Spawanie Super Duplex w warunkach hiperbarycznych: procedury napraw na morzu

Co to jest spawanie hiperbaryczne i dlaczego ma znaczenie w przypadku napraw Super Duplex na morzu?

Spawanie hiperbaryczne to spawanie podwodne na sucho wykonywane w środowisku pod ciśnieniem, gdzie woda jest wypierana przez oddychającą-atmosferę gazową o ciśnieniu otoczenia otaczającym morze lub zbliżonym do niego. W przypadku rurociągów, pionów i węzłów konstrukcyjnych ze stali super duplex jest to jedyna metoda naprawy, która niezawodnie odtwarza na głębokości spoiny atmosferyczne-, dlatego jest to domyślny wybór, gdy uszkodzonej linii nie można odzyskać na powierzchnię.

Operatorzy offshore sięgają po naprawę hiperbaryczną zamiast pełnego odzyskiwania rurociągu, ponieważ odzysk jest powolny, kosztowny i często niemożliwy w przypadku głęboko-osadzonych lub mocno zakotwiczonych linii. Siedlisko hiperbaryczne pozwala certyfikowanej ekipie spawalniczej wyciąć uszkodzoną sekcję, przygotować złącze i zespawać je z powrotem na miejscu, stosując procesy i kontrole jakości przypominające zakład produkcyjny na powierzchni, a nie spawanie na mokro w otwartej wodzie-.

Dlaczego Super Duplex szczególnie podnosi stawkę

Gatunki superduplex, takie jak UNS S32750 (2507) i UNS S32760, wybiera się do zastosowań na morzu właśnie ze względu na ich wysoką wytrzymałość i odporność na wżery, szczeliny i pękanie korozyjne naprężeniowe chlorkowe w wodzie morskiej. Wydajność ta zależy od ściśle kontrolowanej mikrostruktury austenitu-ferrytu, a warunki hiperbaryczne są jednym z niewielu środowisk, które mogą zaburzyć tę równowagę podczas samego spawania, co sprawia, że ​​kwalifikacja procedury jest znacznie mniej wyrozumiała niż w przypadku napraw austenitycznej stali nierdzewnej lub węglowej.

Który gatunek Super Duplex powinni wybrać operatorzy offshore do napraw hiperbarycznych?

Spoina naprawcza powinna zawsze odpowiadać gatunkowi rury macierzystej: UNS S32750 (2507) do ogólnych rurociągów podmorskich i zastosowań konstrukcyjnych oraz UNS S32760 (typ Zeron 100), gdy element jest również narażony na działanie kwaśnych warunków lub narażenie na szczelinę-o wysokiej zawartości chlorków, ponieważ zastąpienie niższego-wypełniacza stopowego lub materiału bazowego w miejscu naprawy tworzy warstwę galwaniczną i niedopasowanie-korozyjnej odporności, które może skrócić resztę projektowanego okresu eksploatacji rurociągu.

Źródło: ASTM A923; spawalnictwo przemysłowe-referencje inżynieryjne dotyczące specyfikacji S32750/S32760 offshore.

PREN, czyli liczba równoważna odporności na wżery, jest standardowym skrótem służącym do rankingu odporności na korozję dla gatunków duplex i super duplex: PREN=%Cr + 3.3 x %Mo + 16 x %N. Każda procedura naprawy hiperbarycznej powinna wykazywać, że-pospawany PREN metalu spoiny i-strefy wpływu ciepła nie jest znacząco niższy od rury macierzystej, ponieważ spoina naprawcza musi być tylko raz najsłabszym ogniwem.

Jak zwiększone ciśnienie otoczenia wpływa na mikrostrukturę metalu spoiny?

Podwyższone ciśnienie hiperbaryczne zmniejsza rozpuszczalność azotu w jeziorku spawalniczym i przesuwa kinetykę transformacji fazowej, co popycha-pospawaną mikrostrukturę w kierunku nadmiaru ferrytu, chyba że gaz osłonowy i doprowadzone ciepło zostaną celowo dostosowane w celu kompensacji; nieskorygowane, zwiększa to ryzyko zmniejszonej wytrzymałości i odporności na korozję dokładnie tam, gdzie naprawa powinna działać najlepiej.

Niezależne badania nad hiperbarycznym spawaniem dupleksowym bezpośrednio wykazały tę wrażliwość na nacisk. Badania spawania łukowego-rdzeniowego stali nierdzewnej duplex przy symulowanym ciśnieniu hiperbarycznym wykazały, że zawartość ferrytu w metalu spoiny zmienia się nie-liniowo w zależności od ciśnienia, a odporność na korozję wżerową zależy od powstałej równowagi faz ferrytu, austenitu i austenitu wtórnego, a nie samego ciśnienia.

Praktyczne implikacje:nie można zakładać, że WPS zakwalifikowany dla jednej atmosfery lub nawet jednej głębokości hiperbarycznej jest ważny przy innym ciśnieniu. Gaz osłonowy-wzbogacony w azot, dostosowane doprowadzenie ciepła i kontrola temperatury międzyściegowej to standardowe rozwiązania, a każda kombinacja musi zostać ponownie-dostosowana do konkretnej głębokości pracy.

