REPARATURNO ZAVARIVANJE HP40-NB REPAIR WELDING...

MIZ IIW

ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (2/2008), str. 73-84 73

J. Vekeman, M. De Waele Prevod: Milica Antić

Doc. IX-2266-08

REPARATURNO ZAVARIVANJE HP40-NB

REPAIR WELDING OF HP40-NB J. Vekeman, M. De Waele Belgian Welding Institute, St.-Pietersnieuwstraat 41, 9000 Gent, [email protected] Ključne reči: Reparaturno zavarivanje, vatrootporne legure, HP40-Nb, preostali vek.

Keywords: Repair welding, heat resistant alloy, HP40-Nb, residual life.

Izvod

Kada je potrebno reparirati liveni materijal poput HP40-Nb, to podrazumeva mnoštvo pokušaja i grešaka. Zavisno od izvora, predviđen je i primenjen veliki broj različitih strategija raparaturnog zavarivanja. U ovom istraživačkom projektu Belgijski institut za zavarivanje je želeo da sačini naučnu osnovu za potrebu reparaturnog zavarivanja. Napravljena je procena mehaničkih osobina na sobnoj i radnoj temperaturi. Formulisane su preporuke za sigurnu i bezbednu reparaturu zavarenih spojeva u budućnosti.

Abstract

A lot of trial and error is involved when it comes to repair welding of service exposed cast material like HP40-Nb. Depending on the source a lot of different weld repair strategies are proposed and applied. With this research project, the Belgian Welding Institute wanted to make a scientific bench mark when weld repair is needed. An assessment of the mechanical properties at room and service temperature is made. Recommendations are formulated to make safe and reliable repair welds in the future.

UVOD

Peći za krekovanje parom, pirolitičkom konverzijom napajajuće mešavine ugljovodonika i pare, daju kao proizvod etilen i prateće proizvode. Napajanje se odvija na niskom pritidsku (0,2 do 0,5 MPa) i temperaturama procesa od 788-843°C [1]. Radijacioni delovi nekih od ovih peći za krekovanje, rade na krajnjim temperaturama metalnih cevi do 1150°C (izlazne cevi). Ovo je praktično gornja granica za većinu obradivih vatrootpornih legura. Tokom rada, nagomilani slojevi koksa se sagorevaju tokom operacije dekoksacije u intervalima 20 do 50 dana [1]. Rezultat toga je, da je krekovanje parom stvara jedno od najagresivnijih okruženja kojima legure mogu biti izložene, tako da cevne „zmije“ bivaju oštećene. To ima posledice vezane za zavarljivost legure. Mehanizmi koji su pogubni za zavarljivost centrifugalno livenih cevi izloženih ovakvim radnim uslovima su:

- oksidacija - starenje - naugljeničenje (karburizacija) - nitriranje

Oksidacija

Gasovi u peći ili procesni gasovi mogu da uzrokuju stvaranje debele oksidne skrame po površini. Oksidni filmovi interferiraju pri zavarivanju smanjujući kvašenje osnovnog materijala i rastopljene zavarivačke kupke. Ukoliko uklanjanje oksida nije potpuno, oni mogu da doprinesu nedovoljnom uvarivanju, greškama tipa poroznosti i uključaka troske i da značajno pogoršaju kvalitet šava. Kada se zapazi lokalna oksidacija, sa oštećene površine se mora kompletno ukloniti oksid pre reparature.

Starenje

U livenom stanju postoji mreža primarnih karbida duž granica zrna u dendritnoj osnovi. Pri radu na visokim temperaturama, u interdendritnom prostoru raspoređuju se fini sekundarni karbidi, dok se primarni karbidi rastvaraju. Tokom starenja, zapaža se lamelarni izgled i rast karbida. Ovaj proces se naziva starenje. Starenje materijala rezultuje u gubitku žilavosti na sobnoj temperaturi kod visokougljeničnih odlivaka.

