W jaki sposób nakłada się napawę, aby utworzyć rurę platerowaną ze stali nierdzewnej?

Podstawy napawania napawanego

Napawanie, znane również jako napawanie lub napawanie, to proces produkcyjny stosowany do tworzenia rura pokryta stalą nierdzewną poprzez osadzenie odpornej na korozję warstwy stopu na wewnętrznej powierzchni tańszej rury nośnej ze stali węglowej lub niskostopowej. W przeciwieństwie do metod spajania walcowego lub spajania wybuchowego, napoina tworzy warstwę platerowaną metalurgicznie poprzez zgrzewanie. Proces polega na zastosowaniu zautomatyzowanego systemu spawalniczego do nakładania kolejnych, zachodzących na siebie ściegów spoiny na całej długości wnętrza rury. Tworzy to w pełni gęstą, jednorodną warstwę stali nierdzewnej, która jest integralnie związana z materiałem bazowym. Podstawowym celem jest połączenie wytrzymałości mechanicznej i ekonomiczności stali węglowej ze specyficzną odpornością na korozję, erozję i wysoką temperaturę stopu stali nierdzewnej, w wyniku czego powstaje opłacalne rozwiązanie dla wymagających środowisk usługowych.

Podstawowe procesy spawania przy nakładaniu nakładek

Nakładanie warstwy platerowanej odbywa się za pomocą zautomatyzowanych, precyzyjnych technik spawania, które zapewniają spójność i jakość. Wybór procesu zależy od takich czynników, jak rozmiar rury, pożądana grubość plateru, szybkość produkcji i skład stopu.

Spawanie łukiem krytym (SAW)

Spawanie łukiem krytym jest powszechnie stosowaną metodą napawania napawanego rur o dużej średnicy. Łuk zajarzany jest pod warstwą granulowanego topnika, który zapobiega zanieczyszczeniom atmosferycznym, odpryskom i promieniowaniu UV. SAW zapewnia wysoką wydajność osadzania i głęboką penetrację, dzięki czemu jest skuteczny przy nakładaniu grubych warstw platerowanych. Zwykle stosuje się go z elektrodami paskowymi (np. o szerokości 60 mm) w celu uzyskania maksymalnej wydajności i gładkiej, rozcieńczonej powierzchni nakładki.

Spawanie łukiem wolframowym w gazie (GTAW/TIG)

Spawanie łukiem wolframowym w gazie wykorzystuje nietopliwą elektrodę wolframową i obojętny gaz osłonowy. Znany ze swojej precyzji i doskonałej kontroli nad doprowadzanym ciepłem, GTAW wytwarza spoiny o wysokiej czystości i niskim rozcieńczeniu. Ma to kluczowe znaczenie w przypadku okładzin ze stopów o wysokiej wydajności, takich jak Inconel lub Hastelloy, gdzie minimalizacja mieszania się stali węglowej z rury podstawowej jest niezbędna do utrzymania odporności okładziny na korozję. Jest często używany do mniejszych średnic lub krytycznego przejścia graniowego.

Spawanie łukiem gazowym (GMAW/MIG)

Spawanie łukiem gazowym wykorzystuje drut elektrodowy zasilany w sposób ciągły i gaz osłonowy. Nowoczesne zautomatyzowane procesy GMAW, takie jak transfer na zimno (CMT), są bardzo skuteczne w przypadku napawania. CMT drastycznie zmniejsza dopływ ciepła, minimalizując rozcieńczenie i zniekształcenia, jednocześnie umożliwiając osadzanie z dużą prędkością. Dzięki temu nadaje się do szerokiej gamy rozmiarów rur i typów stopów, zapewniając dobrą równowagę pomiędzy jakością i wydajnością.

Kluczowe parametry procesu i kontrola

Skuteczne napawanie wymaga ścisłej kontroli kilku parametrów, aby zagwarantować integralność i wydajność warstwy napawanej. Odchylenia mogą prowadzić do wad, które zagrażają produktowi końcowemu.

