Svařování trubek-na-potrubí ve výměnících tepla: Kvalifikace a běžné vady

Tato příručka vysvětluje, jak ASME Section IX kvalifikuje svařování trubek-na{1}}svařování trubkovnice, které konstrukční předpisy tuto kvalifikaci vyžadují a konkrétní režimy závad, které musí inspektoři a výrobci kontrolovat, aby se vyhnuli nákladným přepracováním.

Proč vyžaduje svařování trubek-do{1}}trubkového plechu samostatnou kvalifikaci od svarů s drážkou?

Spoje trubek-k{1}}potrubním plechu vyžadují specializovanou kvalifikaci, protože jejich geometrie, přístup a způsob selhání se zásadně liší od standardního drážkového svaru a u svářeče nebo postupu kvalifikovaného podle kupónu s plochou drážkou není automaticky prokázáno, že je schopen vytvořit v této konfiguraci zdravý, těsný-těsný spoj.

Zkušební kupón drážkového svaru se svařuje v otevřených podmínkách bez překážek s plným přístupem na obě strany spoje. Spoj trubky-k-trubkovnici je svařen v těsně uzavřeném prstencovém prostoru mezi stěnou trubky a vyvrtaným otvorem trubkovnice, často s přilehlými otvory pro trubku jen milimetry a přístupem pouze z jedné strany. Samotná stěna trubky je tenká - často pod 3 mm -, takže je vysoce náchylná k propálení-, zatímco trubkovnice je tlustý blok, který funguje jako velký chladič a vytváří nerovnoměrné rozložení tepla napříč spojem.

Tyto podmínky vytvářejí chybné režimy - propálení-, nedostatečnou fúzi u kořene spoje a nedostatečnou minimální cestu úniku -, které se při svařování s otevřenou drážkou jednoduše nevyskytují, a proto ASME Section IX považuje svařování trubek-na-trubkovnice za vlastní kvalifikační kategorii, spíše než aby je skládalo do standardních drážkových nebo koutových svarů.

Jaké jsou dvě kvalifikační cesty podle ASME sekce IX?

ASME Section IX nabízí dva různé způsoby, jak kvalifikovat postupy a svářečky trubek-na{1}}: předváděcí model podle QW-193 nebo konvenční test drážkového nebo koutového svaru podle QW-202, přičemž příslušný stavební předpis určuje, která cesta je povinná.

Srovnání kvalifikačních cest

Podle ASME sekce IX QW-202.6 a sekce VIII divize 1 UW-28(b)/UW-29 (vydání 2021); Divize 2 odstavec. 6.3.4. Základní proměnné pro kvalifikaci procedury jsou uvedeny v QW-288; základní proměnné výkon svářeče a svářečského operátora jsou uvedeny v QW-387 a QW-388. Před výběrem kvalifikační cesty vždy potvrďte požadavky na aktuální edici a jakékoli přepisy specifické pro klienta.

Obě základní-tabulky proměnných platí v kombinaci se základními{1}}tabulkami svařovacích procesů. Například postup GTAW tube-to{4}}potrubesheet musí splňovat jak standardní proměnné GTAW v tabulce QW{6}}256, tak proměnné specifické pro tube{7}}to{8}}v tabulce QW-288.1, které zahrnují položky, jako je vnější průměr trubky, rozsah tloušťky trubky, stav otvorů v trubce a návrh spoje.

Kolik maketových svarů je potřeba a co musí projít?

Při použití modelu QW-193 musí být vyrobeno minimálně pět svarů a každý z nich musí projít vizuální kontrolou, zkouškou pronikání kapalin a makro-zkouškou sekce - jeden neúspěšný svar znehodnotí celou maketu a vyžaduje kompletní převaření, nikoli bodovou opravu.

Vizuální kontrola (QW-193.1.1): provádí se bez zvětšení, kontroluje se úplné sloučení, propálení, poréznost a praskliny.

Zkouška pronikáním kapaliny (QW-193.1.2): prováděná podle ASME, oddíl V, článek 6, kvalifikovaným personálem, aby se zjistily nespojitosti narušující povrch, které nejsou viditelné pouhým okem.

Zkouška makro{0}}sekce (QW-193.1.3): maketa je rozříznuta přes její průměr, aby se odkryly čtyři povrchy, a poté zkoumána při zvětšení 10x až 20x, aby se ověřilo úplné spojení, nepřítomnost prasklin a - kriticky – že minimální cesta úniku splňuje požadavky návrhu.

Samotná maketa sestavy musí v podstatě duplikovat konfiguraci otvorů v trubce a konstrukci spoje, které budou použity ve výrobě, v rámci limitů základních proměnných QW-288 – což znamená, že průměr trubky, tloušťka trubkovnice a geometrie spoje musí být reprezentativní pro skutečný vyráběný výměník tepla, nikoli jen pro jakýkoli vhodný zkušební kus.