IIW MIZ

74 ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (2/2008), str. 73-84

Slika 1: Mikrostruktura starenja blizu unutrašnje površine

Figure 1: Aged microstructure near inner surface

Naugljeničenje

Karburizacija (naugljeničenje) znači obogaćivanje ugljenikom i stvaranje karbida po unutrašnjem prečniku radijacione cevi (strana gasnog procesa). Metal postaje naugljenisan u kontaktu sa koksom ili pri protoku procesne mešavine.

Porast sadržaja ugljenika povećava zapreminu metala rezultujući unutrašnjim naponima zbog razlike između koeficijenata širenja osnove i naugljeničenog sloja. Bilo kakvo nepoželjno povećanje sadržaja ugljenika u osnovnom materijalu, umanjuje zavarljivost ovih čelika. Na materijalu se pojavljuju prsline pri uspostavljanju električnog luka ili pri toploti iz gorionika. U naugljeničenoj zoni, krupniji karbidi M23C6 će se transformisati u M7C3 koji se javljaju kao male tačke u karbidima. Žilavost na sobnoj temperaturi se nadalje smanjuje i postaje vrlo mala.

Slika 2: Transformacija karbida Figure 2: Transformation of carbides

Slika 3: Dubina naugljeničenja Figure 3: Carburization depth

Difuzija ugljenika u vatrootpornim čelicima može se uočiti pri metalografskom ispitivanju kao prednji talas koji je koncentrično raspoređen po unutrašnjoj površini. Ova linija se koristi kao referentna za dubinu naugljeničenja.

Tokom naugljenisavanja, stvara se značajna količina metalnih karbida tako da austenit osiromašuje na hromu. Matrica u zoni naugljeničenja je obogaćena niklom i legurom nikl-železo, tako da postaje feromagnetična, dok je neoštećena matrica koja se nalazi prema spoljašnjoj površini zida, još uvek nemagnetična. Magnetna kontrola ručnim magnetom se može koristiti za lociranje naugljeničenih zona. Neke kompanije nude merače naugljeničenja zasnovane na magnetnim principima (permeabilnost, vrtložne struje itd.)

Nitriranje

Iznad 1100 °C javlja se nitriranje, koje se uglavnom javlja po spoljašnjem prečniku radijacione cevi (strana protoka gasa). Azot penetrira kroz oksidni film i reaguje sa hromom ili drugim jakim nitridotvorcima kao što je aluminijum, uzrokujući taloženje nitrida.

Promene osobina materijala usled karburizacije i nitriranja su vrlo slične. U oba slučaja nastaju unutrašnje krte čestice, a matrica više ili manje osiromašuje na hromu.

IIW MIZ


Slika 4: Al-nitridi blizu spoljašnje površine Figure 4: Al-nitrides near outer surface

Zbirni prikaz

Nedostatak zavarljivosti uzrokovan je malom duktilnošću visokougljeničnih odlivaka posle izlaganja visokim temperaturama, usled stvaranja krtih karbida i/ili nitrida. Ovo će kao rezultat dati prsline u zoni uticaja toplote usled napona skupljanja i (velikih) ukrućenja kojima su izloženi tokom zavarivanja.

REPARATURA ZAVARENOG SPOJA - OPŠTA PRAKSA

Kada je potrebno reparirati liveni materijal, to podrazumeva mnoštvo pokušaja i grešaka zavisno od izvora [2-5], moguć je i primenjuje se veliki broj različitih strategija reparaturnog zavarivanja.

Generalno za izmenu zavarljivosti se koriste četiri metode:

- rastvarajuće žarenje pre zavarivanja;

- puterovanje (oblaganje stranica);

- sačmarenje;

- visoka temperatura predgrevanja tokom reparaturnog zavarivanja.

