Spawanie-rur z-blachą rurową w wymiennikach ciepła: kwalifikacja i typowe wady

W tym przewodniku wyjaśniono, w jaki sposób sekcja IX normy ASME kwalifikuje spawanie rur-do-arkusza rurowego, które przepisy konstrukcyjne nakładają obowiązek tej kwalifikacji oraz konkretne rodzaje wad, które inspektorzy i producenci muszą kontrolować, aby uniknąć kosztownych przeróbek.

Dlaczego spawanie-rur z-arkuszami rurowymi wymaga oddzielnej kwalifikacji niż spawanie rowkowe?

Połączenia rury-z{{1}arkuszem rury wymagają specjalnych kwalifikacji, ponieważ ich geometria, dostęp i sposób uszkodzenia różnią się zasadniczo od standardowej spoiny rowkowej, a spawacz lub procedura wykwalifikowana na próbce z płaskim rowkiem nie jest automatycznie udowodniona, że ​​jest w stanie wytworzyć solidne,-szczelne połączenie w tej konfiguracji.

Próbkę testową spoiny rowkowej spawa się w warunkach otwartych, bez przeszkód, z pełnym dostępem do obu stron złącza. Połączenie rury-z-arkuszem rury jest spawane w ciasnej pierścieniowej przestrzeni pomiędzy ścianą rury a wywierconym otworem w arkuszu rury, często z sąsiednimi otworami na rury oddalonymi o zaledwie milimetry i z dostępem tylko z jednej strony. Sama ścianka rury jest cienka - często poniżej 3 mm -, co czyni ją bardzo podatną na przepalenie-, natomiast arkusz rurowy to gruby blok, który działa jak duży radiator, powodując nierównomierny rozkład ciepła w złączu.

Warunki te powodują powstawanie wad - przepalenia-na wskroś, braku przetopienia u nasady złącza i niewystarczającej minimalnej ścieżki nieszczelności -, które po prostu nie występują w przypadku spawania z rowkiem otwartym, dlatego też sekcja IX normy ASME traktuje spawanie rury-do-arkusza rurowego jako własną kategorię kwalifikacji, a nie uwzględnianie jej w standardowych zasadach spoiny rowkowej lub pachwinowej.

Jakie są dwie ścieżki kwalifikacji w ramach sekcji IX ASME?

Sekcja IX ASME oferuje dwie różne metody kwalifikacji procedur spawania-z-blachy rurowej i spawaczy: makieta demonstracyjna zgodnie z QW-193 lub konwencjonalny test spoiny rowkowej lub pachwinowej zgodnie z QW-202, z obowiązującymi przepisami konstrukcyjnymi określającymi, która trasa jest obowiązkowa.

Porównanie tras kwalifikacji

Zgodnie z ASME Sekcja IX QW-202.6 i Sekcja VIII Dział 1 UW-28(b)/UW-29 (wydanie 2021); Dział 2 akapit. 6.3.4. Niezbędne zmienne do kwalifikacji procedury podano w QW-288; Podstawowe zmienne kwalifikacji spawacza i operatora spawacza podano w QW-387 i QW-388. Przed wybraniem ścieżki kwalifikacyjnej zawsze potwierdzaj wymagania aktualnej edycji i wszelkie zmiany specyficzne dla klienta.

Obie podstawowe-tabele zmiennych mają zastosowanie w połączeniu z podstawowymi tabelami-procesów spawania. Na przykład procedura TIG z rury-do-blachy rurowej musi spełniać zarówno standardowe zmienne GTAW w tabeli QW-256, jak i zmienne specyficzne dla rury-do-arkusza rury w tabeli QW-288.1, które obejmują takie elementy, jak średnica zewnętrzna rury, zakres grubości blachy rury, stan otworów rury i konstrukcja złącza.

Ile spoin makietowych jest wymaganych i co muszą przejść?

W przypadku stosowania metody makiety QW-193 należy wykonać co najmniej pięć spoin i każda z nich musi przejść badanie wizualne, badanie penetracyjne cieczy i badanie makro-przekroju -. Pojedyncze nieudane spoiny unieważnia całą makietę i wymaga całkowitego ponownego spawania, a nie naprawy punktowej.

