Překrytí svarem s niklovými slitinami: Plášť uhlíkové oceli pro odolnost proti korozi

Překryvný svar - také nazývaný svarový plášť nebo navařování - je osvědčená metoda -vyhovující předpisům pro nanášení vrstvy niklové slitiny odolné proti korozi- na uhlíkovou ocel nebo substrát z nízkolegované oceli -. Výsledek: mechanická pevnost a nízká cena uhlíkové oceli v kombinaci s korozní odolností slitin niklu - při o 40–60 % nižších materiálových nákladech než konstrukce z pevných slitin niklu. Tento článek vysvětluje, kdy je překrytí svarem tou správnou volbou, jaké slitiny niklu se používají, jaké normy platí a jak správně určit překrytí.

Weld Overlay with Nickel Alloys

Překryvná vrstva niklu je průmyslové -standardní řešení pro tlakové nádoby, výměníky tepla a potrubní součásti, které musí odolávat korozi způsobené kyselým plynem (H₂S), chloridy, kyselinami a vysokoteplotní oxidací - bez nákladů na výrobu pevné slitiny.

Překrytí svarem je proces nanášení jedné nebo více vrstev slitiny odolné proti korozi -(obvykle na bázi niklu{1}}) na povrch levnějšího obecného kovu (obvykle uhlíková ocel nebo -nízkolegovaná ocel) pomocí procesů obloukového svařování. Překryvná vrstva - obvykle o tloušťce 3–6 mm - působí jako bariéra mezi korozivní procesní kapalinou a základním konstrukčním kovem.

Proč používat překrytí namísto pevné slitiny?

Tabulka. Porovnání nákladů a výkonu - Pevná slitina vs. konstrukce překrytí svarem


Parametr	Pevná slitina niklu	Překryvná vrstva z uhlíkové oceli a slitiny Ni-	Úspory nákladů	Výkon
Cena materiálu ($/kg, typické)	$35–60	8–12 USD (CS) + 15–25 USD (překryvná vrstva)	o 40–60 % nižší	Ekvivalentní odolnost proti korozi
Doba výroby	Delší (obtížně se svařuje)	Kratší (CS se snadno svařuje)	o 20–30 % rychlejší	Stejná životnost
Soulad s návrhovým kodexem	ASME VIII, ASME B31.3	ASME VIII, ASME B31.3	Stejný	Stejný
Typická tloušťka překrytí	N/A (plné)	3–6 mm (2–3 vrstvy)	N/A	Včetně přídavku na korozi
Opravy a údržba	Obtížné (citlivé na -crack)	Snazší (překryvnou vrstvu lze znovu{0}}použít)	Nižší náklady životního cyklu	Delší životnost
Hmotnost	Vyšší (hustota 8,4–8,9 g/cm³)	Nižší (hustota CS 7,85 g/cm³)	5–10 % lehčí	Stejné hodnocení tlaku

Zdroj: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1 (2023); ASME B31.3 Process Piping (2022); Special Metals Corporation „Katalog svařovacích produktů“ (2023); Haynes International 'Corosion{5}}Resistant Alloys' Technická data; Analýza interních nákladů JN Alloys pro období 2024–2025.

U nádob s velkým-průměrem, plášťů výměníků tepla a cívek potrubí, kde je korozní napadení omezeno na vnitřní povrch, poskytuje svarová vrstva stejnou korozi jako pevná slitina při o 40–60 % nižších nákladech na materiál.

Ne všechny slitiny niklu jsou vhodné pro překrytí svarem. Materiál překrytí musí být svařitelný, kompatibilní s ředěním uhlíkové oceli a odolný vůči specifickému koroznímu prostředí. V průmyslu dominují dvě slitiny: Alloy 625 (UNS N06625) a Alloy C-276 (UNS N10276).

Výběr slitiny podle korozního prostředí

Tabulka. Překryvné materiály ze slitiny niklu - Průvodce výběrem podle prostředí Corrosion


