Συγκόλληση σωλήνα-σε-Συγκόλληση σε σωληνωτό φύλλο σε εναλλάκτες θερμότητας: πιστοποίηση και κοινά ελαττώματα

Αυτός ο οδηγός εξηγεί πώς το ASME Section IX χαρακτηρίζει τη συγκόλληση σωλήνων-σε-σωληνωτού φύλλου, ποιοι κώδικες κατασκευής καθιστούν υποχρεωτική αυτή την πιστοποίηση και τους συγκεκριμένους τρόπους ελαττώματος που πρέπει να ελέγχουν οι επιθεωρητές και οι κατασκευαστές για να αποφευχθεί η δαπανηρή επανεπεξεργασία.

Γιατί η συγκόλληση σωλήνα-σε-σωληνοειδές φύλλο απαιτεί ξεχωριστή πιστοποίηση από τις συγκολλήσεις Groove;

Οι αρμοί σωλήνων-σε-σωληνωτού φύλλου απαιτούν ειδική πιστοποίηση επειδή η γεωμετρία, η πρόσβαση και ο τρόπος αστοχίας τους διαφέρουν θεμελιωδώς από μια τυπική συγκόλληση με αυλάκι και μια συγκόλληση ή μια διαδικασία που πιστοποιείται σε κουπόνι επίπεδης αυλάκωσης δεν αποδεικνύεται αυτόματα ότι μπορεί να δημιουργήσει έναν ήχο, διαρροή{{2}σφιχτή σύνδεση σε αυτήν τη διαμόρφωση.

Ένα κουπόνι δοκιμής συγκόλλησης με αυλάκωση συγκολλάται σε ανοιχτές, ανεμπόδιστες συνθήκες με πλήρη πρόσβαση και στις δύο πλευρές της άρθρωσης. Ένας σύνδεσμος-σε-σωλήνα σε φύλλο σωλήνα συγκολλάται σε έναν σφιχτά περιορισμένο δακτυλιοειδή χώρο μεταξύ του τοιχώματος του σωλήνα και της τρυπημένης οπής του φύλλου σωλήνα, συχνά με γειτονικές οπές σωλήνα μόνο χιλιοστά μακριά και με πρόσβαση μόνο από τη μία πλευρά. Το ίδιο το τοίχωμα του σωλήνα είναι λεπτό - συχνά κάτω από 3 mm - καθιστώντας το εξαιρετικά ευαίσθητο στο κάψιμο-διαμέσου, ενώ το φύλλο σωλήνα είναι ένα παχύ μπλοκ που λειτουργεί ως μεγάλος ψύκτης, δημιουργώντας ανομοιόμορφη κατανομή θερμότητας στην άρθρωση.

Αυτές οι συνθήκες δημιουργούν ελαττώματα - burn-through, έλλειψη σύντηξης στη ρίζα της άρθρωσης και ανεπαρκή ελάχιστη διαδρομή διαρροής - που απλά δεν συμβαίνουν στη συγκόλληση ανοιχτού αυλακιού, γι' αυτό το τμήμα ASME IX αντιμετωπίζει το tube-σε-συγκόλληση σωλήνων ως κανονική συγκόλληση φύλλων σωλήνων και όχι ως κανονική συγκόλληση κανόνες συγκόλλησης.

Ποιες είναι οι δύο διαδρομές πιστοποίησης στο τμήμα IX του ASME;

Το ASME Section IX προσφέρει δύο διακριτές διαδρομές για να πληροί τις διαδικασίες συγκόλλησης σωλήνων-σε-συγκολλητές: ένα μοντέλο επίδειξης σύμφωνα με το QW-193 ή μια συμβατική δοκιμή συγκόλλησης με αυλάκωση ή φιλέτο σύμφωνα με το QW-202, με τον ισχύοντα κώδικα κατασκευής να καθορίζει ποια διαδρομή είναι υποχρεωτική.

Σύγκριση διαδρομής προσόντων

Ανά ASME Section IX QW-202.6 and Section VIII Division 1 UW-28(b)/UW-29 (έκδοση 2021). Διαίρεση 2 παρ.. 6.3.4. Οι βασικές μεταβλητές για την πιστοποίηση της διαδικασίας δίνονται στο QW-288. Οι βασικές μεταβλητές απόδοσης-προσόντων συγκολλητή και χειριστή συγκόλλησης δίνονται στα QW-387 και QW-388. Πάντα να επιβεβαιώνετε τις απαιτήσεις της τρέχουσας έκδοσης και τυχόν παρακάμψεις για συγκεκριμένο πελάτη πριν επιλέξετε μια διαδρομή πιστοποίησης.