Sekce VIII Divize 1 vs. Divize 2: Kdy je QW-193 povinný?

ASME Section VIII Division 2 činí model QW-193 povinným pro kvalifikaci postupu svařování trubek-na trubkovnici, zatímco Section VIII Division 1 to ponechává jako možnost výrobce a toto rozlišení je jedním z nejdůslednějších a nejčastěji nepochopených bodů při plánování výroby výměníků tepla.

Podle ASME sekce VIII divize 1 UW-28/UW-29 (od roku 2021), sekce VIII divize 2 odst. . 6.3.4 a sekce I PFT-12. Technické specifikace klienta často vyžadují QW-193, i když to základní kód nevyžaduje – vždy si před dokončením kvalifikačního plánu zkontrolujte objednávku a specifikaci svařování projektu.

Jaké jsou nejčastější vady svarů-do{1}}trubkových plechů?

Defekty, které nejčastěji narušují spoje trubek-k{1}}trubkovce, jsou nedostatečná fúze na trubkovnici-k-rozhraní trubkovnice,{4}}propálení stěny- trubky, nedostatečná minimální dráha úniku, pórovitost a teplo,-ovlivněné-zóna praskání jednotlivě u každého svařovaného spoje nebo ručního nebo svařovaného spoje je defektní, každý svařovaný spoj je ručně nebo ručně frekvence má tendenci stoupat s únavou, nekonzistentním přizpůsobením kloubu-a neadekvátní přípravou povrchu u velkého počtu trubek.

Režimy poruch a metody detekce jsou v souladu s požadavky ASME Section IX QW-193.1 a zkušenostmi v oboru s výrobou a opravami plášťových-trubkových výměníků tepla.

Praxe z praxe v aplikacích získávání síry, rafinace a procesního chlazení ukazuje, že opakující se netěsnosti z trubek{0}}k{1}}trubkovce často vedou k nedostatečné penetraci a nedostatečnému tavení způsobenému během původní výroby - defekty, které je obtížné odhalit pouze při výrobě NDE a které mají tendenci se odhalit až po opakovaných tepelných cyklech, které způsobí šíření trhlin z nespojeného kořene.

Jak se ověřuje minimální cesta úniku (MLP) a proč na tom záleží?

Minimální cesta úniku je nejkratší vzdálenost v libovolném směru od kořene trubky-k{1}}svaru trubkovnice k nejbližšímu volnému povrchu a záleží na tom, protože je to rozměr, který určuje, zda pevnostní-svařovaný spoj může skutečně zadržet tlak a zabránit křížové{3}}kontaminaci -, zatímco povrchová vizuální kontrola spoje může ještě splnit poddimenzovanou vizuální kontrolu spoje.

MLP se ověřuje rozřezáním kvalifikační makety přes její průměr, vystavením průřezu svaru{0}}a měřením svařené dráhy při 10x až 20x zvětšení oproti vypočítanému minimu z návrhové základny.

Maximální připsaná hodnota MLP je omezena na tloušťku stěny trubky, bez ohledu na to, kolik dalšího svarového kovu je naneseno za tento rozměr.

Podélné škrábance na vnějším povrchu trubky nebo vrtání otvoru trubkovnice jsou považovány za zvýšené riziko během hodnocení makety, protože škrábanec probíhající paralelně se spojem může vytvořit cestu netěsnosti, která zcela obchází zónu svaru.

Protože MLP lze destruktivně potvrdit - rozříznutím reprezentativní makety -, ověřuje se spíše během kvalifikace postupu než na každém výrobním spoji. To je přesně důvod, proč je disciplinovaná a opakovatelná kontrola procesu během výrobního svařování tak důležitá: jakmile je WPS kvalifikován s prokázanou MLP, musí být výrobní svary provedeny v rámci stejné základní-proměnné obálky, aby zůstaly platné.

Které metody kontroly zachycují defekty trubky-na-tubesheet před spuštěním?

Sekvence vrstvené inspekce - vizuální prohlídka, testování penetrace kapalinou a testování těsnosti helia - zachytí velkou většinu vad -na-trubkovce před uzavřením a uvedením do provozu svazku výměníku tepla, přičemž testování těsnosti helia nabízí nejvyšší citlivost na netěsnosti skrz-stěnu ze všech metod běžně používaných u tohoto typu spojů.

Vizuální kontrola se provádí u každého výrobního svaru jako první{0}}průchodová obrazovka pro propálení-propálení, neúplné spojení a poréznost povrchu.