Slitina (UNS)	Klíčové legující prvky	Primární odolnost proti korozi	Typické překryvné aplikace	Svařovací proces	ASME P-Číslo
Slitina 625 (N06625)	Ni-22Cr-9Mo-3,5Nb	Oxidace, chloridové důlky, H₂S, mořská voda	Zařízení vrtu, podmořské konektory, tlakové nádoby	GTAW, GMAW, FCAW, SAW	P-Ne. 43
Slitina C-276 (N10276)	Ni-16Cr-16Mo-4W	Redukční kyseliny, HCl, H2SO4, chlór, kyselý plyn	Chemické reaktory, pračky, FGD systémy, kyselinové potrubí	GTAW, GMAW, FCAW, SAW	P-Ne. 44
Slitina C-22 (N06022)	Ni-22Cr-13Mo-3W	Silné smíšené kyseliny, chlornan, vlhký chlór	Farmaceutický průmysl, celulóza a papír, spalování odpadu	GTAW, GMAW	P-Ne. 44
Slitina 825 (N08825)	Ni-22Cr-42Fe-3Mo-1Ti	Kyselý plyn (H2S), kyselina sírová/fosforečná	Potrubí, zpracování plynu, výměníky tepla	GTAW, GMAW	P-Ne. 45
Alloy 600 (N06600)	Ni-16Cr-8Fe	Vysokoteplotní oxidace, nitridace, žíravina	Komponenty pecí, koše na tepelné zpracování	GTAW, GMAW	P-Ne. 43
Alloy X (N06002)	Ni-22Cr-18Fe-9Mo	Oxidace při 1100–1200 stupních, nauhličování	Spalovací komory, komponenty plynových turbín	GTAW, GMAW	P-Ne. 43
Slitina 59 (N06059)	Ni-23Cr-16Mo-1Fe	Extrémně redukující kyseliny, HC1, H2SO4 směsi	Chemický proces, kontrola znečištění	GTAW, GMAW	P-Ne. 44

Zdroj: Special Metals Corporation Datové listy 'INCONEL® Alloy 625' a 'INCONEL® Alloy 725' (2023); Technická data Haynes International 'HASTELLOY® C-276 Alloy' (2023); ASME kód kotle a tlakové nádoby, sekce IX (2023) QW-422 P-číslo seskupení; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015.

Srovnání chemického složení

Tabulka. Chemické složení běžných krycích materiálů z niklové slitiny (hmotnost %, typická)


Slitina (UNS)	Ni	Cr	Mo	Fe	W	Nb	Ti	C (max.)
Slitina 625 (N06625)	58–63	20–23	8–10	Menší nebo rovno 5	-	3.15–4.15	Menší nebo rovno 0,4	0.10
Slitina C-276 (N10276)	Váhy	14.5–16.5	15–17	4–7	3–4.5	-	-	0.01
Slitina C-22 (N06022)	Váhy	20–22.5	12.5–14.5	2–6	2.5–3.5	-	-	0.015
Slitina 825 (N08825)	38–46	19.5–23.5	2.5–3.5	22 min	-	-	0.6–1.2	0.05
Alloy 600 (N06600)	72 min	14–17	-	6–10	-	-	-	0.15
Alloy X (N06002)	Váhy	20.5–23	8–10	17–20	0.2–1.0	-	-	0.05–0.15
Slitina 59 (N06059)	Váhy	22–24	15–16.5	Menší nebo rovno 1,5	-	-	-	0.01

Zdroj: ASTM B443 (Alloy 625); ASTM B575 (slitina C-276, C-22, 59); ASTM B425 (slitina 825); ASTM B168 (slitina 600); ASTM B435 (slitina X); Special Metals and Haynes International datové listy (2023).

Alloy 625 je výchozí volbou pro provoz s mořskou vodou, chloridy a kyselým plynem (H₂S). Slitina C-276 je výchozí volbou pro redukci kyselin (HCl, H₂SO₄) a náročných chemických prostředí. Pro hraniční případy se obraťte na NACE MR0175 / ISO 15156-3 a proveďte korozní zkoušky.

Volba procesu svařování ovlivňuje kvalitu překrytí, rychlost ředění, rychlost nanášení a cenu. Pro kritická tlaková zařízení jsou nejběžnější volbou GTAW (TIG) a GMAW (MIG). Pro velkoplošné opláštění nabízí FCAW a SAW vyšší produktivitu.