Και οι δύο βασικοί-πίνακες μεταβλητών ισχύουν σε συνδυασμό με τους πίνακες διεργασιών συγκόλλησης βάσης-. Για παράδειγμα, μια διαδικασία GTAW tube-to-tubesheet πρέπει να ικανοποιεί τόσο τις τυπικές μεταβλητές GTAW στον Πίνακα QW-256 όσο και τις μεταβλητές tube-σε-συγκεκριμένες για κάθε φύλλο σωλήνα στον πίνακα QW-288.1, οι οποίες καλύπτουν στοιχεία όπως το εύρος του σωλήνα και το πάχος του φύλλου σωλήνα, το εύρος της εξωτερικής διάμετρου του σωλήνα και το σχέδιο του σωλήνα.

Πόσες συγκολλήσεις μακέτας απαιτούνται και τι πρέπει να περάσουν;

Όταν χρησιμοποιείται η διαδρομή μοντέλου QW-193, πρέπει να παράγονται τουλάχιστον πέντε συγκολλήσεις και κάθε μία από αυτές πρέπει να περάσει με οπτική εξέταση, δοκιμή διείσδυσης υγρού και μακρο{2}}εξέταση τομής - μία μεμονωμένη αποτυχημένη συγκόλληση ακυρώνει ολόκληρο το μοντέλο και απαιτεί πλήρη εκ νέου συγκόλληση, όχι επισκευή σε σημείο.

Οπτική εξέταση (QW-193.1.1): εκτελείται χωρίς μεγέθυνση, έλεγχος για πλήρη σύντηξη, διαπερατότητα, πορώδες και ρωγμές.

Εξέταση υγρού διείσδυσης (QW-193.1.2): διενεργείται σύμφωνα με την Ενότητα V, Άρθρο 6 της ASME, από εξειδικευμένο προσωπικό, για την ανίχνευση ασυνεχειών θραύσης επιφανειών που δεν είναι ορατές με γυμνό μάτι.

Μακρο-εξέταση τομής (QW-193.1.3): η μακέτα κόβεται μέσω της διαμέτρου της για να εκτεθούν τέσσερις επιφάνειες, στη συνέχεια εξετάζεται με μεγέθυνση 10x έως 20x για να επαληθευτεί η πλήρης σύντηξη, η απουσία ρωγμών και - κρίσιμα - ότι η ελάχιστη διαδρομή διαρροής πληροί την απαίτηση σχεδιασμού.

Το ίδιο το συγκρότημα μοντέλου πρέπει ουσιαστικά να αντιγράφει τη διαμόρφωση της οπής σωλήνα και τον σχεδιασμό της άρθρωσης που θα χρησιμοποιηθεί στην παραγωγή, εντός των ορίων των QW-288 βασικών μεταβλητών - δηλαδή η διάμετρος σωλήνα, το πάχος του φύλλου σωλήνα και η γεωμετρία της άρθρωσης πρέπει να είναι αντιπροσωπευτικά του πραγματικού εναλλάκτη θερμότητας που κατασκευάζεται, όχι απλώς ενός βολικού δοκιμίου.

Ενότητα VIII Τμήμα 1 έναντι Διαίρεσης 2: Πότε είναι υποχρεωτικό το QW-193;

Το ASME Section VIII Division 2 καθιστά υποχρεωτικό το QW-193 mockup για την πιστοποίηση της διαδικασίας συγκόλλησης σωλήνων-, ενώ το τμήμα VIII του τμήματος 1 το αφήνει ως επιλογή του κατασκευαστή και αυτή η διάκριση είναι ένα από τα πιο συνεπακόλουθα και πιο συχνά παρεξηγημένα σημεία σχεδιασμού υφάσματος στον εναλλάκτη θερμότητας.

Ανά ASME Section VIII Division 1 UW-28/UW-29 (έκδοση 2021 και μετά), Section VIII Division 2 para. 6.3.4 και Section I PFT-12. Οι τεχνικές προδιαγραφές του πελάτη επιβάλλουν συχνά το QW-193 ακόμα και όταν ο βασικός κωδικός δεν το απαιτεί - ελέγχετε πάντα την παραγγελία αγοράς και τις προδιαγραφές συγκόλλησης του έργου πριν οριστικοποιήσετε το σχέδιο πιστοποίησης.