Rastvarajuće žarenje

Za ostareli HP materijal kod kojeg je krtost uzrokovana stvaranjem sekundarnih karbida, originalna duktilnost se može povratiti termičkom obradom - visokotemperaturnim rastvarajućim žarenjem na 1050°C u tarajanju od dva sata [3]. Takvom termičkom obradom se razlažu sekundarni karbidi. Posle termičke obrade, deo se može zavarivati na sobnoj temperaturi. Karburizacija i nitriranje su metalurški nepovratni procesi tako da se tvrde čestice ne mogu rastvoriti termičkom obradom.

Puterovanje

Puterovanje ivica žleba na nisko duktilnom odlivku smanjuje mogućnost nastanka prslina u zoni uticaja toplote, posebno ako se koristi dodatni materijal na bazi nikla. Metal šava ima veću duktilnost i nanosi se pod minimalnim uslovima ukrućenja. Posle puterovanja, žleb se ponovo mašinski obrađuje. Puterovani sloj šava ima bolju moć absorbovanja deformacije pri očvršćavanju sučeonog zavarenog spoja. Zatvoreni slojevi (zatvorene konture) se ne smeju nanositi na osnovni materijal i oni treba da budu izvedeni na puterovanom sloju. Puterovanje se može uraditi na sobnoj ili visokoj temperaturi i praćeno je zavarivanjem na sobnoj temperaturi.

IIW MIZ


Sačmarenje

Rastvarajuće žarenje i puterovanje se ponekad primenjuju u kombinaciji sa sačmarenjem. Ova mehanička obrada može da pomogne u slučaju postojanja krupnog zrna. A to je posebno izraženo u slučaju statičkih livenih fitinga. Sačmarenje se može primeniti na žlebovima i susednim površinama radi smanjenja veličine zrna (rekristalizacija). Takođe može biti i značajna pomoć u smanjenju zaostalih napona. Kada se izvodi, onda to mora biti posle svakog zavara, dok je zavar još vruć. Samo se zavari ispune mogu sačmariti, nikako koreni zavari. Glavni problem pri sačmarenju je to, što je teško definisati količinu sačmarenja. Uputstvo za adekvatnu silu koja je potrebna da se saopšti svakom zavaru šava, je izgled kao nakon peskiranja [3].

Zavarivanje na visokim temperaturama

Poslednja metoda povećanja duktilnosti je zavarivanje na višim temperaturama, koje takođe smanjuje napone tokom zavarivanja, smanjenjem termičkih šokova uzrokovanih zavarivanjem.Ova metoda je razvijena u okviru projekta za reparaturno zavarivanje HP40-Nb (GX40NiCrSiNb35-25) cevi. Ispitivanje zatezanjem na povišenim temperaturama, slika 5, je potvrdilo da je potrebno predgrevanje iznad 600°C za povraćaj duktilnosti u cilju obezbeđenja izbegavanja prslina pri reparaturnom zavarivanju [6].

Slika 5: Povećanje duktilnosti posle starenja [6] Figure 5: Increase in ductility after ageing [6]

Karakterizacija osnovnog materijala

HP-legure (25%Cr,35%Ni) su potpuno austenitne i zamenile su u mnogim primenama cevi kod peći u petrohemijskoj industriji materijal HK (25%,20%Ni) zbog veće granice puzanja i bolje otpornosti na naugljeničenje. Zbog veće čvrstoće, debljina zida cevi od HP-Nb može biti manja i termički naponi smanjeni što pomaže povećanju trajanja cevi.

HP-legure sadrže između 0,3-0,5% ugljenika koji stvara karbide koji sprečavaju deformaciju metala (puzanje) na povišenim temperaturama, tabela 1. Granica puzanja zavisi od raspodele finih, jakih i stabilnih karbida. Na žalost, uvek postoji tendencija čestica da ogrubljuju tokom rada na povišenim temperaturama. Tako postoji potreba da se stabilizuje fina disperznost karbida. Ovo je postignuto modifikacijom sastava HP dodavanjem karbido - stabilizujućih elemenata kao što su molibden, volfram ili niobijum i mikrolegiranjem sa titanom i cirkonijumom, a radi povećanja granice puzanja na visokim temperaturama. U okviru ovog projekta, ispitivane su cevi HP40-Nb, koje su bile eksploatisane u radijacionom delu peći za krekovanje.