Zkouška penetrace kapalinou, prováděná podle ASME, sekce V, článek 6, zjišťuje povrchové-praskliny a pórovitost, která není viditelná pouhým okem, a obvykle se aplikuje jak na kořen, tak na finální průchod.

Testování těsnosti helia natlakuje výměník heliem na 5–10 psi a používá hmotnostní spektrometr k detekci rychlostí netěsností, které jsou mnohem menší, než může vyřešit hydrostatický test, protože atom helia je dostatečně malý, aby prošel diskontinuitami, které by neprošly vodou. Tato zkouška se normálně provádí po svaření všech konců trubek-, ale před roztažením trubky, takže se hodnotí pouze svar -, nikoli mechanické roztažení -.

Žádná jednotlivá metoda nezachytí každý režim defektu: vizuální a kapalné penetrační testy jsou účinné pro povrchové-spojené diskontinuity, ale podpovrchový nedostatek spojení nebo poddimenzovaný MLP lze potvrdit pouze destruktivním makro-řezáním během kvalifikace. To je důvod, proč se kvalifikační testování a produkční NDE spíše doplňují než redundantní - kvalifikace dokazuje, že postup je schopen vytvořit zdravý spoj, a produkční NDE potvrzuje, že způsobilost byla prováděna konzistentně v celém počtu elektronek.

Proč je přísnost kvalifikace důležitější pro spoje trubek-to{1}}než pro běžné svary potrubí?

Přísnost kvalifikace trubky-na-trubkovnici je důležitější než u běžných svarů potrubí, protože jediná systematická vada objevená po výrobě může vyžadovat přepracování-trubky celého svazku a protože každý výměník může obsahovat stovky až tisíce jednotlivých spojů svařených stejným postupem -, což znamená okrajové WPS nebo pod svářečem, který nevyrábí mnoho, nevyrábíme mnoho nevyškolených

Vada svaru obvodu potrubí je typicky izolovaná oprava. Režim defektu trubky-na{2}}trubku řízený chybným postupem nebo nekvalifikovanou technikou je naopak systémový: pokud byl návrh spoje, přívod tepla nebo krok přípravy povrchu, který způsobil jednu poruchu, aplikován konzistentně napříč svazkem, každý spoj svařený za těchto podmínek je podezřelý.

Investice do řádně kvalifikovaného WPS, adekvátně vyškolených a testovaných svářečů a disciplinovaného sledu výrobních kontrol je výrazně nižší{0}}cesta s náklady ve srovnání se zjištěním - po spuštění nebo v horším případě po několika letech tepelného cyklování v provozu -, že je nutné vyměnit velkou část svazku trubek.

Často kladené otázky

Q: Vyžaduje ASME Section VIII Division 1 kvalifikaci QW-193 makety pro svary trubek-na trubkovnici?

A: Č. divize 1 ponechává QW-193 jako volbu výrobce; test drážkového svaru podle QW-202.2 a QW-202.4 je přijatelnou alternativou, pokud technická specifikace klienta nevyžaduje cestu makety.

Q: Kolik trubek musí být svařeno a otestováno, aby bylo možné kvalifikovat postup z trubek-na{1}}trubkový plech pomocí makety?

A: Musí být vytvořeno minimálně pět modelových svarů a všech pět musí projít vizuálním, kapalinovým penetračním a makro-testem řezu na QW-193.2. Jakákoli jednotlivá chyba znehodnotí celý model a vyžaduje kompletní opětovné svaření.

Q: Co je minimální cesta úniku a proč je omezena na tloušťku stěny trubky?

A: Minimální cesta úniku je nejkratší svařená vzdálenost od kořene svaru k nejbližšímu volnému povrchu. Je uzavřena na tloušťce stěny trubky, protože to je fyzický limit -těsného průřezu- spoje bez ohledu na to, kolik dalšího svarového kovu je naneseno.

Q: Může svářeč kvalifikovaný v oblasti drážkového svaru svařovat trubku-k-spojům trubkovnice pod WPS kvalifikovaným modelem QW-193?

A: Ano, pokud příslušný stavební předpis sám o sobě nevyžaduje QW-193 pro kvalifikaci výkonu. Kvalifikace postupu a kvalifikace výkonu jsou považovány za vzájemně se vylučující požadavky podle ASME oddílu IX.

Q: Proč je u svarů trubek -k-trubkovým plechům upřednostňováno testování těsnosti heliem před hydrostatickým testováním?

A: Malá atomová velikost helia umožňuje procházet diskontinuitami, které by hydrostatický (vodný) test nezjistil, což dává testování netěsností helia výrazně vyšší citlivost pro identifikaci okrajových nebo částečně tavených spojů trubek-k{1}}trubkovce před spuštěním.