การเชื่อมซ้อนทับถูกนำมาใช้เพื่อสร้างท่อหุ้มสแตนเลสอย่างไร?

พื้นฐานของการหุ้มรอยเชื่อม

การทับซ้อนของการเชื่อมหรือที่เรียกว่าการหุ้มหรือการเชื่อมพื้นผิวเป็นกระบวนการผลิตที่ใช้ในการสร้าง ท่อหุ้มสแตนเลส โดยการวางชั้นโลหะผสมที่ทนต่อการกัดกร่อนไว้บนพื้นผิวภายในของท่อสำรองที่เป็นคาร์บอนหรือเหล็กกล้าอัลลอยด์ต่ำที่มีราคาไม่แพง ต่างจากวิธีการม้วนบอนด์หรือระเบิดบอนด์ การเชื่อมซ้อนจะสร้างชั้นหุ้มโลหะผ่านการเชื่อมฟิวชัน กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการใช้ระบบการเชื่อมอัตโนมัติเพื่อติดเม็ดเชื่อมที่ทับซ้อนกันต่อเนื่องกันตลอดความยาวภายในท่อ สิ่งนี้จะสร้างชั้นสเตนเลสสตีลเนื้อเดียวกันที่มีความหนาแน่นเต็มที่ซึ่งถูกยึดเหนี่ยวเข้ากับวัสดุฐาน จุดประสงค์หลักคือการรวมความแข็งแรงเชิงกลและความประหยัดของเหล็กกล้าคาร์บอนเข้ากับการกัดกร่อน การกัดเซาะ หรือความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงที่เฉพาะเจาะจงของโลหะผสมสแตนเลส ส่งผลให้เกิดโซลูชันที่คุ้มค่าสำหรับสภาพแวดล้อมการบริการที่มีความต้องการสูง

กระบวนการเชื่อมเบื้องต้นสำหรับการซ้อนทับ

การประยุกต์ใช้ชั้นหุ้มสามารถทำได้โดยใช้เทคนิคการเชื่อมอัตโนมัติที่มีความแม่นยำ ซึ่งรับประกันความสม่ำเสมอและคุณภาพ การเลือกกระบวนการขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น ขนาดท่อ ความหนาหุ้มที่ต้องการ อัตราการผลิต และองค์ประกอบของโลหะผสม

การเชื่อมอาร์กใต้น้ำ (SAW)

การเชื่อมอาร์กแบบจมอยู่ใต้น้ำเป็นวิธีการที่ใช้กันทั่วไปในการเชื่อมแบบซ้อนทับบนท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ ส่วนโค้งถูกกระแทกอยู่ใต้ผ้าห่มฟลักซ์หลอมละลายแบบละเอียด ซึ่งป้องกันการปนเปื้อนในชั้นบรรยากาศ การกระเด็น และรังสียูวี SAW มีอัตราการสะสมสูงและการเจาะลึก ทำให้มีประสิทธิภาพในการติดชั้นเคลือบหนา โดยทั่วไปจะใช้กับอิเล็กโทรดแบบแถบ (เช่น กว้าง 60 มม.) เพื่อประสิทธิภาพการผลิตสูงสุดและพื้นผิวซ้อนทับที่เรียบและเจือจาง

การเชื่อมอาร์กทังสเตนแก๊ส (GTAW/TIG)

การเชื่อมอาร์คทังสเตนด้วยแก๊สใช้อิเล็กโทรดทังสเตนที่ไม่สิ้นเปลืองและก๊าซป้องกันเฉื่อย GTAW เป็นที่รู้จักในด้านความแม่นยำและการควบคุมอินพุตความร้อนที่ยอดเยี่ยม สร้างคราบเชื่อมที่มีความบริสุทธิ์สูงและเจือจางต่ำ นี่เป็นสิ่งสำคัญเมื่อหุ้มด้วยโลหะผสมประสิทธิภาพสูง เช่น อินโคเนลหรือแฮสเตลลอย โดยการลดการผสมเหล็กกล้าคาร์บอนจากท่อฐานให้เหลือน้อยที่สุดถือเป็นสิ่งสำคัญเพื่อรักษาความต้านทานการกัดกร่อนของแผ่นหุ้ม มักใช้กับเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าหรือผ่านรูตวิกฤต

การเชื่อมอาร์กโลหะด้วยแก๊ส (GMAW/MIG)