Ποια είναι τα πιο κοινά ελαττώματα στις συγκολλήσεις σωλήνων-σε-σωληνοειδών φύλλων;

Τα ελαττώματα που συχνά θέτουν σε κίνδυνο-σε-αρμούς σωλήνα σωλήνα{-τη σύντηξη στη διεπαφή του σωλήνα{-σε-διεπαφή του σωλήνα{-διαμέσου του τοιχώματος-, η ανεπαρκής ελάχιστη διαδρομή διαρροής, το πορώδες{8} και η θερμότητα{8} και η θερμότητα{6} Ο σύνδεσμος σωλήνα συγκολλάται μεμονωμένα με το χέρι ή με τροχιακή κεφαλή, τα ποσοστά ελαττωμάτων τείνουν να αυξάνονται με κόπωση, ασυνεπή εφαρμογή-της άρθρωσης και ανεπαρκή προετοιμασία της επιφάνειας σε μεγάλο αριθμό σωλήνων.

Τρόποι αστοχίας και μέθοδοι ανίχνευσης συμβατές με τις απαιτήσεις του ASME Section IX QW-193.1 και την εμπειρία του κλάδου στον τομέα της κατασκευής και επισκευής εναλλάκτη θερμότητας κελύφους-και σωλήνα.

Η εμπειρία πεδίου σε εφαρμογές ανάκτησης θείου, διύλισης και ψύξης διεργασιών δείχνει ότι οι επαναλαμβανόμενες διαρροές από σωλήνα-σε-σωληνίσκο συχνά εντοπίζονται στην έλλειψη διείσδυσης και στην έλλειψη σύντηξης που παρουσιάστηκαν κατά την αρχική κατασκευή - ελαττώματα που είναι δύσκολο να εντοπιστούν μόνο με το NDE παραγωγής και που τείνουν να αποκαλύπτονται τα ελαττώματα κυκλικής μετάδοσης μόνο μετά από επαναλαμβανόμενες ρίζες.

Πώς επαληθεύεται η ελάχιστη διαδρομή διαρροής (MLP) και γιατί έχει σημασία;

Η ελάχιστη διαδρομή διαρροής είναι η μικρότερη απόσταση, προς οποιαδήποτε κατεύθυνση, από τη ρίζα του σωλήνα-στην-συγκόλληση φύλλου σωλήνα στην πλησιέστερη ελεύθερη επιφάνεια, και έχει σημασία γιατί είναι η διάσταση που καθορίζει εάν μια ισχυρή-συγκολλημένη άρθρωση μπορεί πραγματικά να περιέχει πίεση και να αποτρέπει τη διασταυρούμενη-μόλυνση βάση σχεδιασμού του κοινού.

Το MLP επαληθεύεται με τομή του μοντέλου πιστοποίησης μέσω της διαμέτρου του, εκθέτοντας τη διατομή-συγκόλλησης και μετρώντας τη διαδρομή συγκολλήσεως σε μεγέθυνση 10x έως 20x έναντι του ελάχιστου υπολογισμού από τη βάση σχεδιασμού.

Η μέγιστη πιστωμένη τιμή MLP καλύπτεται στο πάχος του τοιχώματος του σωλήνα, ανεξάρτητα από το πόσο πρόσθετο μέταλλο συγκόλλησης εναποτίθεται πέρα ​​από αυτήν τη διάσταση.

Οι διαμήκεις γρατσουνιές στην εξωτερική επιφάνεια του σωλήνα ή στην οπή του φύλλου σωλήνα αντιμετωπίζονται ως αυξημένος κίνδυνος κατά την αξιολόγηση της μακέτας, επειδή μια γρατσουνιά που εκτείνεται παράλληλα στην άρθρωση μπορεί να δημιουργήσει μια διαδρομή διαρροής που παρακάμπτει εντελώς τη ζώνη σύντηξης συγκόλλησης.

Επειδή το MLP μπορεί να επιβεβαιωθεί καταστροφικά μόνο - ανοίγοντας ένα αντιπροσωπευτικό mockup - επαληθεύεται κατά την πιστοποίηση της διαδικασίας και όχι σε κάθε ένωση παραγωγής. Αυτός είναι ακριβώς ο λόγος για τον οποίο ο πειθαρχημένος, επαναλαμβανόμενος έλεγχος της διαδικασίας κατά τη συγκόλληση παραγωγής είναι τόσο σημαντικός: όταν ένα WPS πιστοποιηθεί με αποδεδειγμένο MLP, οι συγκολλήσεις παραγωγής πρέπει να εκτελούνται εντός του ίδιου βασικού{3}}μεταβλητού φακέλου για να παραμείνουν έγκυρες.