Dodatkowe ciśnienie-Efekty, na które warto zwrócić uwagę

Zachowanie łuku staje się mniej stabilne wraz ze wzrostem ciśnienia w komorze, dlatego w przypadku hiperbarycznej pracy superdupleksowej preferuje się zmechanizowane metody GTAW lub GMAW w porównaniu z techniką ręczną.

Szybkość chłodzenia jeziorka spawalniczego i tryb krzepnięcia zmieniają się wraz z ciśnieniem i składem gazu, wpływając na wytrącanie fazy wtórnej, a co za tym idzie, na wytrzymałość.

Spoiwa na bazie niklu-(zwykle typu AWS ERNiCrMo-3 / Inconel 625) są często stosowane do hiperbarycznych spoin dupleksowych, ponieważ są mniej wrażliwe na nadformowanie ferrytu niż pasujący wypełniacz duplex.

Które procesy spawania kwalifikują się do naprawy na sucho w trybie hiperbarycznym Super Duplex?

Zmechanizowane spawanie łukiem wolframowym w gazie (GTAW) i spawanie łukiem gazowym (GMAW), w tym warianty z rdzeniem topnikowym, to procesy o najsilniejszych wynikach kwalifikacji w zakresie suchej hiperbarycznej naprawy superduplex, a wytyczne klasyfikacyjne-społeczeństwa dopuszczają oba, podczas gdy inne procesy wymagają dodatkowej kwalifikacji przed użyciem.

Źródło: Wytyczne DNV dotyczące spawania pod wodą; Kodeks spawania podwodnego AWS D3.6M; opublikowali badania dotyczące spawania hiperbarycznego GMA/FCA stali nierdzewnej duplex.

Jakie normy regulują kwalifikację procedury spawania hiperbarycznego superduplex?

Każda morska naprawa hiperbaryczna rurociągów superdupleksowych powinna zostać zakwalifikowana zgodnie z normą AWS D3.6M dla klasy spawania podwodnego,-z odniesieniami do podstawowego standardu kwalifikacji procesu, takiego jak ASME sekcja IX lub ISO 15614, a w przypadku Morza Północnego i podobnie regulowanych obiektów, zgodnie z wymaganiami- towarzystwa klasyfikacyjnego i NORSOK, ponieważ żaden pojedynczy dokument nie obejmuje zarówno środowiska podwodnego, jak i metalurgii-spawania metali nieszlachetnych od początku do końca.

Źródło: AWS D3.6M:2017 Kodeks spawania podwodnego; Wytyczne DNV dotyczące spawania podwodnego; NORSOK M-601; Seria ISO 15614.

Zrozumienie klas spoin AWS D3.6M

• Wymagania jakościowe klasy A - porównywalne ze spawaniem wykonywanym w powietrzu; poziom zwykle określony dla napraw typu super duplex-z zachowaniem ciśnienia pierwotnego.
• Klasa B - do mniej krytycznych zastosowań, w których właściwości mogą zostać częściowo obniżone w porównaniu z-spoiną na powietrzu.
• Jakość klasy O - jest całkowicie regulowana innym wyznaczonym kodem lub specyfikacją klienta, połączoną ze specyficznymi-podwodnymi wymaganiami D3.6M.

W przypadku rurociągów typu super duplex, w których płynie płyn procesowy pod ciśnieniem projektowym, rozsądną wartością domyślną jest kwalifikacja klasy A; cokolwiek mniejsze przenosi ryzyko na operatora bez odpowiedniego ograniczenia w wyniku awarii.

W jaki sposób sprawdza się odporność na korozję po naprawie hiperbarycznej?

Weryfikacja po-pospawaniu w przypadku napraw hiperbarycznych typu superduplex powinna obejmować pomiar zawartości ferrytu w metalu spoiny i-strefie wpływu ciepła, a także test zanurzeniowy w chlorku żelazowym ASTM A923, metoda C, ponieważ sama akceptacja wizualna i radiograficzna nie jest w stanie wykryć tworzenia się fazy międzymetalicznej ani skośności ferrytu, które najczęściej pogarszają odporność korozyjną-spawanych ciśnieniowo połączeń duplex.

Typowa podstawa akceptacji:utrata masy ciała poniżej około 10 mg/dm²/dzień (mdd) w teście ASTM A923, metoda C, z dokładną wartością określoną w specyfikacji projektu i zawartością ferrytu utrzymywaną w zakresie zatwierdzonym podczas kwalifikacji procedury, ogólnie rzecz biorąc, celem jest zrównoważona struktura dwu-fazowa, a nie stan bogaty w ferryt-, który zwykle wytwarza niełagodzone ciśnienie hiperbaryczne.

Ponieważ naprawa nieudanego testu korozji po uderzeniu w siedlisko jest kosztowna, większość doświadczonych wykonawców przeprowadza testy kwalifikacyjne ASTM A923 na samym WPS, przy rzeczywistym ciśnieniu roboczym i mieszance gazów, przed cięciem rurociągu pod napięciem. To przenosi wykrywanie ryzyka korozji z miejsca naprawy do laboratorium kwalifikacyjnego, do którego należy.