การเชื่อมอาร์คโลหะด้วยแก๊สใช้อิเล็กโทรดลวดสิ้นเปลืองที่ป้อนอย่างต่อเนื่องและก๊าซป้องกัน กระบวนการ GMAW อัตโนมัติสมัยใหม่ เช่น Cold Metal Transfer (CMT) มีประสิทธิภาพสูงในการหุ้ม CMT ลดการป้อนความร้อนลงอย่างมาก ลดการเจือจางและการบิดเบือน ขณะเดียวกันก็ให้การสะสมด้วยความเร็วสูง ทำให้เหมาะสำหรับท่อขนาดและประเภทโลหะผสมที่หลากหลาย โดยให้ความสมดุลที่ดีระหว่างคุณภาพและความสามารถในการผลิต

พารามิเตอร์กระบวนการหลักและการควบคุม

การซ้อนทับรอยเชื่อมที่ประสบความสำเร็จจำเป็นต้องมีการควบคุมพารามิเตอร์ต่างๆ อย่างเข้มงวดเพื่อรับประกันความสมบูรณ์และประสิทธิภาพของชั้นหุ้ม การเบี่ยงเบนสามารถนำไปสู่ข้อบกพร่องที่ทำให้ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายเสียหายได้

• อินพุตความร้อน: การควบคุมกระแสไฟ แรงดันไฟฟ้า และความเร็วการเคลื่อนที่ที่แม่นยำเป็นสิ่งสำคัญยิ่ง การป้อนความร้อนที่มากเกินไปจะเพิ่มการเจือจาง (เปอร์เซ็นต์ของโลหะฐานที่ผสมในแนวเชื่อม) ซึ่งสามารถลดปริมาณโครเมียมและนิกเกิลในการหุ้ม ส่งผลให้ความต้านทานการกัดกร่อนลดลง นอกจากนี้ยังสามารถทำให้เกิดการบิดเบือนและความเค้นตกค้างมากเกินไปได้
• การควบคุมการเจือจาง: โดยทั่วไปเป้าหมายคือการบรรลุระดับการเจือจางที่ต่ำกว่า 10-15% เทคนิคต่างๆ เช่น การใช้ชั้น "เนย" การปรับพารามิเตอร์การเชื่อมให้เหมาะสม และการใช้หัวเชื่อมแบบสั่นจะช่วยลดการผสมโลหะฐานให้เหลือน้อยที่สุด และรับประกันว่าเคมีหุ้มจะตรงตามข้อกำหนด
• อุณหภูมิระหว่างทาง: การจัดการอุณหภูมิระหว่างการเชื่อมที่ต่อเนื่องกันเป็นสิ่งสำคัญในการป้องกันการแตกร้าว โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับสเตนเลสออสเทนนิติกที่ไวต่ออาการแพ้ (การตกตะกอนของโครเมียมคาร์ไบด์)
• การวางลูกปัดและการทับซ้อนกัน: ระบบอัตโนมัติจะวางแผนเส้นทางคบเพลิงอย่างพิถีพิถันเพื่อให้แน่ใจว่ารูปทรงของลูกปัดสม่ำเสมอและการทับซ้อนกันที่เพียงพอ (ปกติ 30-50%) ระหว่างลูกปัดที่อยู่ติดกัน ซึ่งจะช่วยขจัดข้อบกพร่องการขาดฟิวชั่นและสร้างชั้นหุ้มที่มีความหนาสม่ำเสมอ

การเลือกใช้วัสดุ: วัสดุสิ้นเปลืองและท่อฐาน

การเลือกวัสดุสิ้นเปลืองในการเชื่อมจะกำหนดคุณสมบัติของชั้นหุ้มโดยตรง โลหะเติมจะต้องเลือกโดยพิจารณาจากความต้านทานการกัดกร่อนของบริการที่ต้องการ ไม่ใช่แค่การจับคู่กับโลหะผสมที่ระบุเท่านั้น

ท่อฐานหรือเหล็กรอง โดยทั่วไปจะเป็นเหล็กกล้าคาร์บอน (เช่น ASTM A106 Gr. B) หรือเหล็กกล้าโลหะผสมต่ำ หน้าที่หลักคือสร้างความแข็งแรงให้กับโครงสร้างและกักเก็บแรงดัน พื้นผิวต้องได้รับการทำความสะอาดอย่างทั่วถึง (โดยการเจียรหรือการตัดเฉือน) และตรวจสอบก่อนการหุ้มเพื่อขจัดออกไซด์ ตะกรัน หรือสิ่งปนเปื้อนที่อาจก่อให้เกิดข้อบกพร่องในการยึดเกาะ

