Kiểm soát chất lượng hàn ống bằng thép không gỉ

Giới thiệu

Ống thép không gỉ được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như dầu khí, xử lý hóa học, sản xuất điện, và chế biến thực phẩm do khả năng chống ăn mòn tuyệt vời của chúng, Độ bền, và khả năng chịu được nhiệt độ và áp suất cao. Tuy nhiên, Hàn ống thép không gỉ giới thiệu những thách thức độc đáo, như các tính chất của vật liệu, Mở rộng nhiệt cao, và sự nhạy cảm với ô nhiễm - làm cho nó dễ bị các khiếm khuyết như nứt, biến dạng, và hàn không hoàn hảo. Đảm bảo các mối hàn chất lượng cao là rất quan trọng để duy trì tính toàn vẹn cấu trúc, sự an toàn, và tuổi thọ của hệ thống đường ống thép không gỉ.

Kiểm soát chất lượng (QC) TRONG ống thép không gỉ Hàn liên quan đến một cách tiếp cận có hệ thống để ngăn chặn, phát hiện, và sửa chữa sự không hoàn hảo của mối hàn. Quá trình này bao gồm lựa chọn vật liệu, Trình độ chuyên môn của thợ hàn, Thông số kỹ thuật hàn (WPS), Kiểm soát quá trình, điều tra, và thử nghiệm. Mục tiêu là để đạt được các mối hàn đáp ứng các tiêu chuẩn ngành (ví dụ., GIỐNG TÔI, AWS, API) và các yêu cầu dành riêng cho dự án trong khi giảm thiểu các khiếm khuyết và đảm bảo độ tin cậy. Bài viết này khám phá các khía cạnh chính của kiểm soát chất lượng trong hàn ống bằng thép không gỉ, bao gồm các phương pháp, công cụ, tiêu chuẩn, và các chiến lược thực tế, được hỗ trợ bởi các bảng và nghiên cứu trường hợp.

Nền lý thuyết

Đặc điểm của thép không gỉ trong hàn

Thép không gỉ là hợp kim dựa trên sắt có chứa ít nhất 10.5% crom, tạo thành một lớp oxit thụ động giúp tăng cường khả năng chống ăn mòn. Các lớp phổ biến được sử dụng trong đường ống bao gồm Austenitic (ví dụ., 304, 316), ferit (ví dụ., 430), và song công (ví dụ., 2205) thép không gỉ. Mỗi loại có đặc điểm hàn riêng biệt:

Thép không gỉ austenit: Rất dễ hàn nhưng dễ bị nhạy cảm (Kết tủa cacbua crom ở ranh giới hạt) Nếu được làm nóng không đúng cách, dẫn đến ăn mòn giữa các hạt.
Thép không gỉ Ferritic: Ít dễ bị nhạy cảm hơn nhưng dễ bị tăng trưởng hạt và sự hấp thụ ở nhiệt độ cao.
Thép không gỉ song công: Cung cấp sự cân bằng giữa sức mạnh và khả năng chống ăn mòn nhưng yêu cầu kiểm soát chính xác đầu vào nhiệt để duy trì sự cân bằng pha Austenite-Ferrite.

Trong quá trình hàn, Thép không gỉ dẫn độ dẫn nhiệt thấp làm cho nhiệt tập trung vào vùng hàn, Tăng nguy cơ biến dạng và ứng suất dư. Hệ số giãn nở nhiệt cao của nó làm trầm trọng thêm vấn đề này, thường dẫn đến cong vênh hoặc nứt nếu không được quản lý đúng cách.

