Експлозивно облицоване с неръждаема стомана: Ръководство за икономически изгодни биметални решения за съдове под налягане

Експлозивно облицоване с неръждаема стомана: Ръководство за икономически изгодни биметални решения за съдове под налягане

За инженерите, проектиращи съдове под налягане за работа в корозивна среда, дилемата при избора на материал е постоянна: как да се постигне балансиране между необходимостта от корозионна устойчивост и структурната якост, нужна за устойчивост на високо налягане, като същевременно се управлява бюджетът на проекта. Цялостният неръждаема стомана или никелови сплави осигуряват добра корозионна устойчивост, но са прекалено скъпи за големи съдове. Въглеродната стомана осигурява якост при ниска цена, но ще се провали бързо в агресивни среди.

Експлозивно облицоване елегантно решава този проблем. Това е процес на заваряване в твърдо състояние, при който тънък слой от корозионно-устойчива сплав (като неръждаема стомана) се съединява металически с дебел подслой от конструкционна въглеродна стомана, създавайки биметална плоча, която комбинира предимствата на двете. Това ръководство разглежда защо това е по-добро и икономично ефективно решение за съдове под налягане.

Какво е експлозивно облицоване? Процесът, представен по опростен начин

Експлозивното облицоване е процес на студено заваряване, което използва контролирани детонации, за да създаде металургично съединение между два метала.

1. Настройка: The основна плоча (напр., въглеродна стомана A516 Gr. 70) се поставя върху здрава основа. Плочата за облицоване (облицовъчна плоча) (напр., неръждаема стомана 316L) се поставя над нея, успоредно, но на малко разстояние. Върху облицовъчната плоча се поставя лист от експлозив.

2. Детонация: Експлозивът се детонира от единия край. Прогресивната детонация избутва облицовъчната плоча надолу и през основната плоча с изключително висока скорост и налягане.

3. Съединяване: Този удар създава струя от пластичен метал от повърхностите на двете плочи, изхвърляйки примесите и позволявайки чистите, основни метали да влязат в непосредствен контакт под голямо налягане. Това формира силно металургично съединение, без да се стопяват основните метали.

4. Резултат: Готовият продукт представлява една съставна плоча с вълнообразен механичен фиксиращ интерфейс, който е толкова здрав, колкото и цялостно заваряване.

Защо да изберете експлозивно облицоване за съдове под налягане?

1. Ненадмината икономичност

Това е основният фактор. За съд, изискващ 3 мм корозионна защита, ще бъде необходим само 3 мм слой от 316L обвивка, поставена върху черна стомана с дебелина 50 мм. Това използва ~95% по-малко скъп стомана от неръждяваща стомана при монолитен съд с дебелина 53 мм, което води до големи икономии по материали.

2. Отлично представяне

• Истинска металургична връзка: За разлика от рохки или механични облицовки, връзката е интегрирана и постоянна, което позволява ефективен топлообмен – ключов фактор за топлообменници и реактори.

• Гъвкавост на дизайна: Обвивката може да се прилага върху фланци, капаци и корпуси, осигурявайки пълна защита от корозия в целия съд.

• Без риск от напукване: Якостта на връзката обикновено надвишава предела на провлачване на по-слабия основен метал. Няма да се отдели при термично циклиране или налягане.

3. Запознатост с производството

Облицованите плочи могат да се нарязват, оформят и заварен с използване на техники, познати за всяка работилница, която има опит с въглеродна стомана, следвайки установени стандарти като ASME Раздел VIII, Дял 1.

Основни съображения за проектирането и производството

1. Комбинации от материали

Най-често използваните двойки облицовка/основен метал за съдове под налягане включват:

• Облицовка (страна с корозия): 304/L, 316/L, 321, 347, Дуплекс 2205, Никелови сплави (Сплав 625, C-276), Титан, Цирконий.

• Основа (структурна страна): Въглеродни стомани (A516 Gr. 70), Ниско легирани стомани (A387 Gr. 11), Високо легирани стомани.

2. Заваряване на плочата

Това е най-важната стъпка при производството. Заварчикът трябва да съедини въглеродната стомана, като същото време нанесе правилния корозионно-устойчив сплав върху вътрешната повърхност.

• Преходни съединения: За фланцови завари се използва метод на намазване . Страната от въглеродна стомана се подготвя и се намазва със съвместим заваръчен метал (напр. 309L), за да се осигури преход към неръждаемото покритие. Завършващата заварка се извършва със сърцевина, съответстваща на покритието (напр. 316L).

• Квалификация на процеса: Спецификациите на заваръчната процедура (WPS) трябва стриктно да се квалифицират и спазват, за да се предотврати пукането и да се осигури заварка с висока корозионна устойчивост.

3. Неразрушителен контрол (NDT)

• Целост на съединението: Ултразвуковото изпитване (UT) се извършва съгласно ASTM A578 за да се осигури 100% интегритет на съединението по цялата повърхност. Това е изискване за съответствие с нормите.

• Инспекция на заварките: Всички заварки се проверяват чрез тест с проникващ цвят (PT) и рентгеново изпитване (RT) или UT.

4. Съответствие с нормите

Съдини с взривно обкладка се признават напълно от основните стандарти за налягане:

• ASME Котел и съд под налягане, Част VIII, Раздел 1: Съдържа правила за проектирането и изграждането на съдини, използващи обкладени плочи (SA-263, SA-264, SA-265).

• EN 13445: Европейският стандарт за налягане на съдове без отопление.

Експлозивно облицоване срещу алтернативи: Кога печели?

Точката на икономически преход където използването на експлозивно облицоване става по-евтино в сравнение с наплавка обикновено е при дебелина на облицовката над 4–5 мм или за големи повърхнини.

Контролен списък за инженери при изпълнение

1. Определяне на средата: Посочете ясно корозивните процесни течности, температури и налягания.

2. Избор на облицовъчен материал: Изберете клас неръждаема стомана (или никелова сплав) въз основа на изискванията за корозионна устойчивост. Консултирайте се с диаграми за корозия и помислете за Годност за експлоатация (FFS) анализ.

3. Посочете плочата: Във вашата поръчка посочете точния стандарт ASTM:

   • SA-263 (От неръждаема стомана)

   • SA-265 (От никел/никелови сплави)

   • Посочете допуск за дебелина на слоя и нивото на ултразвуков инспекционен контрол.

4. Проектиране за производство: Сътрудничете с производителя от ранен етап. Опишете подготвките за заваряване и посочете използваните технологии за заваряване на преходни съединения.

5. Планиране на инспекцията: Изисквайте ултразвуков контрол на плочите при получаването им и включете подробни изисквания за неразрушителен контрол на всички завари в договора за производство.

Заключение: Разумна инвестиция за критични активи

Въпреки че първоначалната поръчка за експлозивно плакиране е по-скъпа в сравнение с обикновена въглеродна стомана, това е едно от най-важните решения за оптимизация на стойността на проекта. Тя значително намалява разходите през целия жизнен цикъл чрез:

• Рязко намаляване на първоначалните разходи за материали в сравнение с масивен сплав.

• Практически елиминиране на поддръжката и простоите поради корозия.

• Удължаване на експлоатационния живот на кораба с десетилетия.