Lớp phủ hàn được áp dụng như thế nào để tạo ra ống bọc thép không gỉ?

Các nguyên tắc cơ bản của lớp phủ mối hàn

Lớp phủ hàn, còn được gọi là lớp phủ mối hàn hoặc lớp phủ bề mặt, là một quy trình sản xuất được sử dụng để tạo ra ống bọc thép không gỉ bằng cách phủ một lớp hợp kim chống ăn mòn lên bề mặt bên trong của ống lót bằng thép cacbon hoặc hợp kim thấp ít tốn kém hơn. Không giống như các phương pháp liên kết cuộn hoặc liên kết nổ, lớp phủ hàn xây dựng lớp phủ bằng phương pháp luyện kim thông qua hàn nhiệt hạch. Quá trình này bao gồm việc sử dụng hệ thống hàn tự động để áp dụng các mối hàn chồng lên nhau liên tiếp dọc theo toàn bộ chiều dài bên trong đường ống. Điều này tạo ra một lớp thép không gỉ đồng nhất, dày đặc hoàn toàn được liên kết chặt chẽ với vật liệu cơ bản. Mục đích chính là kết hợp độ bền cơ học và tính kinh tế của thép carbon với khả năng chống ăn mòn, xói mòn hoặc chịu nhiệt độ cao cụ thể của hợp kim thép không gỉ, mang lại giải pháp tiết kiệm chi phí cho các môi trường dịch vụ đòi hỏi khắt khe.

Quy trình hàn sơ cấp cho ứng dụng lớp phủ

Việc áp dụng lớp phủ được thực hiện thông qua các kỹ thuật hàn tự động, chính xác, đảm bảo tính nhất quán và chất lượng. Việc lựa chọn quy trình phụ thuộc vào các yếu tố như kích thước ống, độ dày lớp phủ mong muốn, tốc độ sản xuất và thành phần hợp kim.

Hàn hồ quang chìm (SAW)

Hàn hồ quang chìm là phương pháp phổ biến để hàn lớp phủ trên đường ống có đường kính lớn. Hồ quang được tác động bên dưới một lớp thông lượng dễ nóng chảy dạng hạt, giúp ngăn ngừa ô nhiễm khí quyển, bắn tung tóe và bức xạ tia cực tím. SAW có tốc độ lắng đọng cao và độ xuyên thấu sâu, giúp thi công các lớp phủ dày một cách hiệu quả. Nó thường được sử dụng với các dải điện cực (ví dụ: rộng 60mm) để có năng suất tối đa và bề mặt lớp phủ mịn, loãng.

Hàn hồ quang vonfram khí (GTAW/TIG)

Hàn hồ quang vonfram khí sử dụng điện cực vonfram không tiêu hao và khí bảo vệ trơ. Được biết đến với độ chính xác và khả năng kiểm soát nhiệt đầu vào tuyệt vời, GTAW tạo ra cặn hàn có độ tinh khiết cao, độ loãng thấp. Điều này rất quan trọng khi phủ bằng hợp kim hiệu suất cao như Inconel hoặc Hastelloy, trong đó việc giảm thiểu việc trộn thép cacbon từ ống đế là điều cần thiết để duy trì khả năng chống ăn mòn của lớp phủ. Nó thường được sử dụng cho đường kính nhỏ hơn hoặc đường chuyền gốc quan trọng.

Hàn hồ quang kim loại khí (GMAW/MIG)

Hàn hồ quang kim loại khí sử dụng điện cực dây tiêu hao liên tục và khí bảo vệ. Các quy trình GMAW tự động hiện đại, chẳng hạn như Chuyển kim loại nguội (CMT), có hiệu quả cao đối với lớp phủ. CMT giảm đáng kể lượng nhiệt đầu vào, giảm thiểu sự pha loãng và biến dạng đồng thời cho phép lắng đọng tốc độ cao. Điều này làm cho nó phù hợp với nhiều kích cỡ ống và loại hợp kim, mang lại sự cân bằng tốt giữa chất lượng và năng suất.

Các thông số và kiểm soát quy trình chính

Lớp phủ mối hàn thành công đòi hỏi phải kiểm soát chặt chẽ một số thông số để đảm bảo tính toàn vẹn và hiệu suất của lớp phủ. Sự sai lệch có thể dẫn đến những khiếm khuyết làm ảnh hưởng đến sản phẩm cuối cùng.