GTAW and GMAW for High-Integrity Overlay

Porovnání procesu pro překryvnou vrstvu z niklové slitiny

Tabulka. Svařovací procesy pro povlak z niklové slitiny - Porovnání podle kvality a produktivity


Proces	Rychlost ředění	Depoziční rychlost	Nejlepší aplikace	Pozice	Úroveň dovedností	Náklady
GTAW (TIG)	10–25%	0,5–1,5 kg/h	První vrstva, kořenový průchod, tenké překrytí, malý průměr	Všechny pozice	Vysoký	Vysoký
GMAW (MIG)	20–30%	2–4 kg/h	Vyplňte a uzavřete vrstvy, střední-tloušťka překryvných vrstev	Ploché, horizontální	Střední	Střední
FCAW (Flux{0}}Coed)	20–35%	3–6 kg/h	Velká-překryvná plocha, ne-kritické aplikace	Ploché, horizontální	Střední	Nízký
SAW (Ponorný oblouk)	30–50%	5–15 kg/h	Velké nádoby, těžké opláštění, vysoká produktivita	Pouze ploché	Střední	Nejnižší
PAW (plazmový oblouk)	5–15%	1–3 kg/h	Přesné překrývání, automatizované systémy	Ploché, mechanizované	Vysoký	Vysoký
Laserové opláštění	5–10%	1–5 kg/h	Přesná oprava, tenké překrytí, minimální ředění	Ploché, mechanizované	Vysoký	Velmi vysoká

Zdroj: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section IX (2023); AWS D1.6/D1.6M-22 'Strukturální svařovací kód – nerezová ocel'; Speciální kovy „Pokyny pro svařování slitin niklu“ (2023); Technická příručka Lincoln Electric „Výrobky pro svařování niklových slitin“ (2023).

Řízení ředění je rozhodující pro výkon překrytí

K ředění dochází, když se základní kov (uhlíková ocel) roztaví a smísí s přídavným kovem (slitina niklu). Nadměrné ředění snižuje odolnost povlaku proti korozi snížením kritického obsahu slitiny (Cr, Mo, Nb). U povlaku Alloy 625 by měl být obsah železa v první vrstvě udržován pod 10 %; pro C-276 pod 7 %.

Tabulka. Maximální povolené ředění - Limity obsahu železa podle slitiny


Slitina	Maximální Fe v překryvné vrstvě (hmot. %)	Minimální Cr v překryvné vrstvě (hmot. %)	Minimální Mo v překryvné vrstvě (hmot. %)	Doporučený postup
Slitina 625	Menší nebo rovno 10 %	Větší nebo rovno 18 %	Větší nebo rovno 7 %	GTAW nebo GMAW pro první vrstvu; FCAW/SAW pro výplň
Slitina C-276	Méně než nebo rovno 7 %	Větší nebo rovno 14 %	Větší nebo rovno 14 %	GTAW pro první vrstvu; GMAW/FCAW pro výplň
Slitina C-22	Méně než nebo rovno 6 %	Větší nebo rovno 19 %	Větší nebo rovno 11 %	GTAW nebo GMAW pro všechny vrstvy
Slitina 825	Menší nebo rovno 15 %	Větší nebo rovno 20 %	Větší nebo rovno 2,5 %	GTAW nebo GMAW
Slitina 600	Menší nebo rovno 10 %	Větší nebo rovno 14 %	N/A	GTAW nebo GMAW

Zdroj: Special Metals 'Pokyny pro svařování INCONEL® Alloy 625' (2023); Haynes International „Svařování a výroba slitiny HASTELLOY® C-276“ (2023); ASME Sekce IX QW-404.12 „Ředění výplňového kovu“; AWS A5.14/A5.14M: 2018 „Specifikace pro holé svařovací elektrody a tyče z niklu a slitin niklu“.

Pro první vrstvu použijte GTAW (TIG), abyste minimalizovali ředění a zajistili soulad s chemií. Pro zvýšení produktivity použijte GMAW, FCAW nebo SAW pro následné vrstvy. Chemii překrytí vždy ověřte pomocí PMI (Positive Material Identification) nebo laboratorní analýzou.

Minimální tloušťka překrytí se řídí přídavkem na korozi, hloubkou ředění, schopností procesu svařování a požadavky normy. Pro většinu tlakových nádob a potrubí je standardem 3–6 mm (2–3 vrstvy). Tenčí překryvy riskují průlom; silnější překryvy zvyšují náklady a mohou způsobit problémy se zbytkovým napětím.

