Hvordan påføres sveiseoverlegg for å lage rør i rustfritt stål?

Grunnleggende om sveisebeleggkledning

Sveiseoverlegg, også kjent som sveisekledning eller overflatebehandling, er en produksjonsprosess som brukes til å lage rustfritt stålbelagt rør ved å avsette et korrosjonsbestandig legeringslag på den indre overflaten av et rimeligere karbon- eller lavlegert stålstøtterør. I motsetning til rullbundne eller eksplosjonsbundne metoder, bygger sveiseoverlegg klessjiktet metallurgisk gjennom smeltesveising. Prosessen innebærer å bruke et automatisert sveisesystem for å påføre suksessive, overlappende sveiseperler langs hele lengden av rørets indre. Dette skaper et helt tett, homogent rustfritt stållag som er integrert bundet til grunnmaterialet. Den primære hensikten er å kombinere den mekaniske styrken og økonomien til karbonstål med den spesifikke korrosjons-, erosjons- eller høytemperaturmotstanden til en rustfri stållegering, noe som resulterer i en kostnadseffektiv løsning for krevende servicemiljøer.

Primære sveiseprosesser for påføring av overlegg

Påføringen av klessjiktet oppnås gjennom automatiserte, presisjonssveiseteknikker som sikrer konsistens og kvalitet. Valget av prosess avhenger av faktorer som rørstørrelse, ønsket kledningstykkelse, produksjonshastighet og legeringssammensetning.

Nedsenket buesveising (SAW)

Nedsenket buesveising er en utbredt metode for sveisebelegg på rør med stor diameter. Buen blir truffet under et teppe av granulær smeltbar fluks, som forhindrer atmosfærisk forurensning, sprut og UV-stråling. SAW tilbyr høye avsetningshastigheter og dyp penetrasjon, noe som gjør den effektiv for påføring av tykke kledde lag. Den brukes vanligvis med stripeelektroder (f.eks. 60 mm brede) for maksimal produktivitet og en jevn, fortynnet overflate.

Gass-wolframbuesveising (GTAW/TIG)

Gass Tungsten Arc Welding bruker en ikke-forbrukbar wolframelektrode og en inert dekkgass. Kjent for sin presisjon og utmerkede kontroll over varmetilførsel, produserer GTAW sveiseavsetninger med høy renhet og lav fortynning. Dette er kritisk ved kledning med høyytelseslegeringer som Inconel eller Hastelloy, der det å minimere blandingen av karbonstål fra basisrøret er avgjørende for å opprettholde kledningens korrosjonsmotstand. Den brukes ofte til mindre diametre eller den kritiske rotovergangen.

Gassmetallbuesveising (GMAW/MIG)

Gass Metal Arc Welding bruker en kontinuerlig matet forbrukbar trådelektrode og beskyttelsesgass. Moderne automatiserte GMAW-prosesser, som Cold Metal Transfer (CMT), er svært effektive for kledning. CMT reduserer varmetilførselen drastisk, minimerer fortynning og forvrengning samtidig som det tillater høyhastighetsavsetning. Dette gjør den egnet for et bredt spekter av rørstørrelser og legeringstyper, og tilbyr en god balanse mellom kvalitet og produktivitet.

Nøkkelprosessparametere og kontroll

Vellykket sveiseoverlegg krever streng kontroll over flere parametere for å garantere integriteten og ytelsen til belegglaget. Avvik kan føre til feil som kompromitterer sluttproduktet.

