1. П: Шта суштински разликује заварене челичне цеви од легуре титанијума и од цеви од чистог титанијума и од конвенционалних челичних цеви, и шта покреће њено усвајање у индустријским применама?
О: Заварене челичне цеви од легуре титанијума представљају хибридну категорију производа која комбинује облогу или облогу од легура титанијума или титанијума са подлогом од структуралног челика, која се обично производи кроз спајање на ролнама, експлозивну облогу или процесе заваривања. Ова конфигурација се разликује и од монолитне титанијумске цеви (где је цела дебљина зида титанијум) и од конвенционалне цеви од угљеника или нерђајућег челика.
Основни предлог вредности лежи у оптимизацији употребе материјала: титанијумски слој пружа изузетну отпорност на корозију на агресивне медије као што су морска вода, хлориди, органске киселине и влажни хлорни гас, док челична подлога пружа механичку чврстоћу, структурни интегритет и економичност. Ова композитна конструкција је посебно корисна у системима цевовода великог{1}}пречника-обично од 6 инча до 48 инча (ДН150 до ДН1200) и даље-где би чврста цев од титанијума била економски превисока због цене материјала (титанијум је 5–10 пута скупљи) и због производње угљеничног челика{10} сложеног пречника{10} производње на бази сложене тежине бешавне или заварене титанијумске цеви.
За разлику од конвенционалних челичних цеви, које се ослањају на додатке корозије или унутрашње превлаке да би се одупрле нападу, цев обложена титанијумом- нуди металуршки везану баријеру која је имуна на механизме деградације-као што су питтинг, корозија у пукотинама и напонска корозија напукнућа уобичајеним{2}халогеним челичним пукотинама у стабилном окружењу без икаквих пукотина. У поређењу са обложеним цевима (где је уметнута лабава титанијумска чаура), заварена обложена цев елиминише ризик од колапса кошуљице у условима вакуума или диференцијалног топлотног ширења, пошто металуршка веза обезбеђује непрекидан интегритет међуфазе.
Усвајање заварених челичних цеви од легуре титанијума је значајно порасло у индустријама у којима се не може преговарати о отпорности на корозију и чврстоћи конструкције-: системима за хлађење морске воде у обалним електранама, морским водама за нафту и гас, судовима за хемијску обраду и системима за одсумпоравање димних гасова (ФГД). У овим применама, композитна цев нуди век трајања преко 30 година уз минимално одржавање, што представља ниже укупне трошкове власништва од алтернативних материјала као што су високо-легирани нерђајући челици (нпр. супер-дуплекс или 6Мо) или не{8}}неметалне алтернативе као што је пластика ојачана влакнима-(ФРП).
2. П: Које су примарне производне методе за производњу заварених челичних цеви од легуре титанијума, и како ове методе утичу на квалитет производа и погодност примене?
О: Производња заварених челичних цеви од легуре титанијума укључује лепљење слоја титанијума-обично степена 1, степена 2 или Гр5 (Ти-6Ал-4В) – на подлогу од угљеничног челика или нисколегираног челика. Три главне производне методе доминирају индустријом, од којих свака нуди различите предности и ограничења.
Формирање плоча обложене експлозијом:Овај процес почиње са експлозивном облогом, где је титанијумски лим металуршки везан за челичну подложну плочу путем контролисане детонације. Добијена обложена плоча се затим формира у цилиндрични облик коришћењем пресовања или ваљања, након чега следи уздужно шавно заваривање и челичне подлоге и титанијумске облоге одвојено. Ова метода производи цеви са изузетним интегритетом везивања-смичном чврстоћом која обично прелази 140 МПа-и погодна је за пречнике од 12 инча до преко 48 инча. Процес везивања експлозијом обухвата дебеле слојеве титанијума (3–12 мм) и посебно је пожељан за судове под притиском и цевоводе великог-пречника где је апсолутна поузданост везе критична. Међутим, то укључује значајне потребе за капиталном опремом и мање је економично за апликације малих-пречника или танких{13}}зина.
