Ko nozīmē titāna sakausējuma metināta tērauda caurule, un kāpēc titānu nevar tieši piemetināt pie tērauda?

Termins "titāna sakausējuma metināta tērauda caurule" ir izplatīts rūpniecisks nepareizs nosaukums. Tas neattiecas uz cauruli, kas izgatavota no viendabīga titāna un tērauda maisījuma. Tā vietā tā apraksta kompozītmateriālu struktūru, kurā oglekļa vai zema{2}}leģētā tērauda caurule nodrošina mehānisko izturību, lai izturētu spiedienu un slodzi. Turpretim titāna slānis iekšpusē nodrošina izcilu izturību pret koroziju. Šis dizains apvieno tērauda izmaksu efektivitāti un izturību ar nepārspējamo titāna izturību pret koroziju.

Ir divas šīs saliktās caurules galvenās formas:

Titāna -plaķēta tērauda caurule: izgatavota, kā izejmateriālu izmantojot sprādzienbīstamu vai ruļļ-saistītu titāna-tērauda plāksni. Pēc tam šo plāksni velmē un metina caurulē.

Titāna{0}}tērauda caurule ar oderējumu: plānas -sienu titāna caurule (čaula) tiek ievietota gatavā metinātā tērauda caurulē un tiek mehāniski savienota, izmantojot tādas metodes kā hidrauliskā izplešanās vai sprādzienbīstama formēšana.

Kāpēc tiešā metināšana nav iespējama:
Tas ir būtisks metalurģijas izaicinājums. Titānam un dzelzs (tērauda primārais elements) ir:

Zema šķīdība: izkausētā stāvoklī tie nav viegli sajaukti.

Trauslu starpmetālu veidošanās: augstā metināšanas temperatūrā titāns reaģē ar dzelzi, oglekli un citiem elementiem tēraudā, veidojot cietus, trauslus savienojumus, piemēram, FeTi, Fe₂Ti un TiC. Šiem savienojumiem nav elastības, veidojot metināšanas šuvi, kas pēc būtības ir saplaisājusi un sabojāsies minimālā spriedzē.

Diferenciālā termiskā izplešanās: ievērojamā termiskās izplešanās koeficientu atšķirība starp titānu un tēraudu rada milzīgus atlikušos spriegumus dzesēšanas laikā, vēl vairāk izplatot plaisas trauslā metinājuma zonā.

Tāpēc tiešā kausētā metināšana nav inženiertehnisks risinājums, tādēļ ir nepieciešami kompozītmateriāli vai oderēti risinājumi.

2. Ražošanas process: kādi ir galvenie posmi, lai ražotu titāna{1}}metinātās tērauda caurules, un kā tiek nodrošināta to kvalitāte?

Ar titāna{0}}plaķētu metinātu tērauda cauruļu ražošana ir precīzs process ar stingru kvalitātes kontroli. Galvenie soļi ir:

Izejmateriālu sagatavošana: process sākas ar sertificētu titāna -tērauda plāksni, parasti ar spiedtvertnes tērauda (piemēram, SA516 Gr.70) pamata slāni un komerciāli tīra titāna (Gr.1 vai Gr.2) apšuvuma slāni. Saites stiprībai saskarnē jāatbilst tādiem standartiem kā ASTM A264 vai ASME SA-263.

Plākšņu velmēšana: plaķētā plāksne tiek rūpīgi velmēta cilindriskā formā. Šim solim ir nepieciešama īpaša piesardzība, lai nesaskrāpētu titāna virsmu un, vēl svarīgāk, nesaskrāpētu pārklājuma saskarni.

Metināšana - Vissvarīgākais solis: tas ietver divas atšķirīgas, secīgas metināšanas darbības gareniskajā šuvē:

Strukturālā tērauda metināšana: Pirmkārt, tērauda pamatnes slānis tiek metināts, izmantojot standarta procesu, piemēram, zemūdens loka metināšanu (SAW). Šim metinājumam ir jāsasniedz pilnīga iespiešanās un augsta izturība, lai izturētu mehānisko slodzi.