Badanie wizualne (QW-193.1.1): przeprowadzone bez powiększenia, w celu sprawdzenia całkowitego stopienia, przepalenia, porowatości i pęknięć.

Badanie penetracyjne cieczy (QW-193.1.2): przeprowadzane zgodnie z artykułem 6 ASME, sekcja V, przez wykwalifikowany personel w celu wykrycia nieciągłości powodujących uszkodzenie powierzchni, niewidocznych gołym okiem.

Badanie{{0}makrosekcji (QW-193.1.3): makieta jest przecinana przez średnicę w celu odsłonięcia czterech powierzchni, a następnie sprawdzana przy powiększeniu od 10 do 20 razy, aby sprawdzić całkowite stopienie, brak pęknięć i, co najważniejsze, - czy minimalna droga wycieku spełnia wymagania projektowe.

Sama makieta musi zasadniczo odzwierciedlać konfigurację otworów na rurę i projekt złącza, które zostaną wykorzystane w produkcji, w granicach kluczowych zmiennych QW-288 – co oznacza, że ​​średnica rury, grubość arkusza rury i geometria złącza muszą być reprezentatywne dla rzeczywistego budowanego wymiennika ciepła, a nie tylko dowolnego wygodnego elementu testowego.

Sekcja VIII Dział 1 a Dywizja 2: Kiedy QW-193 jest obowiązkowe?

Sekcja VIII, dział 2 ASME, nakłada na makiety QW-193 obowiązek kwalifikacji do procedury spawania rury z arkuszem rury, natomiast sekcja VIII, dział 1 pozostawia tę opcję jako opcję producenta, a to rozróżnienie jest jednym z najważniejszych i najczęściej źle rozumianych punktów w planowaniu produkcji wymienników ciepła.

Zgodnie z ASME Sekcja VIII Dział 1 UW-28/UW-29 (od wydania 2021 r.), Sekcja VIII Dział 2 akapit. 6.3.4 i Sekcja I PFT-12. Specyfikacje techniczne klientów często narzucają QW-193, nawet jeśli kod podstawowy tego nie wymaga - przed sfinalizowaniem planu kwalifikacji należy zawsze sprawdzić zamówienie i specyfikację spawania projektu.

Jakie są najczęstsze wady spoin-rury z-arkuszem blachy?

Do najczęściej występujących wad połączeń rury-z-blachem rurowym należą: brak wtopienia na styku rury-z-arkuszem rury, przepalenie-ściany rury-na wskroś, niewystarczająca minimalna droga wycieku, porowatość i-wpływ ciepła-pękanie-, a także fakt, że każde złącze rury jest spawane indywidualnie ręcznie lub za pomocą głowicy orbitalnej, współczynnik defektów mają tendencję do zwiększania się w wyniku zmęczenia, nierównomiernego dopasowania-stawów i nieodpowiedniego przygotowania powierzchni w przypadku dużej liczby rurek.

Tryby awarii i metody wykrywania zgodne z wymaganiami ASME Sekcja IX QW-193.1 i doświadczeniem branżowym w zakresie wytwarzania i naprawy płaszczowo-rurowych wymienników ciepła-.

Doświadczenie terenowe w zastosowaniach związanych z odzyskiwaniem, rafinacją i chłodzeniem procesów siarki pokazuje, że powtarzające się wycieki z rur-do-blachy rurowej często wynikają z braku penetracji i braku wtopienia wprowadzonych podczas pierwotnej produkcji. Defekty - są trudne do wykrycia wyłącznie za pomocą NDE w produkcji i które zwykle ujawniają się dopiero po powtarzających się cyklach termicznych powodujących rozprzestrzenianie się pęknięć od niestopionego korzenia.

Jak weryfikuje się minimalną ścieżkę wycieku (MLP) i dlaczego ma to znaczenie?