Jaką metodę naprawy należy wybrać: siedlisko na sucho, lokalna ubytek czy spawanie na mokro?

Spawanie hiperbaryczne w suchym środowisku jest właściwym rozwiązaniem domyślnym w przypadku wszelkich napraw superduplex na pierwotnej granicy ciśnienia lub elemencie konstrukcyjnym-nośnym; miejscowe spawanie wnękowe jest akceptowalną opcją tylko w przypadku małych, geometrycznie dostępnych napraw; a ręczne spawanie na mokro powinno być zarezerwowane dla tymczasowej lub-niekrytycznej stabilizacji, ponieważ nie jest w stanie w sposób niezawodny odtworzyć mikrostruktury, która nadaje superdupleksowi właściwości korozyjne.

Źródło: Wytyczne DNV dotyczące spawania pod wodą; opublikował badania dotyczące podwodnego spawania miejscowego i hiperbarycznego stali nierdzewnej duplex.

Jakiej dokumentacji dotyczącej zamówień i kontroli jakości powinni wymagać kupujący od wykonawcy napraw hiperbarycznych na morzu?

Kupujący powinni wymagać pakietu WPS/PQR przeznaczonego do konkretnego zadania, dostosowanego do rzeczywistej głębokości naprawy i mieszanki gazów, aktualnej dokumentacji kwalifikacji spawacza AWS D3.6M-, raportów z testów ferrytu i ASTM A923 ze spoiny kwalifikacyjnej oraz pełnej identyfikowalności materiału rury macierzystej i metalu dodatkowego, ponieważ ogólne kwalifikacje w zakresie spawania hiperbarycznego nie stanowią dowodu na to, że wykonawca może zespawać rurociąg na tej głębokości zgodnie z tą normą korozyjną.

Kwalifikacje WPS/PQR w zakresie rzeczywistego ciśnienia w komorze,-mieszanki gazów oddechowych i procesu spawania (GTAW lub GMAW/FCAW).

Rekordy kwalifikacji spawacza- nurka aktualne zgodnie z AWS D3.6M dla określonej klasy spoiny.

Raporty dotyczące zawartości ferrytu i testów korozji ASTM A923, metoda C, wygenerowane na podstawie spoiny kwalifikacyjnej, a nie na podstawie niepowiązanych danych kuponowych.

Raporty z badań materiałów (MTR) zgodnie z EN 10204 3.1 lub 3.2 zarówno dla rury macierzystej, jak i metalu wypełniającego, potwierdzające gatunek i PREN.

Plan-nieniszczących badań (badania radiograficzne i/lub ultradźwiękowe) odpowiedni do ograniczeń dostępu do siedliska, określonych przed mobilizacją.

Często zadawane pytania

P: Czy do naprawy rurociągu Super Duplex 2507 pod wodą można użyć standardowego wypełniacza duplex 2205?

Odp.: Nie. Materiał wypełniający powinien odpowiadać zawartości stopu i PREN rury macierzystej lub przewyższać ją; użycie wypełniacza 2205 do naprawy 2507 lub S32760 powoduje utworzenie-odpornej na korozję szczeliny na spoinie, która zazwyczaj jest najmniej tolerowanym miejscem, w którym taka szczelina może występować.

P: Czy ciśnienie hiperbaryczne zawsze zwiększa zawartość ferrytu w stopiwie duplex?

Odp.: Badania pokazują, że zależność zależy od ciśnienia- i procesu-, a nie jest ściśle liniowa, ale nieskorygowane warunki hiperbaryczne zazwyczaj wykazują tendencję do nadmiaru ferrytu ze względu na zmniejszoną rozpuszczalność azotu, dlatego też gaz osłonowy i doprowadzone ciepło muszą zostać ponownie-dostosowane do każdego ciśnienia roboczego.

P: Czy spawanie na mokro jest kiedykolwiek dopuszczalne w przypadku rurociągów superduplex?

O: Tylko w celu tymczasowej lub-niekrytycznej stabilizacji. W przypadku każdej naprawy mającej na celu przywrócenie-korozyjnego-działania o krytycznym znaczeniu, odpowiednią normą jest spawanie hiperbaryczne na sucho spełniające wymagania AWS D3.6M klasa A.

P: Jaki test korozji należy określić dla hiperbarycznej spoiny naprawczej super duplex?

Odp.: ASTM A923 Metoda C, test zanurzeniowy w chlorku żelaza, jest standardową metodą wykrywania tworzenia się fazy międzymetalicznej w spoinach duplex i super duplex i powinna zostać przeprowadzona na spoinie kwalifikacyjnej przed rozpoczęciem spawania produkcyjnego.

P: Jaka jest różnica pomiędzy spoinami AWS D3.6M klasy A i klasy B?

Odp.: Spoiny klasy A spełniają standardy jakości porównywalne ze spawami wykonywanymi na powietrzu i nadają się do napraw-podtrzymujących pierwotne ciśnienie; Spoiny klasy B mają nieco obniżone właściwości i są zarezerwowane dla mniej krytycznych zastosowań.