Заваривање у колуту и спирално заваривање:За мање до средње пречнике (6–24 инча), све више се користи челични намотај са -везаним титанијумом-. Обложени калем се производи континуираним врућим ваљањем, постижући чврстоћу везе од 100–120 МПа, а затим се формира у цев помоћу спиралног или уздужног заваривања. Овај метод нуди већу ефикасност производње и уже толеранције димензија, што га чини погодним за апликације са умереним-притиском као што су водови за унос морске воде и дистрибуција индустријске воде. Главно ограничење је то што процес везивања у ролни типично производи тању титанијумску облогу (1–3 мм), што може бити недовољно за високо ерозивне или јако корозивне услуге.
Преклоп заваривања (облога):У овој методи, легура титанијума се наноси на унутрашњу површину унапред -формиране челичне цеви коришћењем аутоматизованог заваривања у гасном волфрамовом луку (ГТАВ) или заваривања са преносом плазме (ПТА). Овај приступ је посебно користан за поправке, фитинге и сложене геометрије где је формирање обложених плоча непрактично. Прекривни слој се може нанети у једном или више пута да би се постигла жељена дебљина{3}}отпорна на корозију. Међутим, преклапање заварених шавова уводи зоне захваћене топлотом{5}}које могу да угрозе интегритет везе ако се не контролишу пажљиво, а процес је спорији и скупљи за велику-производњу у поређењу са експлозијом или лепљењем у ролнама.
Без обзира на метод производње, све челичне цеви заварене од легуре титанијума захтевају ригорозно не-деструктивно испитивање (НДЕ). Ултразвучно испитивање (УТ) је обавезно да би се проверио интегритет везе на целом интерфејсу, док радиографско испитивање (РТ) уздужних и ободних заварених спојева обезбеђује чврстину и титанијумске корозионе баријере и челичног структуралног слоја. Избор између ових метода је вођен пречником цеви, радним притиском, озбиљношћу корозије и економским разматрањима, при чему се производи-везани за експлозију типично специфицирају за критични притисак-који садрже апликације и ролне-везене производе за велике-системе за руковање водом.
3. П: Која критична разматрања за заваривање регулишу производњу заварених челичних цеви од легуре титанијума, посебно у погледу прелаза различитог метала између титанијума и челика?
О: Заваривање челичних цеви заварених легура титанијума представља јединствене изазове јер су два саставна материјала -титанијум и челик- суштински некомпатибилни за директно заваривање фузијом. Директно заваривање титанијума за челик доводи до формирања крхких интерметалних фаза (првенствено ТиФе и ТиФе₂) које чине спој у суштини неупотребљивим за структуралне примене или апликације за{3}}одржавање притиска. Сходно томе, поступци заваривања морају бити пажљиво осмишљени како би се одржао интегритет сваког материјала док се спречило мешање на прелазу.
Стандардни приступ у индустрији користи атроструки{0}}конфигурација заваривањана сваком зглобу:
Заварени-челик{1}}челик:Подлога од угљеничног или ниско{0}}легираног челика се заварује коришћењем конвенционалних процеса електролучног заваривања (СМАВ, ГМАВ или САВ) са одговарајућим или преклапајућим потрошним материјалом према АСМЕ Одељку ИКС. Овај завар обезбеђује структурну чврстоћу споја.
Завар од титанијума-на-титанијум:Титанијумска облога је заварена одвојено коришћењем гасног волфрамовог електролучног заваривања (ГТАВ) са заштитом од чистог аргона (примарно и задње прочишћавање). ЕРТи-2 или ЕРТи-5 пунило се бира на основу квалитета титанијума. Строга покривеност инертним гасом – која се протеже на пратеће штитове и бране за прочишћавање – је неопходна да би се спречила атмосферска контаминација, која би изазвала кртост и губитак отпорности на корозију.
Међуслојни или прелазни спој:Између титанијумске облоге и челичне подлоге, прелазна зона је успостављена коришћењем префабрикованог прелазног споја од титанијума{0}}челичног челика (обично се производи преко
експлозијско везивање) или геометријски распоређену конфигурацију заваривања која елиминише директно спајање титана-на-челик. У префабрикованим прелазним спојевима, експлозивно-повезани интерфејс пружа металуршки звучну баријеру, омогућавајући да се челична страна заварује на челичну подлогу, а титанијумска страна да се завари за титанијумску облогу без мешања.
Додатна разматрања укључују:
Контрола уноса топлоте:Прекомерна топлота током заваривања челика може смањити отпорност титанијумске облоге на корозију и интегритет везе. За заштиту титанијумског слоја често се користе подложни прстенови или хладњаци.