Sự không hoàn hảo về mối hàn phổ biến trong ống thép không gỉ

Sự không hoàn hảo của mối hàn trong các ống thép không gỉ có thể làm tổn hại đến tính toàn vẹn của hệ thống. Khiếm khuyết phổ biến bao gồm:

Vết nứt: Vết nứt nóng (Trong quá trình hóa rắn) Hoặc vết nứt lạnh (Do sự hấp thụ hydro) có thể xảy ra nếu tốc độ làm mát hoặc nồng độ hydro không được kiểm soát.
độ xốp: Vướng vào khí trong bể hàn, Thường là do ô nhiễm hoặc bảo hiểm khí bảo vệ không đầy đủ.
Không hoàn chỉnh hợp nhất: Thất bại của kim loại hàn để liên kết hoàn toàn với vật liệu cơ bản, thường được gây ra bởi các thông số hàn không đúng.
Undercut: Một rãnh ở ngón chân hàn làm giảm độ dày cắt ngang, đóng vai trò là bộ tập trung căng thẳng.
Biến dạng: Cong vênh của đường ống do sưởi ấm và làm mát không đều, đặc biệt có vấn đề trong các đường ống vách mỏng.

Kiểm soát chất lượng nhằm mục đích giảm thiểu các khiếm khuyết này thông qua việc chuẩn bị vật liệu thích hợp, kỹ thuật hàn, và phương pháp kiểm tra.

Khung kiểm soát chất lượng cho hàn ống bằng thép không gỉ

Kiểm soát chất lượng trước uốn

Kiểm soát chất lượng bắt đầu trước khi hàn, với sự chuẩn bị cẩn thận để đảm bảo các điều kiện tối ưu. Các biện pháp QC trước khi uốn cong bao gồm:

Xác minh vật liệu: Xác nhận rằng lớp thép không gỉ, Kích thước ống, và vật liệu phụ phù hợp với thông số kỹ thuật của dự án. Giấy chứng nhận về sự phù hợp và báo cáo kiểm tra vật liệu (Mtrs) nên được xem xét.
Chuẩn bị bề mặt: Làm sạch các bề mặt ống để loại bỏ các chất gây ô nhiễm như dầu, dầu mỡ, và oxit, có thể gây ra độ xốp hoặc nứt. Sử dụng dung môi hoặc làm sạch cơ học (ví dụ., Nghiền) khi cần thiết.
Thiết kế chung và phù hợp: Đảm bảo thiết kế chung thích hợp (ví dụ., V-Groove, J-Groove) và liên kết để giảm thiểu nồng độ căng thẳng và đảm bảo sự thâm nhập đầy đủ. Dung sai cho sai lệch và khoảng cách nên nằm trong giới hạn được chỉ định.
Trình độ chuyên môn của thợ hàn: Thợ hàn phải có đủ điều kiện cho mỗi tiêu chuẩn như ASME Phần IX hoặc AWS D1.1, Thể hiện khả năng sản xuất các mối hàn không có khuyết tật trong các điều kiện mô phỏng.
Thông số kỹ thuật hàn (WPS): Phát triển và phê duyệt WPS chi tiết quy trình hàn (ví dụ., TIG, TÔI), thông số (ví dụ., hiện hành, điện áp, tốc độ di chuyển), vật liệu phụ, Khí che chắn, và yêu cầu làm nóng trước.

Kiểm soát quá trình hàn

Trong quá trình hàn, Kiểm soát chặt chẽ quá trình là điều cần thiết để sản xuất các mối hàn chất lượng cao. Các biện pháp kiểm soát quá trình chính bao gồm:

Lựa chọn khí bảo vệ: Sử dụng khí trơ tinh khiết cao (ví dụ., Các hỗn hợp argon hoặc argon-helium) Để ngăn chặn quá trình oxy hóa của bể hàn. Đảm bảo tốc độ dòng khí thích hợp và độ bao phủ, bao gồm cả đùi ngược cho các đường rễ trong thép không gỉ Austenitic.
Kiểm soát đầu vào nhiệt: Duy trì đầu vào nhiệt trong các giới hạn được chỉ định để tránh sự nhạy cảm hoặc tăng trưởng hạt quá mức. Đầu vào nhiệt (Trong KJ/mm) có thể được tính là:
Nhiệt vào đầu vào = (Điện áp * Hiện hành * 60) / (Tốc độ di chuyển * 1000)

