Сварка труб из никелевой стали и труб из нержавеющей стали: Комплексное руководство

Введение

Сварка разнородных металлов, такие как стальные трубы из никелевого сплава и трубы из нержавеющей стали., является общим требованием в таких отраслях, как производство электроэнергии, Нефть и газ, Нефтехимия, и ядерная энергетика. Эти металлы часто соединяются с использованием техники, называемой намазыванием маслом., который включает нанесение слоя совместимого присадочного материала на один из основных металлов перед выполнением окончательного сварного шва.. Этот процесс помогает смягчить проблемы, связанные со сваркой разнородных металлов., например, несоответствие теплового расширения, коррозия, и трещин.

В этом подробном руководстве, мы изучим процесс сварки никеля сплав стальных труб смазка труб из нержавеющей стали. Мы рассмотрим методы сварки., наполнительные материалы, этапы подготовки, и послесварочные обработки, необходимые для обеспечения успешного сварного шва.. Дополнительно, предоставим подробные таблицы с указанием химического состава, механические свойства, и параметры сварки различных никелевых сплавов и нержавеющих сталей.

Почему смазка необходима при сварке разнородных металлов

При сварке разнородных металлов, таких как никелевые сплавы и нержавеющая сталь., возникает ряд проблем из-за различий в их химическом составе., коэффициенты теплового расширения, и коррозионная стойкость. Эти различия могут привести к таким проблемам, как:

• Крекинг: Различная степень теплового расширения никелевых сплавов и нержавеющей стали может вызвать напряжение во время нагрева и охлаждения., приводит к растрескиванию сварного соединения..
• коррозия: Разнородные металлы могут образовывать гальванические элементы., приводит к ускоренной коррозии сварного соединения..
• Разбавление: Смешение разнородных металлов во время сварки может привести к получению сварного шва с нежелательными механическими свойствами или коррозионной стойкостью..

Чтобы преодолеть эти проблемы, используется техника, называемая намазыванием маслом. Смазка предполагает нанесение слоя совместимого наполнителя. (обычно сплав на основе никеля) к трубе из нержавеющей стали перед выполнением окончательного сварного шва. Этот слой действует как буфер, снижение риска растрескивания и коррозии за счет создания более совместимого интерфейса между двумя разнородными металлами.

Никелевые сплавы и нержавеющие стали: Обзор

Никелевые сплавы

Никелевые сплавы известны своей превосходной коррозионной стойкостью., высокотемпературная прочность, и устойчивость к окислению. Они обычно используются в отраслях, где требуется, чтобы материалы выдерживали суровые условия окружающей среды., например, химическая обработка, авиакосмическая промышленность, и производство электроэнергии.

Некоторые распространенные никелевые сплавы, используемые в трубопроводных системах, включают::

• Инконель 600: Никель-хромовый сплав с превосходной стойкостью к окислению и коррозии при высоких температурах..
• Инконель 625: Никель-хром-молибденовый сплав, известный своей высокой прочностью и устойчивостью к точечной и щелевой коррозии..
• Монель 400: Никель-медный сплав с хорошей коррозионной стойкостью в широком диапазоне сред., включая морскую воду и кислую среду.
• Хастеллой C-276: Никель-молибден-хромовый сплав с превосходной стойкостью к широкому спектру агрессивных сред., в том числе сильные кислоты и хлоридные среды.

Нержавеющие стали

Нержавеющие стали – это сплавы на основе железа, содержащие как минимум 10.5% хром, что придает им характерную коррозионную стойкость. Нержавеющие стали широко используются в таких отраслях, как пищевая промышленность., фармацевтика, и нефть и газ благодаря их устойчивости к коррозии и простоте изготовления..

Распространенные типы нержавеющей стали, используемые в трубопроводных системах, включают::

• 304 Нержавеющая сталь: Аустенитная нержавеющая сталь с хорошей коррозионной стойкостью и отличной формуемостью..
• 316 Нержавеющая сталь: Аустенитная нержавеющая сталь с добавлением молибдена для повышения устойчивости к точечной и щелевой коррозии..
• 321 Нержавеющая сталь: Аустенитная нержавеющая сталь, стабилизированная титаном для предотвращения выделения карбидов во время сварки..
• Дуплекс нержавеющая сталь: Нержавеющая сталь со смешанной микроструктурой аустенита и феррита., обеспечивает высокую прочность и превосходную стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением..

Процесс сварки труб из никелевой стали и труб из нержавеющей стали

Шаг 1: Выбор материала

Первым шагом в процессе сварки является выбор подходящего никелевого сплава и материалов из нержавеющей стали.. Выбор материалов зависит от конкретного применения., операционная среда, и свойства, необходимые для окончательного сварного соединения..