инспекција:Сви титанијумски завари захтевају 100% радиографско или пенетрантско испитивање да би се открила порозност, недостатак фузије или контаминација. Челични заварени спојеви се обично испитују радиографским или ултразвучним методама према важећим кодовима.
Термичка обрада након{0}заваривања (ПВХТ):Ако челична подлога захтева ослобађање од напрезања (уобичајено за угљенични челик у киселој употреби или апликацијама са дебелим{0}}зидовима), температура изложености титанијумске облоге мора бити ограничена. Механичка својства титанијума опадају изнад приближно 540 степени, а ПВХТ изнад овог прага може да произведе слој кртости у алфа{3}} случају. У таквим случајевима, примењују се локализовани ПВХТ или алтернативни избори материјала (нпр. нормализовани типови челика који не захтевају термичку обраду након -заваривања).
Квалификоване спецификације поступка заваривања (ВПС) и квалификације заваривача према АСМЕ Одељак ИКС или АВС Д1.6 (код структуралног заваривања за титанијум) су обавезне, при чему заваривачи обично захтевају одвојене квалификације за ГТАВ процесе заваривања титанијума и заваривање челика.
4. П: Како се захтеви за инспекцију и осигурање квалитета за заварене челичне цеви од легуре титанијума разликују од оних за монолитне титанијумске или конвенционалне челичне цеви?
О: Хибридна природа заварених челичних цеви од легуре титанијума намеће двослојни режим инспекције и обезбеђења квалитета (КА) који је знатно сложенији од монолитних титанијумских или конвенционалних челичних цеви. КА програми морају се бавити интегритетом три различита елемента: челичног структурног слоја, титанијумске корозионе баријере и металуршке везе између њих.
Сертификација сировина:Свака обложена плоча или калем мора бити праћена сертификованим извештајима о испитивању у млину (МТР) који документују и компоненте од титана и челика. За експлозивно{1}}вељене материјале, додатно испитивање укључује ултразвучно испитивање споја споја према АСТМ А578 или сличним стандардима, са критеријумима прихватања који захтевају потпуни континуитет везе (нема невезаних области које прелазе одређене димензије). Испитивање чврстоће на смицање-обично према АСТМ А264-потврђује да веза испуњава минималне захтеве (обично 140 МПа за титанијум/челик повезан са експлозијом).
Инспекција производње:Током формирања цеви и заваривања, тачке инспекције се множе:
Толеранције димензија:И челична подлога и титанијумска облога морају одржавати одређене дебљине зида. Ултразвучно мерење дебљине потврђује да дебљина облоге остаје унутар дозвољених толеранција (обично -0% до +15% номиналне).
Интегритет везе:Ултразвучно-тестирање интерфејса од титанијума-челика у пуној дужини је обавезно за критичне примене. Одвојене површине које прелазе 1% укупне површине или било које појединачно одвајање веће од 50 цм² обично изазивају одбацивање или поправку.
Контрола заваривања:Титанијумски завари се подвргавају 100% радиографском тестирању (РТ) или испитивању пенетрантима (ПТ) због осетљивости титанијума на контаминацију и недостатка-дефекта{2}}фузије. Челични заварени спојеви се испитују према захтевима АСМЕ Б31.3, обично са РТ или УТ за апликације које садрже{5}}притисак.
Пост{0}}Тестирање производње:Завршени калемови цеви често захтевају хидростатичко испитивање при 1,5× пројектованом притиску. Током хидротестирања, интегритет титанијумске облоге се индиректно проверава кроз задржавање притиска, мада свако цурење указује на квар титанијумске корозивне баријере-што је неприхватљив исход који обично захтева замену калема уместо поправке.
следљивост:Свеобухватна следљивост материјала је обавезна, са топлотним бројевима и за титанијумске и за челичне компоненте документоване током производње. За апликације регулисане АСМЕ Одељак ВИИИ, Одељак 1 или Одељак ИИИ (нуклеарни), КА програм мора додатно да буде у складу са АСМЕ НКА-1 или сличним захтевима за осигурање квалитета нуклеарног материјала.