การประมวลผลและการตรวจสอบหลังการสมัคร

เมื่อมีการวางซ้อนรอยเชื่อม ท่อหุ้มจะต้องผ่านขั้นตอนการตกแต่งและตรวจสอบที่สำคัญหลายประการ พื้นผิวหุ้มภายในมักถูกกลึงหรือกราวด์เพื่อให้ได้ความคลาดเคลื่อนมิติขั้นสุดท้ายที่ราบรื่น และเพื่อขจัดความผิดปกติของพื้นผิวที่อาจดักจับสารปนเปื้อนหรือขัดขวางการไหล จากนั้นท่อจะต้องผ่านการทดสอบแบบไม่ทำลาย (NDE) อย่างเข้มงวด การทดสอบสีย้อมทะลุทะลวง (PT) หรือการทดสอบอนุภาคแม่เหล็ก (MT) ตรวจหารอยแตกที่พื้นผิว การทดสอบด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง (UT) ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในการวัดความหนาของการหุ้มขั้นสุดท้ายอย่างสม่ำเสมอตลอดท่อ และเพื่อตรวจจับการขาดการยึดเกาะระหว่างการหุ้มและโลหะฐาน ในที่สุด ท่อจะได้รับการบำบัดความร้อนหากจำเป็นตามข้อกำหนด (โดยทั่วไปคือการบำบัดความร้อนหลังการเชื่อมเพื่อบรรเทาความเครียด) และผ่านการทดสอบอุทกสถิตเพื่อตรวจสอบความสมบูรณ์ของแรงดันในฐานะโครงสร้างคอมโพสิต

ข้อดีและข้อจำกัดของวิธีการวางซ้อนการเชื่อม

การทำความเข้าใจข้อดีข้อเสียของวิธีการนี้มีความสำคัญต่อการเลือกวัสดุที่เหมาะสมในการออกแบบโครงการ

• ข้อดี: นำเสนอความยืดหยุ่นในการออกแบบที่ยอดเยี่ยมสำหรับการหุ้มรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อน เช่น ข้อต่อ วาล์ว และการโค้งงอของท่อ ช่วยให้สามารถใช้งานเกรดโลหะผสมได้หลากหลาย รวมถึงซูเปอร์อัลลอยที่มีนิกเกิลและโคบอลต์ กระบวนการนี้สามารถซ่อมแซมส่วนประกอบที่เสียหายและสร้างพื้นผิวที่สึกหรอได้ ช่วยให้สามารถสร้าง "ข้อต่อการเปลี่ยนผ่าน" ระหว่างโลหะที่ไม่เหมือนกันได้
• ข้อจำกัด: โดยทั่วไปจะเป็นกระบวนการที่ช้ากว่าและใช้แรงงานมากกว่าเมื่อเทียบกับการติดแบบม้วนสำหรับส่วนท่อตรงที่ยาว การทำความร้อนและความเย็นแบบวงจรสามารถทำให้เกิดความเค้นตกค้างที่สำคัญได้ การบรรลุการเจือจางที่ต่ำมากจำเป็นต้องมีการควบคุมกระบวนการขั้นสูง มีความเสี่ยงที่จะเกิดข้อบกพร่อง เช่น ความพรุน การแตกร้าว หรือการหลอมรวมที่ไม่สมบูรณ์ หากพารามิเตอร์ไม่ได้รับการควบคุมอย่างสมบูรณ์

โดยสรุป การสร้างท่อหุ้มสแตนเลสโดยการเชื่อมซ้อนนั้นเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนและได้รับการออกแบบทางวิศวกรรม ซึ่งเปลี่ยนท่อเหล็กคาร์บอนให้เป็นผลิตภัณฑ์ไบเมทัลลิก ด้วยการควบคุมการเชื่อมอัตโนมัติ พารามิเตอร์ และวัสดุศาสตร์อย่างพิถีพิถัน ทำให้โซลูชั่นนี้มีประสิทธิภาพและประหยัด โดยที่ความต้านทานการกัดกร่อนและความแข็งแรงของโครงสร้างเป็นสิ่งสำคัญที่สุด