Например, если применение связано с высокими температурами и агрессивными средами, Инконель 625 может быть выбран для никелевого сплава, пока 316 нержавеющая сталь может быть выбрана для трубы из нержавеющей стали.

Шаг 2: Выбор материала наполнителя

Присадочный материал, используемый для смазывания и сварки, играет решающую роль в успехе сварного шва.. Присадочный материал должен быть совместим как с никелевым сплавом, так и с нержавеющей сталью, чтобы предотвратить такие проблемы, как растрескивание., коррозия, и разбавление.

Обычные присадочные материалы, используемые для сварки никелевых сплавов с нержавеющей сталью, включают::

• ЭРНиКр-3: Никель-хромовый присадочный материал, обычно используемый для сварки инконеля. 600 в нержавеющую сталь.
• ЭРНиКрМо-3: Никель-хром-молибденовый присадочный материал, используемый для сварки инконеля. 625 и Hastelloy C-276 для нержавеющей стали..
• ЭРНиСи-7: Никель-медный присадочный материал, используемый для сварки монеля. 400 в нержавеющую сталь.

Шаг 3: Смазка трубы из нержавеющей стали

Процесс смазывания включает нанесение слоя присадочного материала на трубу из нержавеющей стали перед выполнением окончательного сварного шва.. Этот слой действует как переходная зона между нержавеющей сталью и никелевым сплавом., снижение риска растрескивания и коррозии.

Процедура смазывания:

1. Подготовка поверхности: Поверхность трубы из нержавеющей стали необходимо тщательно очистить от любых загрязнений., Например, масло, смазка, или оксидные слои. Это можно сделать механическими методами. (например., шлифование) или химическая чистка.
2. Предварительный нагрев: В зависимости от толщины материалов и конкретных свариваемых сплавов, может потребоваться предварительный нагрев, чтобы снизить риск растрескивания. Температура предварительного нагрева обычно варьируется от 100°C до 200°C..
3. Масляный проход: Слой наполнителя (например., ЭРНиКрМо-3) наносится на трубу из нержавеющей стали с помощью процесса сварки, например GTAW (Газовая вольфрамовая дуговая сварка) или SMAW (Дуговая сварка защищенного металла). Слой смазки должен быть достаточно толстым, чтобы предотвратить разбавление основным металлом во время окончательной сварки..
4. Инспекция: После нанесения масляного слоя, его следует проверить на наличие дефектов, таких как трещины., пористость, или неполное слияние. Неразрушающий контроль (NDT) для обеспечения качества промасленного слоя могут использоваться такие методы, как ультразвуковой или радиографический контроль..

Шаг 4: Сварка никелевого сплава с нержавеющей сталью с маслом

После нанесения масляного слоя на трубу из нержавеющей стали, окончательный сварной шов может быть выполнен между трубой из никелевого сплава и трубой из нержавеющей стали, смазанной маслом..

Процедура сварки:

1. Процесс сварки: Процесс сварки, используемый для соединения никелевого сплава с трубой из нержавеющей стали, смазанной маслом, может варьироваться в зависимости от конкретных материалов и применения.. Общие сварочные процессы включают в себя:
   • GTAW (TIG-сварка): Обеспечивает точный контроль над сварным швом и обычно используется для получения высококачественных сварных швов в ответственных условиях..
   • СМАВ (Ручная сварка): Универсальный процесс, который можно использовать для сварки в различных положениях и средах..
   • GMAW (МИГ-сварка): Подходит для более высоких скоростей сварки и более толстых материалов..
2. Материал наполнителя: Тот же наполнитель, который используется для смазывания маслом. (например., ЭРНиКрМо-3) следует использовать для окончательной сварки, чтобы обеспечить совместимость между никелевым сплавом и промасленным слоем..
3. Параметры сварки: Параметры сварки, например, сварочный ток, Напряжение, и скорость движения, следует тщательно контролировать, чтобы предотвратить перегрев и искажение. В следующей таблице представлены типичные параметры сварки для процессов GTAW и SMAW.:

Процесс сварки	Материал наполнителя	Текущий (А)	Напряжение (V)	Скорость перемещения (мм/мин)	Температура предварительного нагрева (° C)	Межпроходная температура (° C)
GTAW (ТИГ)	ЭРНиКрМо-3	100-150	10-14	100-150	100-200	150-250
СМАВ (Палка)	ЭРНиКрМо-3	80-120	20-24	80-120	100-200	150-250
GMAW (МИГ)	ЭРНиКрМо-3	150-200	20-25	150-200	100-200	150-250

4. Послесварочная термообработка (ПВТ): В зависимости от материалов и применения, послесварочная термообработка может потребоваться для снятия остаточных напряжений и улучшения механических свойств сварного шва.. Температуры PWHT обычно варьируются от 600°C до 800°C., в зависимости от конкретных свариваемых сплавов.