Pret koroziju{0}}izturīga titāna metināšana (balstsloksnes metode): pēc tērauda metināšanas pabeigšanas titāna apšuvuma metināšana tiek veikta no iekšpuses. Visizplatītākā un uzticamākā metode ir atbalsta sloksnes metode. Iekšpusē ir novietota titāna sloksne, kas atbilst apšuvuma pakāpei, nosedzot spraugu. Pēc tam šī sloksne tiek piemetināta pie pamata titāna apšuvuma abās pusēs, izmantojot gāzes volframa loka metināšanu (GTAW/TIG) stingrā argona attīrīšanā. Tas rada nepārtrauktu, pret koroziju izturīgu-titāna barjeru, pilnībā izolējot tērauda konstrukciju no procesa šķidruma.

Pēc-metināšanas termiskā apstrāde (PWHT): PWHT var veikt, lai mazinātu spriegumu biezajā tērauda metinātajā šuvē. Tomēr temperatūra un laiks ir stingri jākontrolē, lai novērstu trausla difūzijas slāņa veidošanos titāna -tērauda saskarnē.

Nesagraujošā pārbaude (NDT): kvalitāti nodrošina stingra NDT:

Tērauda šuve: 100% radiogrāfiskā pārbaude (RT) vai ultraskaņas pārbaude (UT).

Titāna metināšana: 100% krāsu caurlaidības pārbaude (PT) vai vizuālā pārbaude (VT), lai pārbaudītu virsmas defektus.

Saites integritāte: Ultraskaņas pārbaude (UT) tiek veikta apšuvuma plāksnei un gatavajai caurulei, lai nodrošinātu, ka ražošanas laikā nav notikusi atslāņošanās.

3. Pielietojums un ekonomiskais pamatojums: Kurās nozarēs šīs caurules tiek izmantotas, un kāpēc izvēlēties šo dārgo kompozītmateriālu risinājumu, nevis cieto titānu?

Šīs caurules ir paredzētas augstvērtīgām, kritiskām-pakalpojumu nozarēm, kurās vide ir pārāk agresīva nerūsējošajam tēraudam vai citiem sakausējumiem, taču cieto titāna cauruļu izmaksas ir pārmērīgas.

Ķīmiskā, naftas ķīmijas un farmācijas rūpniecība: izmanto reaktoros, siltummaiņos un pārvades līnijās, kas apstrādā īpaši kodīgas vielas, piemēram, hlorīdus, mitru hloru, etiķskābi un skudrskābi. Kompozītmateriāla konstrukcija ļauj darboties augstā spiedienā un temperatūrā, kur cietais titāns var nebūt mehāniski iespējams vai rentabls.

Nafta un gāze (augšup un lejup): dziļjūras{0}}piejūras lietojumos caurules var transportēt ražošanas šķidrumus, kas satur CO₂, H₂S, hlorīdus un sālījumu. Kompozītmateriāla caurule ir pakļauta iekšējai korozijai, vienlaikus izturot augstu ārējo spiedienu. Tos izmanto arī rafinēšanas procesos, kuros iesaistīti kodīgi katalizatori.

Dūmgāzu desulfurizācijas (FGD) sistēmas: spēkstacijās skruberu zonas un cauruļvadi, kuros tiek apstrādāti karstie, skābie dūmgāzu kondensāti, ir ļoti kodīgi. Sekcijas ar titāna{1}}oderējumu nodrošina izcilu kalpošanas laiku šajā vidē.

Jūras un piekrastes inženierija: izmanto jūras -ūdens-dzesējamiem siltummaiņiem un kritiskām cauruļvadu sistēmām uz kuģiem un platformām, kur vissvarīgākā ir izturība pret punktveida un plaisu koroziju.

Ekonomiskais pamatojums:
Lai gan sākotnējās izmaksas par titāna{0}}apvalku ir ievērojami augstākas nekā nerūsējošā tērauda caurulēm, tās bieži ir par 60-80% lētākas nekā cieta titāna caurule ar tādu pašu spiedienu. Lēmums ir balstīts uz dzīves cikla izmaksām (LCC). Saliktais risinājums piedāvā:

Mazāki kapitāla izdevumi (CAPEX) nekā cietajam titānam.

Izcils kalpošanas laiks un uzticamība salīdzinājumā ar nerūsējošo tēraudu, novēršot dārgas neplānotas izslēgšanas, nomaiņas un ražošanas zudumus.

Samazināti uzturēšanas izdevumi (OPEX).

Tas ir optimāls tehniskais un ekonomiskais kompromiss smagos ekspluatācijas apstākļos.

4. Projektēšanas un izgatavošanas izaicinājumi: kādi ir galvenie inženiertehniskie apsvērumi, projektējot sistēmu ar titāna{1}}pārklātām caurulēm?