Minimalna droga nieszczelności to najkrótsza odległość, w dowolnym kierunku, od nasady rury-przez-spoinę arkusza rury do najbliższej wolnej powierzchni i ma to znaczenie, ponieważ to wymiar decyduje o tym, czy wytrzymałe-połączenie spawane może rzeczywiście wytrzymać ciśnienie i zapobiec-zanieczyszczeniom krzyżowym-. Niewymiarowe MLP może przejść powierzchowną kontrolę wizualną, nadal nie spełniając założeń projektowych złącza.

MLP jest weryfikowane poprzez przecięcie makiety kwalifikacyjnej przez jej średnicę, odsłonięcie- przekroju spoiny i zmierzenie ścieżki stopienia przy powiększeniu 10–20 razy w porównaniu z minimum obliczonym na podstawie projektu.

Maksymalna przyznana wartość MLP jest ograniczona do grubości ścianki rury, niezależnie od ilości dodatkowego metalu spoiny osadzonego poza tym wymiarem.

Podłużne rysy na zewnętrznej powierzchni rury lub otworze w arkuszu sitowym są traktowane jako zwiększone ryzyko podczas oceny makiety, ponieważ rysa biegnąca równolegle do złącza może utworzyć ścieżkę wycieku całkowicie omijającą strefę wtopienia spoiny.

Ponieważ MLP można potwierdzić jedynie w sposób destrukcyjny - poprzez rozcięcie reprezentatywnej makiety -, sprawdza się to podczas kwalifikacji procedury, a nie na każdym złączu produkcyjnym. Właśnie dlatego tak ważna jest zdyscyplinowana, powtarzalna kontrola procesu podczas spawania produkcyjnego: po zakwalifikowaniu WPS z wykazanym MLP, spoiny produkcyjne muszą być wykonane w ramach tej samej zasadniczej-zmiennej obwiedni, aby zachować ważność.

Jakie metody kontroli wyłapują defekty rury-do-blachy rurowej przed uruchomieniem?

Warstwowa sekwencja inspekcji - badanie wizualne, badanie penetracyjne cieczy i badanie szczelności helem - pozwala wykryć zdecydowaną większość defektów rury-do-blachy rurowej przed zamknięciem wiązki wymiennika ciepła i oddaniem do użytku, przy czym badanie szczelności helem zapewnia najwyższą czułość w przypadku-przecieków przez ściany spośród wszystkich metod powszechnie stosowanych w przypadku tego typu połączeń.

Każdą spoinę produkcyjną przeprowadza się badanie wizualne w celu sprawdzenia-pierwszego przejścia pod kątem przepalenia-, niepełnego stopienia i porowatości powierzchni.

Test penetracji cieczy, przeprowadzany zgodnie z art. 6 sekcja V ASME, wykrywa-pęknięcia powierzchni i porowatość niewidoczne gołym okiem i jest zwykle przeprowadzany zarówno w warstwie graniowej, jak i końcowej.

Testowanie szczelności helu powoduje zwiększenie ciśnienia wymiennika za pomocą 5–10 psi helu i wykorzystuje spektrometr mas do wykrycia wielkości wycieków znacznie mniejszych, niż jest w stanie wykryć test hydrostatyczny, ponieważ atom helu jest wystarczająco mały, aby przejść przez nieciągłości, które nie przepuszczają wody. Test ten jest zwykle wykonywany po spawaniu wszystkich-końców rury, ale przed rozszerzaniem rury, tak aby oceniać tylko spoinę -, a nie rozszerzanie mechaniczne -.

Żadna pojedyncza metoda nie pozwala wykryć każdego rodzaju defektu: badania wizualne i penetracyjne są skuteczne w przypadku nieciągłości-połączonych powierzchniowo, ale brak przetopienia podpowierzchniowego lub zbyt mały MLP można potwierdzić jedynie poprzez makro-przekrój niszczący podczas kwalifikacji. Właśnie dlatego testy kwalifikacyjne i produkcyjne NDE uzupełniają się, a nie są zbędne. - Kwalifikacja dowodzi, że procedura jest w stanie wytworzyć solidne połączenie, a NDE na produkcji potwierdza, że ​​możliwości te były konsekwentnie realizowane w całej liczbie rur.