Шаг 5: Проверка и тестирование

После завершения процесса сварки, сварное соединение должно быть проверено и испытано для обеспечения его качества и целостности.. Общие методы проверки включают в себя:

• Визуальный осмотр: Сварное соединение визуально проверяется на наличие поверхностных дефектов, таких как трещины., пористость, или неполное слияние.
• Неразрушающий контроль (NDT): Такие методы, как ультразвуковой контроль (UT), рентгенографический контроль (RT), или пенетрантное тестирование (ПТ) может использоваться для обнаружения внутренних дефектов сварного соединения.
• Механические испытания: Механические испытания, такие как испытания на растяжение, испытание на изгиб, или могут быть проведены испытания на удар для оценки прочности и ударной вязкости сварного соединения..

Проблемы при сварке никелевых сплавов с нержавеющей сталью

Сварка никелевых сплавов с нержавеющей сталью представляет собой ряд проблем из-за различий в их химическом составе и физических свойствах.. Некоторые из ключевых проблем включают в себя:

1. Несоответствие теплового расширения

Никелевые сплавы и нержавеющие стали имеют разные коэффициенты теплового расширения., что может привести к тепловым напряжениям при нагреве и охлаждении. Эти напряжения могут вызвать растрескивание сварного соединения., особенно в толстостенных трубах или трубах сложной геометрии.

2. Разбавление

Во время сварки, базовые металлы (никелевый сплав и нержавеющая сталь) может смешиваться с наполнителем, приводящее к разбавлению. Это может привести к получению сварного шва с нежелательными механическими свойствами или коррозионной стойкостью.. Промасливающий слой помогает уменьшить разбавление, создавая более совместимую поверхность раздела между двумя разнородными металлами..

3. коррозия

Сварка разнородных металлов позволяет создавать гальванические элементы, приводит к ускоренной коррозии сварного соединения.. Использование совместимого наполнителя. (например., ЭРНиКрМо-3) и правильная послесварочная обработка может помочь смягчить эту проблему..

4. Крекинг

Трещины могут возникнуть во время или после сварки из-за термических напряжений., разбавление, или водородное охрупчивание. Предварительный нагрев, контролируемые параметры сварки, и термообработка после сварки может помочь снизить риск образования трещин..

Таблица: Химический состав обычных никелевых сплавов и нержавеющих сталей

Материал	Никель (Ni)	Хром (CR)	молибден (МО)	Железо (Fe)	Медь (Cu)	Углерод (С)	Другие элементы
Инконель 600	72 мин.	14-17	–	6-10	–	0.15 Макс.	MN, Si, S
Инконель 625	58 мин.	20-23	8-10	5 Макс.	–	0.10 Макс.	NB, MN, Si
Монель 400	63 мин.	–	–	2.5 Макс.	28-34	0.30 Макс.	MN, Si, S
Хастеллой C-276	57 мин.	14.5-16.5	15-17	4-7	–	0.01 Макс.	W, MN, Si, S
304 Нержавеющая сталь	8-10.5	18-20	–	Баланс	–	0.08 Макс.	MN, Si, P, S
316 Нержавеющая сталь	10-14	16-18	2-3	Баланс	–	0.08 Макс.	MN, Si, P, S
321 Нержавеющая сталь	9-12	17-19	–	Баланс	–	0.08 Макс.	Ti, MN, Si, P, S
Дуплекс из нержавеющей стали	4.5-6.5	22-23	3-3.5	Баланс	–	0.03 Макс.	MN, Si, P, S

Заключение

Сварка труб из никелевой стали с трубами из нержавеющей стали методом промасливания – сложный процесс, требующий внимательного подхода к выбору материала., наполнительный материал, параметры сварки, и послесварочная обработка. Путем нанесения промасленного слоя совместимого наполнителя., риск растрескивания, коррозия, и разбавление может быть значительно уменьшено, В результате получается высококачественное сварное соединение..

Успех сварки зависит от правильной подготовки поверхности., предварительный нагрев, контролируемые параметры сварки, и тщательный осмотр и тестирование. Следуя рекомендациям и передовым практикам, изложенным в этом руководстве, Вы можете обеспечить надежный и долговечный сварной шов между трубами из никелевого сплава и нержавеющей стали..

Для получения дополнительной информации или помощи по сварке разнородных металлов, проконсультируйтесь с инженером по сварке или специалистом по материалам, который может предоставить экспертные рекомендации по конкретным требованиям вашего проекта..