Cevi peći od visokougljeničnog austenitnog čeličnog liva imaju relativno malu duktilnost kada su nove. Minimalni zahtev od 8% izduženja za leguru HP40-Nb je retko prekoračen za više od nekoliko procenata. Posle izlaganja radnim uslovima, duktilnost drastično opada do vrednosti ispod 4% usled starenja.

MIZ IIW


Kada se cevi naugljenišu, duktilnost se dodatno smanjuje. Metalografsko ispitivanje cevi označene sa XT pokazuje samo lokalno naugljeničenje ograničene dubine, mada je spoljašnja površina zida potpuno magnetična, tabela 2. Na pod-površinama na spoljašnjem prečniku nisu uočeni znaci nastanka nitrida.

Tabela 1: Hemijski sastav ispitivanih cevi u poređenju sa zahtevima prema EN 10295

Table 1: Chemical composition of the delivered tubes compared with the requirements according EN 10295.

Cev br. C Si Mn Cr Mo Ni Nb Ti

Min. 0,30 1,00 - 24,0 - 33,0 0,80 -

Max. 0,50 2,50 2,00 27,0 0,50 36,0 1,80 -

X1(X21) 0,35 1,77 0,98 23,3 0,22 34,6 1,09 0,12

XT 0,60 1,70 1,23 24,8 0,15 33,2 1,00 0,008

XB 0,39 1,53 1,23 23,8 0,03 33,7 0,96 0,13

Magnetičnost se može objasniti prisustvom debelog sloja oksida na spoljašnjoj površini. Cev oznake XB je bila veoma naugljeničena sa dubinom od preko 50% debljine zida. Mora se zapaziti da naugljeničeni metal nije značajnije doprineo čvrstoći cevi. Cevi X1 i X2 nisu bile naugljeničene.

Tabela 2: Oštećenje i mehaničke osobine dostavljenih cevi

Table 2: Damage and mechanical properties of the delivered tubes

Cev br. Nivo oštećenja Rm

(MPa)

A5

(%)

KV 50/5

(J)

Neoštećeni materijasl prema EN 10295 Min 440 Min 8 -

X1 633

588

2,9

3,0 1,8/1,6/1,8

X2

Bez naugljeničenja 625

585

3,9

3,6 2,0/2,4/2,0

XT Lokalno naugljeničenje

Debeli oksidni sloj

430

429

0,9

1,5 1,6/1,7/1,8

XB Veoma naugljeničen Lom na glavi vijka 1,6/2,4/2,5

REPARIRANI ZAVARENI SPOJEVI - CEV SA CEVI

Postupci zavarivanja

Primenjeni postupci zavarivanja su TIG i REL uz istorodni dodatni materijal, tabela 3.

Urađena su dva zavarena spoja na svakoj cevi, a sve cevi su zavarivane u PC položaju da bi imale spoj koji odgovara uobičajenoj praksi sa sličnim osobinama po celom spoju. Korišćen je V žleb sa uglom od 35°± 5°.

Spojevi za TIG postupak su predgrevani na 300°C gasnim gorionikom. Spojevi zavarivani REL postupkom su predgrevani minimalno na 600°C, grejačima. Mada je to praksa nekih konstruktora, TIG zavarivanje sa ovako visokim predgrevanjem se ne sprovodi. Nedostatak za REL postupak je to što se troska iz unutrašnjosti ne može ukloniti i mora se uklanjati između slojeva i što je ograničena pristupačnost tokom zavarivanja. Preporučuje se malo predgrevanje. Parametri zavarivanja su zbirno prikazani u tabeli 4.