Pokyny pro návrh tloušťky

Tabulka. Návrh tloušťky překrytí - Doporučené hodnoty podle aplikace


Aplikace	Závažnost koroze	Minimální tloušťka (mm)	Typické vrstvy	Odkaz na kód	Poznámky
Tlakové nádoby (obecně)	Střední (bez H₂S)	3.0	2 vrstvy	ASME VIII Div{0}} UG-16	1,5 mm min po opracování
Servis kyselého plynu (H₂S)	Závažné (NACE MR0175)	4.0–5.0	2–3 vrstvy	NACE MR0175 / ISO 15156	Ověřte tvrdost menší nebo rovna 22 HRC
Tepelné výměníky mořské vody	Vysoký Cl⁻ pitting	4.0	2–3 vrstvy	ASME VIII + uživatelská specifikace	Použijte slitinu Alloy 625 nebo 825
Absorpční kolony kyselého plynu	Těžké (HCl, H2SO4)	5.0–6.0	3 vrstvy	ASME VIII + uživatelská specifikace	Použijte slitinu C-276 nebo C-22
Zařízení ústí podmořského vrtu	Těžké + HPHT	5.0–6.0	3 vrstvy	API 6A, API 17D	Použijte slitinu 625, ověřte pomocí PMI
FGD (odsiřování spalin)	Závažné (mokrý SO₂, HCl)	5.0	3 vrstvy	Uživatelská specifikace	Použijte slitinu C-276 nebo C-22
Katalytické reformátory	Vysokoteplotní{0}oxidace	4.0	2–3 vrstvy	API 560 / uživatelská specifikace	Použijte Alloy 600 nebo X

Zdroj: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1 (2023) UG-16 „Minimální tloušťka stěny“; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 „Ropný průmysl a průmysl zemního plynu – materiály pro použití v prostředích obsahujících H₂S“; API 6A (21. vydání, 2024) 'Výstroj studní a stromů'; API 17D (3. vydání, 2021) „Návrh a provoz podmořských výrobních systémů“.

Výpočet přípustky koroze

Tloušťka překrytí musí zahrnovat: (1) přídavek na korozi (typicky 1,5–3,0 mm pro životnost 10–20 let), (2) přídavek na obrábění (0,5–1,0 mm pro povrchovou úpravu) a (3) tloušťku zóny ředění (1,0–1,5 mm pro první vrstvu).

Tabulka. Rozdělení tloušťky překrytí - Povolení koroze a výrobní tolerance


Komponenta tloušťky	Typický rozsah (mm)	Účel	Kontrolní metoda	Standardní reference
Přídavek na korozi	1.5–3.0	Ztráta materiálu během konstrukční životnosti	Specifikace návrhu procesu	ASME VIII UG-25
Přídavek na obrábění	0.5–1.0	Povrchová úprava, příprava NDE	Tolerance obrábění	ASME B46.1
Zóna ředění	1.0–1.5	První vrstva smíchaná s obecným kovem	Postup svařování (PQR)	ASME IX QW-404
Minimální zvukový metal	0.5–1.0	Bezpečnostní rezerva nad ředěním	UT nebo RT kontrola	ASME V Článek 4
Celková konstrukční tloušťka	3.5–6.5	Součet výše uvedených složek	Inženýrský design	Specifikace projektu

Zdroj: ASME kód kotle a tlakové nádoby sekce VIII Div{0}} UG-25 „Povolení koroze“; ASME B46.1-2019 „Struktura povrchu (drsnost, vlnitost a rozložení povrchu)“; ASME, oddíl V, článek 4 „Ultrazvukové vyšetřovací metody pro svary“; ASME sekce IX 'Kvalifikace svařování, pájení a tavení'.

Závěr:Pro většinu aplikací určete minimální tloušťku překrytí 3,0 mm po obrobení. Pro prostředí se silnou korozí (kyselý plyn, kyseliny, mořská voda) specifikujte 4,0–5,0 mm. Do specifikace návrhu vždy zahrňte přídavek na korozi.

Protože překryvná vrstva je tenká (3–6 mm) a odolnost proti korozi závisí na přesné chemii, je kontrola kvality kritičtější než u konstrukce z pevných slitin. Každé překrytí musí být ověřeno pozitivní identifikací materiálu (PMI) a zkontrolováno ultrazvukovým testováním (UT) nebo radiografickým testováním (RT).

