paip tahan karat dan aloi nikel memerlukannya, dan kriteria penerimaan biasanya dirujuk pada carta perubahan warna AWS D18.2 atau had oksigen khusus projek-.