IIW MIZ


Tabela 3: Hemijski sastav UTP dodatnih materijala prema kataloškim podacima

Table 3: Chemical composition UTP filler metals according datasheets

C Si Mn Cr Ni Nb Ti Zr Fe

TIG- UTPA2535Nb Φ 2,4 mm

0,4 1,0 1,7 25,5 35,5 1,2 + + ostatak

REL- UTP2535Nb Φ 2,5 mm

0,4 1,0 1,5 25 35 1,2 0,1 - ostatak

Tabela 4: Parametri zavarivanja

Table 4: Welding parameters

Cev br. Dimenzije Slojevi Jačina struje

(A) Napon

(V) Količina unete toplote

(kJ/cm)

TIG- predgrevanje na 300°C

1 96-103 11,9-12,2 14,6-14,7 X 2 Φ 118 x 8 mm Do 4 98-133 12,4-13,1 10,0-13,8

REL- uz predgrevanje na 600°C

1 42,0-42,3 22,8-23,2 - X 2 Φ 118 x 8 mm Do 5-6 46,1-53,1 21,8-22,7 4,0-6,6

1 40,0-51,0 21,0-23,0 - X T Φ 118 x 10 mm Do 6 56,0-73,0 21,0-25,0 -

1 35,0-50,0 21,0-24,0 - X B Φ 114 x 7 mm Do 3 55,0-57,0 21,0-24,0 5,0-7,5

ISPITIVANJE BEZ RAZARANJA

Vizuelnim, radiografskim i penetrantskim ispitivanjem reparaturno zavarenih cevi nisu uočene tople prsline u metalu šava, niti prsline u zoni uticaja toplote. Zapažene su samo minorne prsline blizu zavarenog spoja na mestima uspostavljanja luka.

Slika 6: Makro/mikro izgled sučeonog spoja na cevi X2

Figure 6: Macro/micro of girth weld in Tube No. X2

IIW MIZ


Makroskopsko i mikroskopsko ispitivanje

Nisu zapaženi defekti usled zavarivanja na spojevima cevi X1 i X2 koje nisu naugljeničene kao i na lokalno naugljeničenoj cevi XT gde su oba šava u zonama bez naugljeničenja.

Makrografski pregled jako naugljeničene cevi XB pokazuje da dubina naugljeničenja cevi (označena belom strelicom), može biti vrlo lokalna što je uzrokovano lokalnim lomom zaštitnog oksidnog sloja na unutrašnjoj strani cevi. Na makro uzorku br. 1 nisu uočene greške zavarivanja.

Slika 7: Makrosnimak br.1 na sučeonom spoju cevi XB

Figure 7: Macro No.1 of girth weld in tube XB

Na drugom makroizbrusku nađena je akumulacija ugljenika u metalu šava, zavisno od mešanja sa naugljeničenim osnovnim materijalom (leva strana). Sa druge strane, osnovni materijal je bio potpuno naugljenisan i uočena je poroznost usled puzanja u zoni uticaja toplote (desna strana), koja je izmenjena usled delovanja električnog luka tokom zavarivanja. Mora se naglasiti da je cev XB deo cevi iz eksploatacije na kojoj su se pojavile prsline. Ovo odgovara literaturnim podacima, da oštećenje usled puzanja noramlno počinje na unutrašnjoj trećini preseka debljine zida, gde su kombinovani termički i pritisni naponi najveći [7, 8].

Slika 8: Makrosnimak br.2 sa sučeonog spoja na cevi XB


Slika 9: Šupljine usled puzanja u zoni uticaja toplote


IIW MIZ


Slika 10: Razvoj oštećenja usled puzanja u cevi [7] Figure 10: Creep damage development in tube [7]

Posle zavarivanja uz visokotemperaturno predgrevanje na 600°C nije ustanovljeno prisustvo sigma faze. Ovo je u saglasnosti sa literaturnim podacima, t.j. da se HP40-Nb ne oštećuje usled nastanka sigma faze [9, 10]. Sigma faza je intermetalna, krta FeCr-faza koja nastaje u austenitnim Cr-Ni-Fe čelicima između 450-850°C. Takođe može da sadrži Ni, Mo, Mn i Si. Ako se i javlja u austenitnim Cr-Ni-Fe čelicima, sigma faza će se stvoriti samo posle dugotrajnog izlaganja u području osetljivih temperatura. U austenitnom metalu šava koji sadrži ferit, sigma faza će lakše nastajati. Ovo nije slučaj za istorodni UTP dodatni materijal, koji ostaje potpuno austenitan posle zavarivanja.