Nickel Alloys PMI Verification and NDE

Požadavky na kontrolu překrytí svarem

Tabulka. Testy kontroly kvality pro překrytí svarem z niklové slitiny


Test	Účel	Metoda	Kritéria přijetí	Frekvence	Norma
PMI (ID pozitivního materiálu)	Ověřte chemii překrytí	XRF nebo OES	Cr, Mo, Nb v rámci spec; Fe Menší nebo rovno limitu	100 % překryvného povrchu	ASTM E1621
Ultrazvukové testování (UT)	Zjistit nedostatek fúze, pórovitost	Přímý paprsek nebo úhelník	Žádné indikace > 20 % DAC	100 % překryvné plochy	ASME V Art. 4, 5
Rentgenové testování (RT)	Zjistit vnitřní vady	X-paprsky nebo gama záření	Podle ASME VIII UW-51	Bodové nebo 100% podle specifikace	ASME V Art. 2
Kapalný penetrant (PT)	Zjistěte povrchové trhliny	Viditelné nebo fluorescenční barvivo	Žádné lineární indikace > 1,5 mm	100 % překryvného povrchu	ASME V Art. 6
Zkouška tvrdosti	Ověřte shodu s NACE MR0175	Přenosný tvrdoměr	Menší nebo rovno 22 HRC (kyselá služba)	Podle NACE MR0175 Tabulka A.1	ASTM E10 / E18
Feritové číslo (pokud existuje)	Není vyžadováno pro překryvnou vrstvu z Ni{0}}litiny	Feritový metr	N/A (austenitické)	N/A	ASTM A342
Metalografická zkouška	Ověřte mikrostrukturu, ředění	Průřez, lept	Žádné praskliny, poréznost nebo nadměrné ředění	Kvalifikace podle postupu	ASTM E3, E407

Zdroj: ASTM E1621-21 'Standard Guide for Elemental Analysis by Wavelength Dispersive X-Ray Fluorescence Spectrometry'; ASME kód pro kotle a tlakové nádoby oddíl V (2023) články 2, 4, 5, 6; ASME sekce VIII Div. 1 UW-51 'Radiografické vyšetření svarů'; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 Tabulka A.1 „Požadavky na tvrdost pro uhlíkové a nízkolegované oceli“.

Časté vady a jejich příčiny

Tabulka. Běžné vady překrytí svaru - Příčiny a prevence


Přeběhnout	Vzhled	Kořenová příčina	Prevence	Metoda detekce
Nedostatek fúze	Lineární indikace na rozhraní	Nedostatečný přívod tepla, špatná technika	Zvyšte proud, správnou cestovní rychlost	UT, RT
Pórovitost	Kulaté plynové kapsy v překrytí	Kontaminace (olej, vlhkost, oxid)	Očistěte základní kov, použijte suchý tmel, správný plynový štít	RT, UT
Horké praskání	Mezikrystalové trhliny v překrytí	Vysoká zdrženlivost, nesprávné pořadí korálků	Kontrolujte přívod tepla, správný návrh spoje	PT, VT, metalografie
Přílišné ředění	Nízký Cr/Mo v překryvné vrstvě	Vysoký příkon tepla, nevhodná technika	Snižte proud, pro první vrstvu použijte GTAW	PMI, chemická analýza
Začlenění wolframu	Světlé částice v překrytí	Kontakt elektrody GTAW se svarovou lázní	Udržujte správný odstup, používejte správnou elektrodu	RT, VT
Zařazení strusky	Nepravidelné tmavé skvrny	Nesprávné čištění interpassu (FCAW, SAW)	Čistota mezi průchody, správná manipulace s tavidlem	RT, UT
Podříznutí	Drážka na špičce svaru	Nadměrný proud, nesprávná technika	Snižte proud, správný úhel hořáku	VT, PT

Zdroj: AWS D1.6/D1.6M-22 'Strukturální svařovací kód – nerezová ocel'; Speciální kovy „Pokyny pro svařování slitin niklu“ (2023); ASME sekce IX QW-190 'Zkouška a opravy svarů'.

PMI ověření chemie překrytí je povinné pro každou zakázku. Kontrola UT nebo RT potvrzuje integritu spoje. Pro kyselé provozy je testování tvrdosti vyžadováno NACE MR0175. Všechny výsledky kontroly musí být zdokumentovány ve zprávě o zkoušce materiálu.

Překrytí svarem není „alternativní“ metoda -, je výslovně uznána a řízena konstrukčními předpisy ASME. Překryvnou vrstvu lze počítat jako přídavek na korozi, ale nikoli jako tloušťku zadržující tlak, pokud není výslovně kvalifikována a zdokumentována.