• Dopływ ciepła: Precyzyjna kontrola natężenia prądu, napięcia i prędkości jazdy jest najważniejsza. Nadmierne doprowadzenie ciepła zwiększa rozcieńczenie (procent metalu nieszlachetnego zmieszanego w spoinie), co może obniżyć zawartość chromu i niklu w platerze, pogarszając jego odporność na korozję. Może również powodować nadmierne odkształcenia i naprężenia własne.
• Kontrola rozcieńczania: Celem jest zazwyczaj osiągnięcie poziomów rozcieńczenia poniżej 10-15%. Techniki takie jak stosowanie warstwy „masłowej”, optymalizacja parametrów spawania i stosowanie oscylacyjnych głowic spawalniczych pomagają zminimalizować mieszanie metali nieszlachetnych i zapewniają zgodność składu chemicznego plateru ze specyfikacjami.
• Temperatura międzyściegowa: Zarządzanie temperaturą pomiędzy kolejnymi przejściami spoiny ma kluczowe znaczenie, aby zapobiec pękaniu, szczególnie w przypadku austenitycznych stali nierdzewnych, które są podatne na uczulenie (wytrącanie się węglika chromu).
• Umiejscowienie i nakładanie się koralików: Zautomatyzowane systemy skrupulatnie planują ścieżkę palnika, aby zapewnić spójną geometrię ściegu i wystarczające nakładanie się (zwykle 30–50%) pomiędzy sąsiednimi ściegami. Eliminuje to defekty związane z brakiem przetopienia i tworzy równomiernie grubą warstwę platerowaną.

Wybór materiałów: materiały eksploatacyjne i rury podstawowe

Dobór materiałów spawalniczych bezpośrednio determinuje właściwości warstwy napawanej. Metal wypełniający należy wybrać w oparciu o wymaganą odporność na korozję eksploatacyjną, a nie tylko dopasowując się do stopu nominalnego.

Rura podstawowa lub stal podkładowa jest zwykle wykonana ze stali węglowej (np. ASTM A106 gr. B) lub stali niskostopowej. Jego podstawową funkcją jest zapewnienie wytrzymałości konstrukcyjnej i powstrzymania ciśnienia. Powierzchnię należy dokładnie oczyścić (poprzez szlifowanie lub obróbkę skrawaniem) i sprawdzić przed nałożeniem okładziny, aby usunąć wszelkie tlenki, zgorzelinę lub zanieczyszczenia, które mogą powodować wady wiązania.

Przetwarzanie i kontrola po aplikacji

Po nałożeniu napawania rura platerowana przechodzi kilka kluczowych etapów wykończenia i weryfikacji. Wewnętrzna powierzchnia platerowana jest często obrabiana lub szlifowana w celu uzyskania gładkiej, ostatecznej tolerancji wymiarowej i usunięcia wszelkich nieregularności powierzchni, które mogłyby uwięzić zanieczyszczenia lub utrudniać przepływ. Następnie rura poddawana jest rygorystycznemu zestawowi badań nieniszczących (NDE). Testy penetracyjne barwnika (PT) lub badania cząstek magnetycznych (MT) sprawdzają, czy nie ma pęknięć powierzchniowych. Badania ultradźwiękowe (UT) są szeroko stosowane w celu pomiaru ostatecznej grubości plateru równomiernie wzdłuż rury i wykrycia wszelkich braków połączenia pomiędzy platerem a metalem nieszlachetnym. Na koniec rura jest poddawana obróbce cieplnej, jeśli wymaga tego specyfikacja (zazwyczaj obróbka cieplna po spawaniu w celu odprężenia) i poddawana testom hydrostatycznym w celu sprawdzenia jej integralności ciśnieniowej jako konstrukcji kompozytowej.

Zalety i ograniczenia metody napawania

Zrozumienie zalet i wad tej metody jest niezbędne dla prawidłowego doboru materiałów w projekcie.

• Zalety: Zapewnia wyjątkową elastyczność projektowania w przypadku okładzin o złożonej geometrii, takiej jak złączki, zawory i łuki rurowe. Pozwala na zastosowanie szerokiej gamy gatunków stopów, w tym nadstopów na bazie niklu i kobaltu. Proces ten może naprawić uszkodzone komponenty i odbudować zużyte powierzchnie. Umożliwia tworzenie „połączeń przejściowych” pomiędzy różnymi metalami.
• Ograniczenia: Jest to na ogół proces wolniejszy i bardziej pracochłonny w porównaniu do spajania na walcach długich, prostych odcinków rur. Cykliczne ogrzewanie i chłodzenie mogą powodować znaczne naprężenia szczątkowe. Osiągnięcie wyjątkowo niskiego rozcieńczenia wymaga zaawansowanej kontroli procesu. Jeśli parametry nie są doskonale kontrolowane, istnieje ryzyko wystąpienia wad, takich jak porowatość, pękanie lub niepełne stopienie.

Podsumowując, tworzenie rur platerowanych stalą nierdzewną za pomocą napawania to wyrafinowany proces inżynieryjny, który przekształca rurę ze stali węglowej w produkt bimetaliczny. Dzięki skrupulatnej kontroli zautomatyzowanego spawania, parametrów i materiałoznawstwa zapewnia solidne i ekonomiczne rozwiązanie, w którym najważniejsza jest odporność na korozję i wytrzymałość konstrukcyjna.