Mehaničke osobine na sobnoj temperaturi

Epruvete za zatezanje i savijanje sa ranije određenim izduženjem 8%, pucaju izvan metala šava. Udarna žilavost u metalu šava je vrlo mala, ali je veća nego kod materijala koji je bio u eksploataciji, tabela 5. Tako se može zaključiti da je reparatura uspešna sa aspekta osobina na sobnoj temperaturi.

Tabela 5: Mehaničke osobine na sobnoj temperaturi Table 5: Mechanical properties at RT

Cev br. Rm (MPa) Mesto loma KV 50/5

(J)

X1 454 411

OM OM

MŠ: 6,8/6,0/6,2 ZUT: 2,4/2,8/2,8

X2 456 518

OM OM

MŠ: 4,8/4,2/5,4 ZUT: 3,4/2,6/2,4

XT 280 265

OM OM

MŠ: 6,2/6,9/5,8 LS: 2,8/4,2/2,8 ZUT: 1,0/1,2/1,2

XB 354 314

OM ZUT

MŠ: 3,8/4,8/6,0 LS: 1,8/1,6/2,2 ZUT: 1,6/2,2/1,2

Mehaničke osobine na visokim temperaturama

Sprovedena su ispitivanja neosnim naprezanjem do loma osnovnog materijala i zavarenih spojeva koji su bili izloženi radnim uslovima, na temperaturama između 950-1050°C uz različite nivoe napona i to: 15, 30, 45 MPa. Urađene su epruvete poprečno na zavareni spoj. Iz ovog ispitivanja se mogu izvesti sledeći zaključci:

- Zavareni spojevi će pokazivati nižu granicu puzanja u odnosu na osnovni materijal koji je bio izložen radnim uslovima i to pri manjim naponima od očekivanih u eksploataciji, slika 11.

- Spojevi izvedeni TIG postupkom imaju značajno bolje osobine prema lomnom naprezanju nego oni izvedeni REL postupkom.

- Lom je zapažen u ZUT sa sekundarnim prslinama na suprotnoj strani u odnosu na metal šava sa TIG postupkom zavarivanja. Za spojeve zavarene REL postupkom, lom je bio lociran u slabijem metalu šava, slike 12 i 13.

IIW MIZ


Slika 11: Granica puzanja dodatnih materijala

Figure 11: Creep strength of filler metals

Slika 12: Lom i sekundarne prsline u ZUT

Figure 12: Rupture and secondary cracks in HAZ Slika 13: Lom u metalu šava

Figure 13: Rupture in weld metal

REPARIRANI SPOJEVI IZLOŽENI EKSPLOATACIJI, SPOJ CEV - FITING

Imajući u vidu da odlivci ponekad imaju velika zrna nastala tokom procesa livenja i time rizik od nastanka prslina, ne preporučuje se direktno zavarivanje za ostareli odliveni fiting. Poželjno je izbeći deo stare cevi najmanje 100 mm i onda zavarivati fiting. Egzaktna dužina nije važna ali zavisi od stanja cevi i pristupačnosti. Takođe treba obratiti pažnju na to da li je cev previše deformisana ili ovalna jer to može da pravi probleme pri centriranju. Ako to nije moguće, predgrevanje iznad 600°C može biti rešenje.

Visokotemperaturno zavarivanje se može uspešno primeniti kod peći za proizvodnju etilena, kod zavarivanja cevi HP-Mo i livenih fitinga, oba sa velikim zrnima. Korišćeni dodatni materijal je legura HP, modifikovana Nb. Posle uklanjanja, nisu ustanovljena oštećenja i reparirani spojevi još uvek imaju prihvatljivu čvrstoću na sobnoj i visokim temperaturama.