Požadavky na kód pro překrytí svarem

Tabulka. Požadavky ASME Code na konstrukci překrytí svarem


Kód	Odstavec	Požadavek	Ošetření překrytím	Klíčové poznámky
ASME VIII Div. 1	UG-16, UW-42	Minimální tloušťka, postup svařování	Přídavek na korozi překrytí =	Překrytí není součástí tlakového provedení
ASME VIII Div. 1	UCL-30 až UCL-46	Obalte a svařte překryvné nádoby	V případě kvalifikace může být zahrnuto překrytí	Musí splňovat požadavky UCL-30
ASME VIII Div. 2	Část D, článek D.11	Plášť a překrytí svařit	Podobné jako Div. 1	Pro překryvnou vrstvu je vyžadován návrh-na základě{1}}analýzy
ASME B31.3	Para{0}}	Opláštění a svaření překryvného potrubí	Přídavek na korozi překrytí =	Překrytí může být použito pro tlak, pokud je kvalifikováno
ASME B31.3	Para{0}}	Postup překrytí svarem	Musí mít kvalifikaci podle ASME IX	Pro každý proces překrytí je vyžadován PQR
ASME IX	QW-214, QW-283	Kvalifikace postupu překrytí svaru	Overlay PQR vyžaduje chemickou analýzu	Musí prokázat kontrolu ředění
NACE MR0175	ISO 15156-3	Kyselé servisní materiály	Překrytí přijatelné pro základnu CS	Tvrdost Menší nebo rovna 22 HRC, kvalifikovaný postup

Zdroj: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div{0}} (2023) UG-16, UW-42, UCL-30 až UCL-46; ASME kód pro kotle a tlakové nádoby oddíl VIII Div. 2 (2023) část D článek D.11; ASME B31.3-2022 „Procesní potrubí“ odstavce 323.4.2, 328.5.1; ASME kód kotle a tlakové nádoby sekce IX (2023) QW-214, QW-283; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015.

Kdy lze překrytí zahrnout do tloušťky návrhu

Standardně kódy ASME považují překrytí svarem za přídavek na korozi -, který není zahrnut do výpočtu tloušťky zadržující tlak-. Pokud je však postup překrytí kvalifikovaný k prokázání plné metalurgické vazby a specifikace návrhu to výslovně povoluje, může být započtena tloušťka překrytí (mínus korozní přídavek).

Tabulka. Podmínky pro zahrnutí překrytí do tlakového návrhu


Stav	Požadavek	Ověření	Odkaz
Plná metalurgická vazba	Žádný nedostatek fúze, úplná fúze na rozhraní	UT vyšetření, 100% pokrytí	ASME VIII UCL-30
Kvalifikovaný postup překrytí	PQR s chemickým rozborem, mechanické zkoušky	Kvalifikace ASME IX QW-283	ASME IX QW-214
Schválení specifikace návrhu	Inženýr musí schválit překryvný kredit	Vyžaduje se písemná specifikace	ASME VIII UG-22
Odečtena povolenka na korozi	Započítává se pouze zdravý kov nad povolenou korozí	Přídavek na korozi na UG-25	ASME VIII UG-25

Zdroj: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1 UCL-30 'Clad and Weld-Metal-Lined Vessels'; ASME Sekce IX QW-283 'Proměnné svařování pro povlak odolný proti korozi'; Bulletin WRC 447 „Směrnice pro hodnocení překrytí svarem v tlakovém zařízení“ (1999).

Překryvný svar je plně v souladu s kódem-. Ve výchozím nastavení se s ním zachází jako s přídavkem na korozi a není zahrnuto v tlakovém návrhu. Pokud to specifikace návrhu umožňuje, může být překrytí připsáno k tloušťce tlaku -, ale to vyžaduje kvalifikované postupy a výslovné technické schválení.

Překrytí svarem niklovými slitinami se nejčastěji používá v průmyslových odvětvích, kde je procesní prostředí vysoce korozivní, ale vzhledem k velikosti zařízení je konstrukce z pevné slitiny ekonomicky neatraktivní. Největším uživatelem je ropný a plynárenský průmysl, následovaný chemickým zpracováním a výrobou energie.