Projektēšanai un izgatavošanai ar šīm caurulēm ir nepieciešamas īpašas zināšanas, lai izvairītos no katastrofālas atteices.

Savienojuma dizains: pāreja no titāna-uz-tēraudu.
Vissvarīgākā detaļa ir vieta, kur titāna{0}}apklātā caurule savienojas ar cietu tērauda cauruli vai trauku. Titāna slānim jābūt pareizi noslēgtam. Standarta metode ir "atkāpties-" apšuvumā. Titāna slānis tiek pārtraukts pirms tērauda pamatnes slāņa, un atklātajai tērauda pārejas zonai tiek uzklāts korozijizturīgs metinājuma pārklājums (CROL). Tas rada drošu, pakāpenisku pāreju no korozīvas vides uz konstrukcijas tēraudu.

Izgatavošana un{0}}pielāgošana:
Titāna virsma ir jāaizsargā no piesārņojuma apstrādes, griešanas un metināšanas laikā. Saskare ar dzelzs daļiņām no instrumentiem (slīpmašīnām, stiepļu birstēm) var izraisīt lokālu koroziju. Visiem darbiem ar titāna pusi ir jāizmanto īpaši, tīri instrumenti.

Metināšanas procedūras specifikācijas (WPS):
Tērauda konstrukcijas metinājumam un titāna apšuvuma šuvei ir nepieciešama atsevišķa un kvalificēta WPS. Titāna WPS ir jānorāda augstas -tīrības pakāpes argona attīrīšana (gan iekšpusē, gan ārpus tās), lai novērstu skābekļa un slāpekļa piesārņojumu, kas trauslu titāna šuvi.

Termiskās izplešanās vadība:
Sistēmas projektēšanā ir jāņem vērā dažādie titāna un tērauda termiskās izplešanās koeficienti, jo īpaši cikliskās temperatūras pakalpojumos, lai izvairītos no savienojuma saskarnes vai metinājuma šuvju pārslodzes.

5. Pārbaudes, testēšanas un atteices režīmi: kā tiek pārbaudīta šo cauruļu integritāte un kādi ir to biežākie atteices režīmi?

Integritātes pārbaude ir daudzpakāpju{0}}process, un to novēršanas atslēga ir izpratne par iespējamām kļūmēm.

Pārbaudes un testēšanas režīms:

Ražošanas laikā: kā aprakstīts Q2, tas ietver plaķētās saites UT, tērauda metinājuma šuves RT un titāna metinājuma šuves PT.

Pēdējais hidrostatiskais tests: pabeigtajā caurulē tiek radīts spiediens ar ūdeni līdz 1,5 reizes lielākam par paredzēto spiedienu. Tas pārbauda tērauda spiediena robežas integritāti, bet parasti nenoslogo titāna starpliku.

-Pakalpojuma pārbaudē:

Vizuāla pārbaude/PT: regulāra iekšējā pārbaude, vai titāna slānī nav bojājumu, erozijas vai plaisu pazīmes.

Ultraskaņas pārbaude (UT): izmanto, lai uzraudzītu titāna starplikas biezumu attiecībā uz vispārēju koroziju un pārbaudītu, vai saskarnē nav atslāņošanās.

Bieži sastopamie atteices režīmi:

Titāna starplikas sabrukšana (izliekšanās): tas var notikt, ja gredzenveida telpa starp starpliku un pamatcauruli nav pilnībā iztukšota vai ja sistēma tiek pakļauta straujām ārējā spiediena izmaiņām (piemēram, tvaika izvadīšanas laikā). Plānā titāna starplika var eksplodēt.

Atslāņošanās: Slikta izgatavošana, pārmērīga termiskā cikla maiņa vai mehāniska ietekme var izraisīt titāna slāņa atdalīšanu no tērauda pamatnes, radot plaisu. Šī plaisa var izraisīt lokālu pārkaršanu un struktūras integritātes zudumu.

Pārejas savienojuma kļūme: titāna{0}}uz-tērauda pārejas savienojuma nepareiza konstrukcija vai izpilde ir klasisks bojājuma punkts, kas izraisa atklātā tērauda ātru koroziju.

Titāna metinātās šuves defekti. Nepietiekama gāzes attīrīšana titāna metināšanas laikā izraisa metinājuma trauslumu un plaisāšanu, ļaujot korozīviem šķidrumiem uzbrukt apakšā esošajai tērauda metinājumam, izraisot caurejošās-sienas bojājumu.