Đầu vào nhiệt điển hình cho thép không gỉ austenitic nên được giữ bên dưới 1.5 KJ/mm để ngăn ngừa sự nhạy cảm.
Kiểm soát nhiệt độ giữa các: Giới hạn nhiệt độ giữa các (ví dụ., 150° C cho thép không gỉ austenitic) Để ngăn ngừa quá nóng và giảm căng thẳng dư.
Lựa chọn vật liệu phụ: Sử dụng kim loại phụ với các chế phẩm hợp lý hoặc hợp lý quá (ví dụ., 316L Filler cho 316 thép không gỉ) Để đảm bảo khả năng chống ăn mòn và tính chất cơ học.
Giám sát các thông số hàn: Liên tục theo dõi và ghi lại điện áp, hiện hành, tốc độ di chuyển, và lưu lượng khí để đảm bảo tuân thủ WPS.

Kiểm soát chất lượng sau cuộn dây

Sau khi hàn, Kiểm tra và kiểm tra được thực hiện để xác minh chất lượng mối hàn. Các biện pháp QC sau cuộn dây chính bao gồm:

Kiểm tra trực quan: Kiểm tra các khuyết tật bề mặt như vết nứt, undercut, hoặc phản ứng tổng hợp không đầy đủ bằng cách sử dụng các công cụ phóng đại hoặc borescopes cho các mối hàn bên trong.
Kiểm tra không phá hủy (NDT): Sử dụng các phương pháp như X quang (RT), Kiểm tra siêu âm (UT), Thử nghiệm thâm nhập thuốc nhuộm (Pt), hoặc kiểm tra hạt từ tính (MT) Để phát hiện các khiếm khuyết dưới bề mặt.
Thử nghiệm phá hủy: Tiến hành các bài kiểm tra như kiểm tra độ bền kéo, Kiểm tra uốn cong, hoặc kiểm tra tác động trên các mối hàn mẫu để đánh giá các tính chất cơ học.
Điều trị nhiệt sau hàn (PWHT): Áp dụng PWHT nếu được yêu cầu (ví dụ., Để giảm căng thẳng trong các phần nặng) Trong khi đảm bảo nhiệt độ và tốc độ làm mát không gây ra sự nhạy cảm.
Tài liệu: Duy trì hồ sơ chi tiết về các thông số hàn, Kết quả kiểm tra, và các báo cáo kiểm tra về truy xuất nguồn gốc và tuân thủ.

Các tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật để kiểm soát chất lượng

Một số tiêu chuẩn công nghiệp cung cấp các hướng dẫn để kiểm soát chất lượng trong hàn ống bằng thép không gỉ. Tiêu chuẩn chính bao gồm:

Asme B31.3: Quá trình đường ống, Chỉ định các yêu cầu về hàn và kiểm tra trong các nhà máy hóa học và hóa dầu.
AWS D1.6: Mã hàn cấu trúc bằng thép không chứa thép không có, Bao gồm các quy trình hàn và trình độ cho các ứng dụng cấu trúc.
API 1104: Hàn đường ống và các cơ sở liên quan, cung cấp các hướng dẫn cho hàn đường ống, bao gồm cả thép không gỉ.
ISO 3834: Yêu cầu chất lượng cho hàn nhiệt hạch của vật liệu kim loại, phác thảo các nguyên tắc QC chung.

Các tiêu chuẩn này chỉ định các tiêu chí chấp nhận cho sự không hoàn hảo của mối hàn, chẳng hạn như kích thước tối đa cho phép cho độ xốp, vết nứt, và undercut, Đảm bảo các mối hàn đáp ứng các yêu cầu về an toàn và hiệu suất.

Các biện pháp không hoàn hảo và kiểm soát mối hàn chung

Bàn 1 tóm tắt sự không hoàn hảo về mối hàn chung trong hàn ống bằng thép không gỉ, nguyên nhân của họ, và các biện pháp kiểm soát chất lượng để giảm thiểu chúng.