Ποιες μέθοδοι επιθεώρησης εντοπίζουν τα ελαττώματα του σωλήνα-σε-του Tubesheet πριν από την εκκίνηση;

Μια σειρά επιθεώρησης σε στρώσεις - οπτική εξέταση, δοκιμή διεισδυτικού υγρού και δοκιμή διαρροής ηλίου - συλλαμβάνει τη μεγάλη πλειονότητα των ελαττωμάτων σωλήνα-σε-σωληναρίου πριν κλείσει και τεθεί σε λειτουργία μια δέσμη εναλλάκτη θερμότητας, με τη δοκιμή διαρροής ηλίου που προσφέρει την υψηλότερη κοινή ευαισθησία{4}} τύπος.

Πραγματοποιείται οπτική εξέταση σε κάθε συγκόλληση παραγωγής ως πρώτη-διαφανή οθόνη για έγκαυμα-διαμέσου, ατελούς σύντηξης και πορώδους επιφάνειας.

Η δοκιμή διεισδυτικού υγρού, που εκτελείται σύμφωνα με το Άρθρο 6 της Ενότητας V της ASME, ανιχνεύει επιφανειακές ρωγμές-και το πορώδες που δεν είναι ορατό με γυμνό μάτι και εφαρμόζεται συνήθως τόσο στη ρίζα όσο και στο τελικό πέρασμα.

Η δοκιμή διαρροής ηλίου ασκεί πίεση στον εναλλάκτη με 5-10 psi ηλίου και χρησιμοποιεί ένα φασματόμετρο μάζας για να ανιχνεύσει ρυθμούς διαρροής πολύ μικρότερους από αυτούς που μπορεί να επιλύσει μια υδροστατική δοκιμή, επειδή το άτομο ηλίου είναι αρκετά μικρό για να περάσει από ασυνέχειες που δεν περνούν νερό. Αυτή η δοκιμή εκτελείται συνήθως μετά από όλες τις συγκόλληση άκρων-σωλήνων αλλά πριν από τη διαστολή του σωλήνα, έτσι ώστε να αξιολογείται μόνο η συγκόλληση - και όχι η μηχανική διαστολή -.

Καμία μέθοδος δεν καλύπτει όλες τις λειτουργίες ελαττώματος: η οπτική δοκιμή και η δοκιμή διείσδυσης υγρού είναι αποτελεσματικές για επιφανειακές-συνδεδεμένες ασυνέχειες, αλλά η υποεπιφανειακή έλλειψη σύντηξης ή ένα μικρότερο μέγεθος MLP μπορεί να επιβεβαιωθεί μόνο με καταστροφική μακρο-τομή κατά τη διάρκεια της πιστοποίησης. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η δοκιμή πιστοποίησης και η NDE παραγωγής είναι συμπληρωματικές και όχι περιττές. Η πιστοποίηση - αποδεικνύει ότι η διαδικασία είναι ικανή να παράγει έναν υγιή σύνδεσμο και η NDE παραγωγής επιβεβαιώνει ότι η ικανότητα εκτελέστηκε με συνέπεια σε όλο τον αριθμό σωλήνων.

Γιατί η αυστηρότητα της πιστοποίησης έχει μεγαλύτερη σημασία για τις αρθρώσεις σωλήνων-σε{-σωληνωτού φύλλου παρά για τις συνηθισμένες συγκολλήσεις σωληνώσεων;

Η αυστηρότητα της πιστοποίησης σωλήνων-σε{1}}σωλήνα έχει μεγαλύτερη σημασία από ό,τι για τις συνηθισμένες συγκολλήσεις σωληνώσεων, επειδή ένα μόνο συστηματικό ελάττωμα που ανακαλύφθηκε μετά την κατασκευή μπορεί να απαιτήσει εκ νέου-σωλήνωση μιας ολόκληρης δέσμης και επειδή κάθε εναλλάκτης μπορεί να περιέχει εκατοντάδες έως χιλιάδες μεμονωμένες αρθρώσεις συγκολλημένες με την ίδια διαδικασία - που σημαίνει ότι δημιουργείται ένα κακό περιθώριο συγκόλληση, παράγει πολλά.