Nickel Alloys for Oil Gas Chemical and Power Generation

Příklady aplikací podle průmyslu

Tabulka. Aplikace překrytí svarů podle průmyslu a servisního prostředí


Průmysl	Zařízení	Režim koroze	Typické překrytí slitinou	Tloušťka (mm)	Kód/Standard
Ropa a plyn (proti proudu)	Vrt, X-strom, škrticí ventily	H2S, CO2, Cl⁻, mořská voda	Slitina 625	5–6	API 6A, API 17D, NACE MR0175
Ropa a plyn (střední proud)	Potrubí, tělesa ventilů, tělesa čerpadel	H2S, CO2, mokrý plyn	Slitina 625 nebo 825	3–5	ASME B31.3, NACE MR0175
Ropa a plyn (po proudu)	Hydrokrakovací zařízení, reaktory HDS	H2, H2S, vysoká tepl	Slitina 625 nebo 825	4–5	API 934-A, NACE RP045
Petrochemický	Nádoby reaktoru, výměníky tepla	Kyseliny, chloridy, H2S	Slitina C-276 nebo C-22	4–6	ASME VIII, uživatelská specifikace
Chemický proces	Kyselinové reaktory, pračky, potrubí	HC1, H2S04, H3P04, Cl2	Slitina C-276 nebo C-22	5–6	ASME VIII, uživatelská specifikace
Výroba energie	FGD absorbéry, potrubí, ventilátory	SO₂, HCl, mokrá pračka	Slitina C-276 nebo C-22	4–6	ASTM, uživatelská spec
Odsolování	Trubkovnice výměníku tepla	Mořská voda, vysoká teplota	Slitina 625 nebo 825	3–4	ASTM, uživatelská spec
Námořní/Offshore	Čerpadla, ventily, potrubí mořské vody	Mořská voda, biologické znečištění	Slitina 625	4–5	DNV, ABS, uživatelská spec
Buničina a papír	Digestory, bělicí pračky	NaOH, Cl02, H2S04	Slitina C-276 nebo C-22	4–6	TAPPI, uživatelská spec

Zdroj: API 6A (21. vyd., 2024) „Výstroj studní a stromů“; API 17D (3. vydání, 2021) 'Subsea Production Systems'; API 934-A (3. vydání, 2019) „Materiály a výroba 2¼Cr-1Mo a 3Cr-1Mo ocelových tlakových nádob s těžkými stěnami pro vysokoteplotní a vysokotlaké vodíkové služby“; NACE RP045-2003 „Svařování překrytí pro vodíkovou službu“; ASME B31.3-2022 'Procesní potrubí'; DNVGL-OS-F101 (2021) 'Submarine Pipeline Systems'.

Případová studie: Překrytí zařízení vrtu

Zařízení podmořských vrtů a vánoční stromky fungují v některých z nejagresivnějších korozních prostředí: mořská voda na vnější straně, kyselý plyn (H₂S) a solanka uvnitř a teploty až 200 stupňů. Konstrukce Solid Alloy 625 by stála 5–8× uhlíková ocel. Překryvná vrstva slitiny Alloy 625 na uhlíkové oceli nebo nízkolegované oceli (např. AISI 4130, F22) poskytuje stejnou odolnost proti korozi při o 40–50 % nižších nákladech.

Tabulka. Případová studie - Subsea Wellhead Hub: Alloy 625 Overlay on F22 Steel


Parametr	Pevná slitina 625	Překryvná vrstva F22 + Alloy 625	Úspory	Poznámky
Cena základního materiálu	55 $/kg	4 $/kg (F22)	o 90 % nižší	F22 je nízko-legovaná Cr-Mo ocel
Překryvná cena	N/A	18 $/kg (625 plniva + práce)	N/A	Proces GTAW + GMAW
Celkové náklady na zhotovení	$180,000	$95,000	o 47 % nižší	Podle specifikace API 6A
Dodací lhůta	16 týdnů	10 týdnů	6 týdnů rychleji	F22 se snadno svařuje, překrytí je rutina
Korozní výkon	Vynikající	Vynikající (ekvivalentní)	Stejný	Překryvná vrstva kvalifikovaná podle API 6A
Soulad s kodexem	API 6A, NACE MR0175	API 6A, NACE MR0175	Stejný	Tvrdost překrytí Menší nebo rovna 22 HRC

Zdroj: API 6A (21. vyd., 2024) „Výstroj studní a stromů“; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015; Interní projektová data JN Alloys pro podmořský uzel ústí vrtu vyrobený v roce 2023; Speciální kovy 'INCONEL® Alloy 625' Data Sheet (2023).

U velkých, silnostěnných-zařízení, kde je napadení korozí omezeno na vnitřní povrch, je překrytí svarem ekonomicky nejlepší volbou. Pevná slitina by měla být vyhrazena pro malé součásti (vnitřky ventilů, armatury nástrojů), kde je překrytí nepraktické.

Specifikace přídavného kovu (klasifikace AWS) určuje chemii povlaku a odolnost proti korozi. Pro překrytí Alloy 625 použijte ERNiCrMo-3 nebo ERNiCrMo-4; pro překrytí C-276 použijte ERNiCrMo-4. Klasifikace -4 má vyšší obsah Mo a je preferována pro použití se silnými redukčními kyselinami.