Khuyết điểm	Nguyên nhân	Các biện pháp kiểm soát
Vết nứt	Đầu vào nhiệt cao, làm mát nhanh, Ô nhiễm hydro	Kiểm soát đầu vào nhiệt, Sử dụng vật liệu làm đầy hydro thấp, làm nóng trước nếu cần thiết
độ xốp	Bề mặt bị ô nhiễm, Khí che chắn không đầy đủ	Làm sạch bề mặt triệt để, Đảm bảo lưu lượng khí và vùng phủ sóng thích hợp
Không hoàn chỉnh hợp nhất	Đầu vào nhiệt thấp, Kỹ thuật hàn không đúng cách	Điều chỉnh các thông số hàn, Đào tạo thợ hàn trên các kỹ thuật thích hợp
Undercut	Dòng điện quá mức, góc điện cực không phù hợp	Tối ưu hóa cài đặt hiện tại, duy trì góc điện cực chính xác
Biến dạng	Làm nóng và làm mát không đều	Sử dụng các mối hàn, Kiểm soát đầu vào nhiệt, Áp dụng kẹp hoặc đồ đạc

Kỹ thuật kiểm tra và kiểm tra

Kiểm tra không phá hủy (NDT)

Phương pháp NDT rất quan trọng để phát hiện sự không hoàn hảo của mối hàn mà không làm hỏng đường ống. Các kỹ thuật NDT phổ biến cho hàn ống bằng thép không gỉ bao gồm:

Kiểm tra chụp ảnh phóng xạ (RT): Sử dụng tia X hoặc tia gamma để phát hiện các khuyết tật bên trong như độ xốp và vùi. Thích hợp cho các đường ống có thành dày nhưng yêu cầu các biện pháp phòng ngừa an toàn.
Kiểm tra siêu âm (UT): Sử dụng sóng âm thanh tần số cao để phát hiện các khuyết tật dưới bề mặt. Hiệu quả để phát hiện các vết nứt và thiếu hợp nhất.
Thử nghiệm thâm nhập thuốc nhuộm (Pt): Áp dụng thuốc nhuộm cho bề mặt mối hàn để lộ các khuyết tật phá vỡ bề mặt như vết nứt và độ xốp. Lý tưởng cho thép không gỉ austenitic.
Kiểm tra hạt từ tính (MT): Phát hiện các khiếm khuyết bề mặt và gần bề mặt trong thép không gỉ ferritic sử dụng từ trường và các hạt sắt.

Bàn 2 Tóm tắt khả năng áp dụng các phương pháp NDT đối với hàn ống bằng thép không gỉ.

Phương pháp NDT	Khiếm khuyết được phát hiện	Khả năng ứng dụng	Hạn chế
Kiểm tra chụp ảnh phóng xạ (RT)	độ xốp, Bao gồm, vết nứt	Ống thành dày	Chi phí cao, nguy hiểm bức xạ
Kiểm tra siêu âm (UT)	Vết nứt, thiếu sự hợp nhất	Tất cả độ dày	Yêu cầu các nhà khai thác lành nghề
Thử nghiệm thâm nhập thuốc nhuộm (Pt)	Vết nứt bề mặt, Độ xốp	Thép không gỉ Austenitic	Giới hạn ở các khuyết tật bề mặt
Kiểm tra hạt từ tính (MT)	Vết nứt bề mặt, Khiếm khuyết gần bề mặt	Thép không gỉ ferritic	Không áp dụng cho các lớp Austenitic

Thử nghiệm phá hủy

Thử nghiệm phá hủy liên quan đến việc hy sinh một mối hàn mẫu để đánh giá các tính chất cơ học của nó. Các xét nghiệm phổ biến bao gồm:

Kiểm tra độ bền kéo: Đo lường sức mạnh và độ dẻo của mối hàn bằng cách kéo nó ra cho đến khi thất bại.
Kiểm tra uốn cong: Đánh giá độ dẻo và phản ứng tổng hợp bằng cách uốn mẫu hàn thành một góc xác định mà không bị nứt.
Kiểm tra tác động: Đánh giá độ dẻo dai bằng cách đánh vào mối hàn bằng một con lắc để đo độ hấp thụ năng lượng.

Các thử nghiệm này thường được thực hiện trên các phiếu giảm giá thử nghiệm được chuẩn bị trong thời gian đủ trình độ của thợ hàn hoặc các mối hàn sản xuất.