Tabela 6: Hemijski sastav fitinga

Table 6: Chemical composition of the fitting

C Si Mn Cr Mo Ni Nb Ti

0,41 1,59 1,31 23,2 1,13 35,2 - 0,028

IIW MIZ


Tabela 7: Mehaničke osobine spoja cev-fitng

Table 7: Mechanical properties of the joint tube to fitting

Temp. (°C)

Rm (MPa) Mesto loma Temp.

(°C) Rm

(MPa) Mesto loma

sobna 421 Van metala šava 800 234 Van metala šava

Slika 14: Reparirani zavareni spojevi izloženi eksploataciji- spoj cev-fiting

Figure 14: Service exposed repair welds - tube to fitting

Slika 15: Čvrstoća pri ispitivanju puzanja dodatnih materijala

Figure 15: Stress-rupture strength filler metals

PREOSTALI VEK TRAJANJA REPARIRANIH SPOJEVA

Za reparaturu centrifugalno livenih cevi, poželjniji je istorodni dodatni materijal u odnosu na materijal na bazi Ni zbog manje granice puzanja.

Radni parametri (temperatura, napon) i strategija zamene namotanih cevi (prekidi, fiksirano starenje) određuju koji se dodatni materijal na bazi nikla može uspešno primenjivati. Najbolja alternativa je korišćenje istorodnog dodatnog materijala u radijacionom delu peći za krekovanje što može da bude legura 617 (EniCrCoMo-1) razvijena za primene

IIW MIZ


do 1000°C. Ona ima najveću granicu puzanja i otpornost na naugljeničenje među legurama na bazi nikla. U okviru ovog projekta, nije korišćen taj dodatni materijal. Druge legure na bazi nikla ENiCrFe-2 ili bolje ENiCrMo-3, mogu biti alternativa na nižim opsezima temperatura, ali pri višim temperaturama metala pri zameni cevi (delova) ili, kod namotanih cevi je potrebno uzeti u obzir manju granicu puzanja ovih zavarenih spojeva.

S obzirom da je lomna čvrstoća zavarenih spojeva manja nego kod odlivka, zavareni spojevi moraju biti locirani u oblastima manjih napona i van ivica zareza.

Korišćenje dodanog materijala na bazi nikla takođe povećava napone pri reparatrurnom zavarivanju zbog:

- Razlike u koeficijentima termičkog širenja;

- Defekata zavarivanja (nedostatk uvarivanja i dr.)

Pri temperaturi predgrevanja 600°C, zavarivačka kupka od dodatnog materijala na bazi nikla je tvrđa zbog malog viskoziteta dodatnog materijala.

Potrebno je naglasiti da ubrzano ispitivanje puzanja materijala van eksploatacije nije namenjeno za određivanje preostalog veka namotanih cevi za pirolizu, zato što se relevantni mehanizmi loma ne mogu uzeti u obuzir pri jednostavnom ispitivanju puzanja. Za radijacione cevi [11] dva glavna mehanizma loma su u kombinovanom dejstvu naugljeničenja i gubljenju duktilnosti usled puzanja i krtog loma tokom kvara peći.

Prvi mehanizam kao rezultat ima izbočavanje, savijanje, ovalnost cevi i kratke podužne prsline. Drugi mehanizam rezultuje u dugačkim podužnim prslinama koje se završavaju u obliku viljuške.