Klasifikace přídavného kovu pro překryvnou vrstvu z niklové slitiny

Tabulka. Klasifikace výplňového kovu AWS pro překryvný povlak z niklové slitiny


Klasifikace AWS	UNS	Odpovídající slitina	Cr (%)	Po (%)	Nb+Ta (%)	Primární aplikace
ERNiCr-3	N06082	Slitina 600, 601	18–22	-	2.0–3.0	Vysokoteplotní{0}}oxidace, rozdílné svary
ERNiCrMo-3	N06625	Slitina 625	20–23	8–10	3.15–4.15	Mořská voda, H₂S, chloridy, obecná vrstva
ERNiCrMo-4	N10276	Slitina C-276	14.5–16.5	15–17	-	Snížení kyselin, silná koroze
ERNiCrMo-10	N06022	Slitina C-22	20–22.5	12.5–14.5	-	Směsné kyseliny, chlornan
ERNiCrMo-14	N06686	Slitina 686	19–23	15–17	-	Extrémní kyseliny, mořská voda
ERNiFeCr-1	N08065	Slitina 825	19.5–23.5	2.5–3.5	-	Kyselý plyn, kyselina sírová
ERNiMo-7	N10665	Slitina B-2, B-3	Menší nebo rovno 1,0	26–30	-	Kyselina chlorovodíková, redukční prostředí

Zdroj: AWS A5.14/A5.14M:2018 „Specifikace pro nikl a nikl-slitiny holé svařovací elektrody a tyče“; AWS A5.11/A5.11M:2017 'Specifikace pro niklové a niklové-legované svařovací elektrody pro obloukové svařování kovů ve stínění'; Speciální kovy „Katalog svařovacích produktů“ (2023); Technická data Haynes International 'Welding Filler Metals' (2023).

Výběr přídavného kovu podle servisního prostředí

Tabulka. Průvodce výběrem přídavného kovu - Překryvná vrstva slitiny niklu podle prostředí koroze


Servisní prostředí	Režim koroze	Doporučená výplň	Alternativní	Poznámky
Mořská voda, solanka	Cl⁻ důlky, štěrbina	ERNiCrMo-3 (625)	ERNiCrMo-4	625 je standard pro mořskou vodu
Kyselý plyn (H₂S)	SSC, HIC, SOHIC	ERNiCrMo-3 nebo ERNiFeCr-1	ERNiCrMo-4	Ověřte tvrdost menší nebo rovna 22 HRC
Kyselina chlorovodíková	Obecná koroze	ERNiMo-7 (B-2/B-3)	ERNiCrMo-4	B-3 je výhodný pro HC1
Kyselina sírová	Obecná koroze	ERNiCrMo-4 nebo ERNiFeCr-1	ERNiCrMo-10	C-276 pro < 50 % H2S04
Směsné kyseliny (HCl + H2SO4)	Silná koroze	ERNiCrMo-4 nebo ERNiCrMo-10	ERNiCrMo-14	C-22 nebo 686 pro extrémní služby
Vysokoteplotní{0}oxidace	Oxidace, nauhličování	ERNiCr-3	ERNiCrCoMo-1	Použijte pro provoz > 900 stupňů
žíravina (NaOH, KOH)	Kaustické praskání	ERNiCr-3	ERNiCrMo-3	Plnička slitiny 600 pro žíravinu
Odsiřování spalin	SO₂, HCl, mokrá pračka	ERNiCrMo-4	ERNiCrMo-10	C-276 je standardní pro FGD

Zdroj: NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 „Petroleum and Natural Gas Industries-Materiály pro použití v H₂S-prostředích obsahujících“; Speciální kovy „Průvodce výběrem korozivzdorných slitin“ (2023); Technická brožura Haynes International 'Corosion Data' (2023); Outokumpu „Příručka o korozi pro nerezové oceli a slitiny niklu“ (2021).

ERNiCrMo-3 (plnivo Alloy 625) je nejuniverzálnější volbou pro obecné aplikace překrytí. ERNiCrMo-4 (plnivo C-276) se upřednostňuje pro použití se silnými redukčními kyselinami. Chemii překrytí vždy ověřte pomocí PMI, abyste zajistili, že přídavný kov a postup svařování poskytují požadovaný obsah Cr, Mo a Fe.