Кумулативни ефекат ових инспекција и захтева за осигурање квалитета је да трошкови производње заварених челичних цеви од легуре титанијума могу премашити трошкове еквивалентних цеви од угљеничног челика за фактор 3–5. Међутим, за критичне услуге против корозије, инвестиција је оправдана осигурањем дуготрајног-интегритета-захтева који се огледа у конзервативном усвајању инспекцијских протокола у индустрији који практично не остављају нерешене начине квара.
5. П: У којим индустријским применама заварене челичне цеви од легуре титанијума нуде најубедљивију вредност у односу на алтернативе као што су чврсти титанијум, високо{1}}легирани нерђајући челик и неметални цевоводи?
О: Понуда вредности заварених челичних цеви од легуре титанијума је најубедљивија у применама где се спајају три услова: агресивни корозивни медијум, повишене температуре или притисци, и системи цевовода великог -пречника или продужене{1}} дужине. У овим сценаријима, хибридна конструкција пружа перформансе корозије које се приближавају чврстом титанијуму уз делић инсталиране цене.
Системи за хлађење морске воде у производњи електричне енергије:Обалне нуклеарне и термоелектране користе огромне количине морске воде за хлађење кондензатора. Титанијум{1}}челична цев обложена титанијумом-типично 2 степена титанијума преко угљеничног челика-постала је референтни стандард за системе за циркулацију воде (ЦВС) и усисне структуре. У поређењу са -челиком обложеним гумом (који пати од квара облоге), ФРП-ом (који има ограничену отпорност на ватру и мању механичку чврстоћу) и високо{7}}легираним нерђајућим челиком (подложним корозији у пукотинама у топлој морској води), челик обложен титанијумом- нуди доказани радни век који прелази 40 година уз минимално одржавање. За постројења са усисним цевима пречника 72-инча које се протежу стотинама метара од обале, предност у трошковима у односу на чврсти титанијум је знатно – често 60–70% нижа само у цени материјала.
Производња нафте и гаса на мору:У горњим цевоводима, подморским проточним цевоводима и успонима који рукују произведеном водом или киселином (садрже Х₂С и ЦО₂), челик обложен титанијумом- пружа јединствену комбинацију отпорности на корозију и чврстоће структуре. Гр5 титанијумска облога (Ти-6Ал-4В) се понекад специфицира због своје супериорне отпорности на ерозију у води напуњеној песком-, док подлога од угљеничног челика обезбеђује снагу потребну за задржавање дубоког притиска. Алтернативе као што су чврсте легуре{10}}отпорне на корозију (ЦРА)-Инцонел 625 или супер-дуплексни нерђајући челик-знатно су скупље и представљају сложеност заваривања упоредиву са обложеним цевима, док неметална решења немају структурни капацитет за динамичку услугу у дубокој води.
Системи за одсумпоравање димних гасова (ФГД):Термоелектране{0}}на угаљ и индустријски објекти користе ФГД пречистаче за уклањање сумпор-диоксида из димних гасова. Резултирајућа средина-са високим садржајем хлорида, ниским пХ и температурама које се крећу од амбијенталне до 150 степени -је међу најкорозивнијим у индустријској преради. Челични димњаци-обложени титанијумом, канали и апсорберске посуде имају померени угљенични челик-обложен гумом (који пати од термичке деградације) и високо{8}}легуре никла (које су-прескупе за велике-инсталације). Слој титанијума пружа отпорност и на општу корозију и на локализовани напад, док челична подлога подноси структурна оптерећења високих стубова и канала великог-пречника.
Хемијска обрада:У хло-алкалним постројењима, титанијум-челични цевоводи обложени хлором, раствором соли и каустичним растворима-окружењима где чак и нерђајући челик високог{3}}окружења брзо покваре. Слично, у производњи органске киселине (нпр. терефтална киселина), челик обложен титанијумом- нуди супериорну отпорност на корозију изазвану бромидом-у поређењу са цирконијумом или танталом по знатно нижој цени.
У свакој од ових примена, избор заварених челичних цеви од легуре титанијума је оправдан анализом трошкова животног циклуса (ЛЦЦА) која узима у обзир почетне трошкове материјала и производње, предвиђене интервале одржавања и пројектовани радни век. Док почетни капитални издаци премашују конвенционални челик са великом маржом, елиминација додатака на корозију, замена премаза и непланирани застоји резултирају укупним трошковима власништва који рутински фаворизују решење за облагање у периоду од 20 до 30 година рада.