Slika 16: Zavarivanje u PC položaju uz predgrevanje na 600°C. Mali viskozitet dodatnog materijala tipa 625

Figure 16: Welding in PC position at 600°C preheat. Low viscocity of Type 625 filler metal

Slika 17: Defekti zavarivanja (dodatni materijali na bazi Ni)

Figure 17: Welding defects (Ni base filler metals)

Cevi sa prslinama su oštećene posle reparature. Velika deformacija usled puzanja, koja uzrokuje probleme pri centriranju može da učini reparaturno zavarivanje nemogućim, tako da se više ne preporučuje. Potpuno naugljenisane cevi mogu da se eksploatišu još 1-2 godine (ako se ne javlja kvar peći) [11]. Reparaturno zavarivanje se ne preporučuje kada dubina naugljeničenja prelazi 50% debljine zida ili kada je nivo ugljenika po unutrašnjem prečniku cevi iznad 1,5% [4].

IIW MIZ


ZAKLJUČCI

Reparaturno zavarivanje ostarelog, livenog materijala HP40-Nb može često da produži godine eksploatacije, ukoliko se poštuju odgovarajuće procedure. Razvijene su dve procedure za visokotemperaturno reparaturno zavarivanje ostarelog materijala HP40-Nb:

- Nenaugljeničene cevi od HP40-Nb se mogu reparirati TIG postupkom uz predgrevanje na 300°C. TIG postupak zahteva gasnu podlošku, ali je pogodniji od REL postupka jer obezbeđuje veću granicu puzanja, bez troske je i omogućava dobru pristupačnost tokom zavarivanja.

- Za naugljeničene HP40-Nb cevi, neophodno je predgrevanje od 600°C uz REL postupak, zbog preraspodele duktilnosti u cilju reparaturnog zavarivanja bez prslina.

Za utvrđivanje mesta naugljeničenja može da posluži ručni magnet. Kada matrica postane feromagnetična, mada to ne znači uvek da je matrica naugljenisana, problemi u zavarivanju postoje, tako da se mora primeniti predgrevanje iznad 600°C. Predgrevanje iznad 600°C se takođe preporučuje za reparaturno zavarivanje debelih statičkih odlivaka kod kojih je krupnozrna struktura. U drugim slučajevima je moguća reparatura korišćenjem TIG postupka zavarivanja. U odnosu na preostali vek trajanja repariranih cevi, preporučuje se istorodni dodatni materijal, pre nego materijal na bazi nikla.

Reparaturno zavarivanje sa visokim temperaturama predgrevanja mogu da izvode isključivo iskusni zavarivači.

Zahvalnost

Autori se zahvaljuju IWT-u na finansijskoj podršci ovom kolektivnom istraživačkom projektu. Takođe velika zahvalnost i industriskim partnerima: TOTAL, BASF, ROB, SOUDAKAY (UTP, Bohler-Thyssen), ESAB, VINCOTTE, LABORELEC, STORK MEC,CMI, VCL, i SIRRIS.

LITERATURA

[1] Technical paper Paralloy, „Improve ethylene frnace efficiency with better alloys“

[2] H. Schrijen, „Reparatielassen van gegoten hoge temperatur legeringen“

[3] R.E. Avery , C.M. Schillmoller, „Repair welding high-alloy furnacetubes“

[4] I. Cristobal, Schmidt-Clemens, „Weld repair practices in high temperature materials“

[5] Manoir Industries, „Welduing procedure specification on site“

[6] Rob J. Gommans, „Changes in microstructure and properties of cast low-carbon steel Fe-32Ni-25Cr-Nb and Fe-35Ni-25Cr-Nb after long-term ageing between 600 and 1000°C“

[7] T.L. da Silveira, I.Le May, „Reformer furnaces: materials, damage mechanisms and assessment“

[8] R. Kirchheiner, P. Woelpert, „Niobium in centrifugally cast tubes for petrochemical applications“

[9] S. Lamb, „CASTI handbook of „Stainless steels nad nickel alloys“

[10] Vereniging FME, „Lassen van roest-en hittevast staal“

[11] D. Jakobi and R. Gommans, „ Typical failures in pyrolisis coil for ethylene cracking“

REPARATURNO ZAVARIVANJE HP40-NB REPAIR WELDING...

Documents

Transcript of REPARATURNO ZAVARIVANJE HP40-NB REPAIR WELDING...