• Đầu vào nhiệt: Kiểm soát chính xác cường độ dòng điện, điện áp và tốc độ di chuyển là điều tối quan trọng. Lượng nhiệt đầu vào quá mức làm tăng độ pha loãng (tỷ lệ kim loại cơ bản trộn vào mối hàn), điều này có thể làm giảm hàm lượng crom và niken trong lớp phủ, làm giảm khả năng chống ăn mòn của nó. Nó cũng có thể gây biến dạng quá mức và ứng suất dư.
• Kiểm soát pha loãng: Mục tiêu thường là đạt được mức độ pha loãng dưới 10-15%. Các kỹ thuật như sử dụng lớp "bơ", tối ưu hóa các thông số hàn và sử dụng đầu hàn dao động giúp giảm thiểu sự trộn lẫn kim loại cơ bản và đảm bảo lớp phủ hóa học đáp ứng đặc điểm kỹ thuật.
• Nhiệt độ giữa: Quản lý nhiệt độ giữa các lần hàn liên tiếp là rất quan trọng để ngăn ngừa nứt, đặc biệt là với thép không gỉ austenit dễ bị nhạy cảm (kết tủa cacbua crom).
• Vị trí hạt và chồng chéo: Hệ thống tự động lên kế hoạch tỉ mỉ cho đường đi của ngọn đuốc để đảm bảo hình dạng hạt nhất quán và độ chồng chéo vừa đủ (thường là 30-50%) giữa các hạt liền kề. Điều này giúp loại bỏ các khuyết tật thiếu nhiệt hạch và tạo ra một lớp phủ dày đồng đều.

Lựa chọn vật liệu: Vật tư tiêu hao và Ống đế

Việc lựa chọn vật liệu hàn xác định trực tiếp các đặc tính của lớp phủ. Kim loại phụ phải được chọn dựa trên khả năng chống ăn mòn sử dụng được yêu cầu chứ không chỉ đơn thuần là phù hợp với hợp kim danh nghĩa.

Ống cơ sở hoặc thép nền thường là thép cacbon (ví dụ: ASTM A106 Gr. B) hoặc thép hợp kim thấp. Chức năng chính của nó là cung cấp độ bền kết cấu và ngăn chặn áp lực. Bề mặt phải được làm sạch hoàn toàn (bằng cách mài hoặc gia công) và kiểm tra trước khi phủ để loại bỏ mọi oxit, cặn hoặc chất gây ô nhiễm có thể gây ra khuyết tật liên kết.

Xử lý và kiểm tra sau đăng ký

Sau khi lớp phủ mối hàn được áp dụng, ống bọc sẽ trải qua một số bước xác minh và hoàn thiện quan trọng. Bề mặt lớp phủ bên trong thường được gia công hoặc mài để đạt được dung sai kích thước cuối cùng, mịn và để loại bỏ bất kỳ sự bất thường nào trên bề mặt có thể bẫy các chất gây ô nhiễm hoặc cản trở dòng chảy. Sau đó, đường ống phải trải qua một cuộc kiểm tra không phá hủy (NDE) nghiêm ngặt. Kiểm tra thâm nhập thuốc nhuộm (PT) hoặc Kiểm tra hạt từ tính (MT) kiểm tra các vết nứt bề mặt. Kiểm tra siêu âm (UT) được sử dụng rộng rãi để đo độ dày lớp phủ cuối cùng một cách đồng đều dọc theo đường ống và để phát hiện bất kỳ sự thiếu liên kết nào giữa lớp phủ và kim loại cơ bản. Cuối cùng, đường ống được xử lý nhiệt nếu yêu cầu kỹ thuật (thường là xử lý nhiệt sau hàn để giảm căng thẳng) và trải qua thử nghiệm thủy tĩnh để xác nhận tính toàn vẹn áp suất của nó như một cấu trúc hỗn hợp.

Ưu điểm và hạn chế của phương pháp hàn lớp phủ

Hiểu được ưu và nhược điểm của phương pháp này là rất quan trọng để lựa chọn vật liệu phù hợp trong thiết kế dự án.

• Ưu điểm: Cung cấp tính linh hoạt trong thiết kế đặc biệt cho lớp phủ có hình dạng phức tạp như phụ kiện, van và đường ống uốn cong. Nó cho phép ứng dụng nhiều loại hợp kim, bao gồm siêu hợp kim gốc niken và coban. Quá trình này có thể sửa chữa các bộ phận bị hư hỏng và tạo nên các bề mặt bị mòn. Nó cho phép tạo ra các “khớp chuyển tiếp” giữa các kim loại khác nhau.
• Hạn chế: Nói chung, đây là một quá trình chậm hơn và tốn nhiều công sức hơn so với liên kết cuộn đối với các đoạn ống thẳng và dài. Quá trình gia nhiệt và làm mát theo chu kỳ có thể tạo ra ứng suất dư đáng kể. Để đạt được độ pha loãng cực thấp đòi hỏi phải có quy trình kiểm soát tiên tiến. Có nguy cơ xảy ra các khuyết tật như độ xốp, vết nứt hoặc phản ứng tổng hợp không hoàn toàn nếu các thông số không được kiểm soát hoàn hảo.

Tóm lại, việc tạo ra ống thép không gỉ thông qua lớp phủ hàn là một quá trình được thiết kế phức tạp để biến ống thép carbon thành sản phẩm lưỡng kim. Thông qua việc kiểm soát tỉ mỉ quá trình hàn tự động, các thông số và khoa học vật liệu, nó mang đến một giải pháp mạnh mẽ và tiết kiệm trong đó khả năng chống ăn mòn và độ bền kết cấu là tối quan trọng.