Dlaczego rygorystyczność kwalifikacji ma większe znaczenie w przypadku połączeń rur-z-blachami rurowymi niż w przypadku zwykłych spoin rurociągów?

Rygor kwalifikacji rury-do-arkusza rurowego ma większe znaczenie niż w przypadku zwykłych spoin rurociągów, ponieważ pojedyncza wada systematyczna wykryta po produkcji może wymagać-ponownego przełożenia całej wiązki rur, a każdy wymiennik może zawierać setki do tysięcy pojedynczych połączeń spawanych według tej samej procedury, - co oznacza, że ​​marginalny WPS lub-niedoświadczony spawacz nie wykona ani jednej złej spoiny, a wręcz przeciwnie, wytwarza ich wiele.

Wada spoiny obwodowej rurociągu jest zazwyczaj naprawą izolowaną. Z drugiej strony, tryb defektu rury-do-blachy rurowej wynikający z wadliwej procedury lub niewykwalifikowanej techniki ma charakter systemowy: jeśli projekt złącza, doprowadzenie ciepła lub etap przygotowania powierzchni, który spowodował jedną awarię, zastosowano konsekwentnie w całej wiązce, każde połączenie spawane w tych warunkach jest podejrzane.

Inwestycja w odpowiednio wykwalifikowany WPS, odpowiednio przeszkolonych i przetestowanych spawaczy oraz zdyscyplinowaną sekwencję inspekcji produkcji to ścieżka-o wiele niższa od kosztów w porównaniu z odkryciem - po uruchomieniu lub, co gorsza, po kilku latach pracy z cyklami termicznymi -, że należy wymienić dużą część wiązki rur.

Często zadawane pytania

Q: Czy ASME sekcja VIII, dział 1 wymaga kwalifikacji makiety QW-193 dla spoin rura-z arkuszem rury?

A: Nie. Dział 1 pozostawia QW-193 jako opcję producenta; test spoiny rowkowej zgodnie z QW-202.2 i QW-202.4 jest akceptowaną alternatywą, chyba że specyfikacja techniczna klienta wymaga trasy makiety.

Q: Ile rur należy zespawać i przetestować, aby za pomocą makiety zakwalifikować się do procedury-przekształcenia-arkusza rurowego?

A: Należy wykonać co najmniej pięć spoin modelowych, a wszystkie pięć musi przejść badanie wizualne, penetracyjne i makro-przekroju na QW-193,2. Każda pojedyncza awaria unieważnia całą makietę i wymaga całkowitego ponownego spawania.

Q: Co to jest minimalna droga wycieku i dlaczego jest ona ograniczona do grubości ścianki rury?

A: Minimalna droga nieszczelności to najkrótsza odległość stopionego materiału od grani spoiny do najbliższej wolnej powierzchni. Jest ono ograniczone do grubości ścianki rury, ponieważ jest to fizyczna granica przekroju-szczelnego- złącza, niezależnie od ilości dodatkowego osadzonego metalu spoiny.

Q: Czy spawacz posiadający kwalifikacje do wykonywania spoin rowkowych może spawać połączenia rur-z-blachami rurowymi zgodnie z instrukcją WPS zatwierdzoną przez makietę QW-193?

A: Tak, jeśli obowiązujące przepisy budowlane same w sobie nie wymagają QW-193 do kwalifikacji użytkowej. Kwalifikacja procedury i kwalifikacja działania są traktowane jako wymagania wzajemnie się wykluczające zgodnie z sekcją IX ASME.

Q: Dlaczego w przypadku spoin rur-z-arkuszem rurowym preferuje się badanie szczelności helem zamiast badań hydrostatycznych?

A: Mały rozmiar atomowy helu pozwala mu przechodzić przez nieciągłości, których nie wykryłby test hydrostatyczny (woda), co zapewnia testom szczelności helu znacznie większą czułość w identyfikowaniu marginalnych lub częściowo stopionych połączeń rur-z-blachą rurową przed uruchomieniem.