Ένα ελάττωμα συγκόλλησης στην περιφέρεια σωληνώσεων είναι συνήθως μια μεμονωμένη επισκευή. Αντίθετα, η λειτουργία ελαττώματος σωλήνα-σε-σωλήνα σε φύλλο σωλήνα που οδηγείται από μια λανθασμένη διαδικασία ή μια τεχνική που δεν πληροί τις προϋποθέσεις, είναι συστημική: εάν ο σχεδιασμός της άρθρωσης, η εισροή θερμότητας ή το στάδιο προετοιμασίας της επιφάνειας που προκάλεσε μια αστοχία εφαρμόστηκε με συνέπεια σε όλη τη δέσμη, κάθε σύνδεσμος που συγκολλήθηκε υπό αυτές τις συνθήκες είναι ύποπτος.

Η επένδυση σε ένα κατάλληλα πιστοποιημένο WPS, επαρκώς εκπαιδευμένους και δοκιμασμένους συγκολλητές και μια πειθαρχημένη σειρά επιθεώρησης παραγωγής είναι η διαδρομή χαμηλότερου-κόστους με μεγάλο περιθώριο σε σύγκριση με την ανακάλυψη - μετά την εκκίνηση ή χειρότερα, μετά από αρκετά χρόνια θερμικού κύκλου στην υπηρεσία - ότι ένα μεγάλο μέρος ενός σωλήνα πρέπει να αντικατασταθεί.

Συχνές Ερωτήσεις

Q: Απαιτεί το ASME Section VIII Division 1 QW-193 mockup qualification για συγκολλήσεις σωλήνα-σε φύλλο σωλήνα;

A: Αρ. Το τμήμα 1 αφήνει το QW-193 ως επιλογή του κατασκευαστή. μια δοκιμή συγκόλλησης με αυλάκωση ανά QW-202.2 και QW-202.4 είναι μια αποδεκτή εναλλακτική λύση, εκτός εάν οι τεχνικές προδιαγραφές του πελάτη απαιτούν τη μακέτα διαδρομή.

Q: Πόσοι σωλήνες πρέπει να συγκολληθούν και να ελεγχθούν για να πληρούν τις προϋποθέσεις μια διαδικασία από σωλήνα-σε-σωληνίσκο με μακέτα;

A: Πρέπει να δημιουργηθούν τουλάχιστον πέντε μακέτες συγκολλήσεων και να περάσουν και οι πέντε οπτικές, διεισδυτικές υγρών και μακρο{0}}τομή ανά QW-193.2. Οποιαδήποτε μεμονωμένη αστοχία ακυρώνει ολόκληρο το μοντέλο, απαιτώντας πλήρη επανασυγκόλληση.

Q: Τι είναι το Minimum Leak Path και γιατί καλύπτεται στο πάχος του τοιχώματος του σωλήνα;

A: Η ελάχιστη διαδρομή διαρροής είναι η μικρότερη απόσταση συγκολλήσεως από τη ρίζα συγκόλλησης έως την πλησιέστερη ελεύθερη επιφάνεια. Καλύπτεται στο πάχος του τοιχώματος του σωλήνα επειδή αυτό είναι το φυσικό όριο της διατομής-στεγανής-διαρροής του συνδέσμου, ανεξάρτητα από το πόσο πρόσθετο μέταλλο συγκόλλησης εναποτίθεται.

Q: Μπορεί ένας συγκολλητής να έχει προσόντα σε αυλάκωση με κουπόνι συγκόλλησης σωλήνα-για-αρθρώσεις σωληναρίων κάτω από ένα WPS πιστοποιημένο από το μοντέλο QW-193;

A: Ναι, όταν ο ισχύων κώδικας κατασκευής δεν απαιτεί ο ίδιος το QW-193 για πιστοποίηση απόδοσης. Η πιστοποίηση διαδικασίας και η πιστοποίηση απόδοσης αντιμετωπίζονται ως αμοιβαία αποκλειστικές απαιτήσεις σύμφωνα με την Ενότητα IX της ASME.

Q: Γιατί προτιμάται η δοκιμή διαρροής ηλίου έναντι της υδροστατικής δοκιμής για συγκολλήσεις σωλήνων-σε-σωληνοειδών φύλλων;

A: Το μικρό ατομικό μέγεθος του ηλίου του επιτρέπει να περνά μέσα από ασυνέχειες που δεν θα ανίχνευε μια υδροστατική δοκιμή (νερού), δίνοντας στη δοκιμή διαρροής ηλίου σημαντικά υψηλότερη ευαισθησία για τον εντοπισμό περιθωριακών ή μερικώς συντηγμένων αρθρώσεων σωλήνων-σε-του φύλλου σωλήνα πριν από την εκκίνηση.