• Varmeinngang: Nøyaktig kontroll av strømstyrke, spenning og reisehastighet er avgjørende. Overdreven varmetilførsel øker fortynningen (prosentandelen av uedelt metall som er blandet inn i sveisen), noe som kan senke krom- og nikkelinnholdet i belegget og redusere korrosjonsmotstanden. Det kan også forårsake overdreven forvrengning og gjenværende spenninger.
• Fortynningskontroll: Målet er vanligvis å oppnå fortynningsnivåer under 10-15 %. Teknikker som å bruke et "smørende" lag, optimalisere sveiseparametere og bruke oscillerende sveisehoder hjelper til med å minimere blanding av uedelt metall og sikre at den kledde kjemien oppfyller spesifikasjonene.
• Interpass temperatur: Håndtering av temperaturen mellom påfølgende sveisepasseringer er avgjørende for å forhindre sprekkdannelse, spesielt med austenittiske rustfrie stål som er utsatt for sensibilisering (utfelling av kromkarbid).
• Perleplassering og overlapping: Automatiserte systemer planlegger brennerbanen omhyggelig for å sikre konsistent perlegeometri og tilstrekkelig overlapping (vanligvis 30-50 %) mellom tilstøtende perler. Dette eliminerer manglende fusjonsfeil og skaper et jevnt tykt kledd lag.

Materialvalg: Forbruksvarer og sokkelrør

Valget av sveisetilsetningsmaterialer definerer direkte bekledningslagets egenskaper. Fyllmetallet må velges basert på nødvendig korrosjonsbestandighet, og ikke bare matche den nominelle legeringen.

Grunnrøret, eller støttestålet, er typisk karbonstål (f.eks. ASTM A106 Gr. B) eller lavlegert stål. Dens primære funksjon er å gi strukturell styrke og trykkdemping. Overflaten må rengjøres grundig (ved sliping eller maskinering) og inspiseres før kledning for å fjerne eventuelle oksider, avleiringer eller forurensninger som kan forårsake bindingsfeil.

Behandling og inspeksjon etter søknad

Når sveiseoverlegget er påført, gjennomgår det kledde røret flere kritiske etterbehandlings- og verifiseringstrinn. Den innvendige kledde overflaten er ofte maskinert eller slipt for å oppnå en jevn, endelig dimensjonstoleranse og for å fjerne eventuelle overflateuregelmessigheter som kan fange forurensninger eller hindre flyt. Røret blir deretter utsatt for et strengt batteri av ikke-destruktive undersøkelser (NDE). Dye Penetrant Testing (PT) eller Magnetic Particle Testing (MT) kontrollerer for overflatesprekker. Ultralydtesting (UT) brukes i stor utstrekning for å måle den endelige beleggtykkelsen jevnt langs røret og for å oppdage eventuell mangel på binding mellom belegget og uedelt metall. Til slutt varmebehandles røret hvis spesifikasjonen krever det (typisk varmebehandling etter sveising for spenningsavlastning) og gjennomgår hydrostatisk testing for å validere trykkintegriteten som en komposittstruktur.

Fordeler og begrensninger ved sveiseoverleggsmetoden

Å forstå fordeler og ulemper med denne metoden er avgjørende for riktig materialvalg i prosjektdesign.

• Fordeler: Tilbyr eksepsjonell designfleksibilitet for kledning av komplekse geometrier som beslag, ventiler og rørbend. Det gjør det mulig å bruke et bredt spekter av legeringskvaliteter, inkludert nikkelbaserte og koboltbaserte superlegeringer. Prosessen kan reparere skadede komponenter og bygge opp slitte overflater. Det gjør det mulig å lage "overgangsfuger" mellom forskjellige metaller.
• Begrensninger: Det er generelt en langsommere og mer arbeidskrevende prosess sammenlignet med roll-bonding for lange, rette rørseksjoner. Den sykliske oppvarmingen og kjølingen kan introdusere betydelige restspenninger. Å oppnå ekstremt lav fortynning krever avansert prosesskontroll. Det er en risiko for defekter som porøsitet, sprekker eller ufullstendig fusjon hvis parametere ikke er perfekt kontrollert.

Avslutningsvis er å lage rustfritt stålbelagt rør via sveiseoverlegg en sofistikert, konstruert prosess som forvandler et karbonstålrør til et bimetallisk produkt. Gjennom grundig kontroll av automatisert sveising, parametere og materialvitenskap, leverer den en robust og økonomisk løsning der korrosjonsmotstand og strukturell styrke er avgjørende.