Chiến lược kiểm soát chất lượng thực tế

Đào tạo và chứng nhận

Thợ hàn và thanh tra phải được đào tạo đầy đủ và được chứng nhận để đảm bảo chất lượng nhất quán. Các chương trình đào tạo nên bao gồm luyện kim bằng thép không gỉ, kỹ thuật hàn, và nhận dạng khiếm khuyết. Chứng nhận theo tiêu chuẩn ASME Phần IX hoặc AWS đảm bảo rằng nhân sự đáp ứng các yêu cầu năng lực tối thiểu.

Giám sát và tự động hóa quy trình

Hệ thống hàn tự động, chẳng hạn như hàn quỹ đạo tig, có thể cải thiện tính nhất quán bằng cách kiểm soát các tham số như tốc độ di chuyển, Đầu vào nhiệt, và dòng khí. Hệ thống giám sát thời gian thực có thể ghi lại các thông số hàn và cảnh báo cho các toán tử về độ lệch từ WPS.

Kiểm soát môi trường

Hàn nên được thực hiện trong môi trường được kiểm soát để giảm thiểu ô nhiễm. Sử dụng phòng sạch hoặc rào chắn gió để bảo vệ khu vực hàn khỏi bụi, độ ẩm, và bản nháp, có thể ảnh hưởng đến độ che phủ khí bảo vệ và chất lượng mối hàn.

Nghiên cứu điển hình

Nghiên cứu điển hình 1: Hệ thống đường ống máy lọc dầu

Trong một dự án nhà máy lọc dầu gần đây, 316L ống thép không gỉ (4-đường kính inch, 6 Độ dày tường mm) đã được sử dụng cho một hệ thống đường ống quy trình. Các mối hàn ban đầu cho thấy độ xốp và vết nứt do lớp sơn lại không đủ và đầu vào nhiệt cao. Các biện pháp kiểm soát chất lượng đã được thực hiện, bao gồm:

Sử dụng 99.99% argon thuần túy để vắt ngược.
Giảm đầu vào nhiệt xuống 1.2 KJ/mm.
Tiến hành 100% RT trên tất cả các mối hàn.

Sau những điều chỉnh này, tỷ lệ khiếm khuyết giảm từ 15% ĐẾN 2%, Cuộc họp ASME B31.3 Tiêu chí chấp nhận.

Nghiên cứu điển hình 2: Nhà máy chế biến thực phẩm

Một nhà máy chế biến thực phẩm được lắp đặt 304 ống thép không gỉ (2-đường kính inch, 3 Độ dày tường mm) cho một hệ thống vệ sinh. Sự không hoàn hảo hàn như undercut và thiếu phản ứng tổng hợp đã được phát hiện trong quá trình kiểm tra trực quan. Nhóm QC được triển khai:

Huấn luyện thợ hàn về kỹ thuật hàn TIG thích hợp.
Sử dụng thử nghiệm thâm nhập thuốc nhuộm cho tất cả các mối hàn.
Đảm bảo nhiệt độ giao thoa không vượt quá 120 ° C.

Những biện pháp này làm giảm sự không hoàn hảo xuống dưới 1%, Đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn vệ sinh.

Phần kết luận

Kiểm soát chất lượng trong hàn ống bằng thép không gỉ là một quá trình nhiều mặt, đòi hỏi sự chú ý đến các tính chất vật liệu, kỹ thuật hàn, và phương pháp kiểm tra. Bằng cách thực hiện dây điện trước nghiêm ngặt, trong quá trình, và các biện pháp QC sau cuộn dây, Những khiếm khuyết về mối hàn như vết nứt, Độ xốp, và sự biến dạng có thể được giảm thiểu. Các tiêu chuẩn như ASME B31.3 và AWS D1.6 cung cấp một khung để đảm bảo chất lượng mối hàn, Trong khi NDT và thử nghiệm phá hủy cung cấp các phương pháp đáng tin cậy để phát hiện và xác nhận khiếm khuyết.