Hitsauspäällys nikkelilejeeringeillä: Hiiliteräksen pinnoite korroosionkestävyyttä varten

Hitsauspäällystys -, jota kutsutaan myös hitsauspäällysteeksi tai kovapintaiseksi - on todistettu, koodin-yhteensopiva menetelmä korroosionkestävän-nikkeliseoskerroksen levittämiseksi hiiliteräs- tai niukka{4}}seosteiselle teräspinnalle. Tulos: hiiliteräksen mekaaninen lujuus ja alhaiset kustannukset yhdistettynä nikkeliseosten korroosionkestävyyteen - 40–60 % alhaisemmilla materiaalikustannuksilla kuin kiinteästä nikkeliseoksesta valmistettu rakenne. Tässä artikkelissa kerrotaan, milloin hitsauspäällys on oikea valinta, mitä nikkeliseoksia käytetään, mitä standardeja sovelletaan ja kuinka päällys määritetään oikein.

Weld Overlay with Nickel Alloys

Nikkeliseoksia sisältävä hitsauspinnoite on alan -standardiratkaisu paineastioihin, lämmönvaihtimiin ja putkistokomponentteihin, joiden on kestettävä hapan kaasun (H₂S), kloridien, happojen ja korkean lämpötilan hapettumisen - aiheuttamaa korroosiota - ilman kiinteän metalliseoksen valmistuskustannuksia.

Hitsauspinnoite on prosessi, jossa kerrostetaan yksi tai useampi kerros korroosionkestävää metalliseosta (tyypillisesti nikkeli-pohjaista) halvemman perusmetallin (tyypillisesti hiiliteräksen tai niukka-seosteisen teräksen) pinnalle kaarihitsausmenetelmiä käyttäen. Päällyskerros -, joka on tyypillisesti 3–6 mm paksu -, toimii esteenä syövyttävän prosessinesteen ja rakenteellisen perusmetallin välillä.

Miksi käyttää peittoa kiinteän metalliseoksen sijaan?

Taulukko. Kustannusten ja tehokkuuden vertailu - Kiinteä seos vs. hitsauspäällysrakenne


Parametri	Kiinteä nikkeliseos	Hiiliteräs + Ni{1}}seospäällyste	Kustannussäästöt	Suorituskyky
Materiaalikustannukset ($/kg, tyypillinen)	$35–60	8–12 $ (CS) + 15–25 $ (peittokuva)	40-60 % pienempi	Vastaava korroosionkestävyys
Valmistusaika	Pidempi (vaikea hitsata)	Lyhyempi (CS hitsaa helposti)	20-30 % nopeampi	Sama käyttöikä
Suunnittelukoodin noudattaminen	ASME VIII, ASME B31.3	ASME VIII, ASME B31.3	Sama	Sama
Tyypillinen peitteen paksuus	Ei käytössä (kiinteä)	3–6 mm (2–3 kerrosta)	N/A	Korroosiokorvaus sisältyy hintaan
Korjaus ja huolto	Vaikea (halkeama{0}}herkkä)	Helpompi (peittokuva voidaan{0}}lisätä uudelleen)	Pienemmät elinkaarikustannukset	Pidempi käyttöikä
Paino	Korkeampi (tiheys 8,4–8,9 g/cm³)	Alempi (CS-tiheys 7,85 g/cm³)	5-10 % kevyempi	Sama paineluokitus

Lähde: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1 (2023); ASME B31.3 Process Piping (2022); Special Metals Corporationin hitsaustuotteiden luettelo (2023); Haynes Internationalin "korroosion{5}}kestävät metalliseokset" tekniset tiedot; JN Alloysin sisäinen kustannusanalyysi vuosille 2024–2025.

Suurissa-halkaisijaisissa astioissa, lämmönvaihtimen kuorissa ja putkikeloissa, joissa korroosion vaikutus rajoittuu sisäpintaan, hitsauspäällystys antaa saman korroosiokyvyn kuin kiinteä seos 40–60 % alhaisemmilla materiaalikustannuksilla.

Kaikki nikkeliseokset eivät sovellu hitsauspäällystykseen. Päällystysmateriaalin on oltava hitsattavaa, yhteensopivaa hiiliteräslaimennuksen kanssa ja kestävää erityistä syövyttävää ympäristöä. Kaksi metalliseosta hallitsee alaa: Alloy 625 (UNS N06625) ja Alloy C-276 (UNS N10276).

Seoksen valinta korroosioympäristön mukaan

Taulukko. Nikkeliseospäällystemateriaalit - Korroosioympäristön valintaopas


metalliseos (UNS)	Keskeiset seosaineet	Ensisijainen korroosionkestävyys	Tyypillisiä peittosovelluksia	Hitsausprosessi	ASME P-Numero
Alloy 625 (N06625)	Ni-22Cr-9Mo-3,5Nb	Hapetus, kloridipiste, H₂S, merivesi	Kaivonpäälaitteet, vedenalaiset liittimet, paineastiat	GTAW, GMAW, FCAW, SAW	P-Ei. 43
Alloy C-276 (N10276)	Ni-16Cr-16Mo-4W	Pelkistävät hapot, HCl, H2SO4, kloori, hapan kaasu	Kemialliset reaktorit, pesurit, FGD-järjestelmät, happoputket	GTAW, GMAW, FCAW, SAW	P-Ei. 44
Alloy C-22 (N06022)	Ni-22Cr-13Mo-3W	Voimakkaat sekahapot, hypokloriitti, märkä kloori	Lääketeollisuus, sellu ja paperi, jätteenpoltto	GTAW, GMAW	P-Ei. 44
Alloy 825 (N08825)	Ni-22Cr-42Fe-3Mo-1Ti	Hapan kaasu (H2S), rikki/fosforihappo	Kaivoputket, kaasunkäsittely, lämmönvaihtimet	GTAW, GMAW	P-Ei. 45
Alloy 600 (N06600)	Ni-16Cr-8Fe	Korkean lämpötilan-hapetus, nitridointi, emäs	Uunien komponentit, lämpökäsittelykorit	GTAW, GMAW	P-Ei. 43
Alloy X (N06002)	Ni-22Cr-18Fe-9Mo	Hapetus 1100-1200 asteessa, hiiletys	Polttokammiot, kaasuturbiinien komponentit	GTAW, GMAW	P-Ei. 43
Alloy 59 (N06059)	Ni-23Cr-16Mo-1Fe	Äärimmäiset pelkistävät hapot, HCl, H2SO4-seokset	Kemiallinen prosessi, saastumisen valvonta	GTAW, GMAW	P-Ei. 44

Lähde: Special Metals Corporation 'INCONEL® Alloy 625' ja 'INCONEL® Alloy 725' Data Sheets (2023); Haynes International 'HASTELLOY® C-276 Alloy' tekniset tiedot (2023); ASME:n kattila- ja paineastiakoodiosasto IX (2023) QW-422 P-numeroryhmä; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015.

Kemiallisen koostumuksen vertailu

Taulukko. Yleisten nikkeliseospäällystemateriaalien kemiallinen koostumus (paino-%, tyypillinen)


metalliseos (UNS)	Ni	Cr	Mo	Fe	W	Huom	Ti	C (max)
Alloy 625 (N06625)	58–63	20–23	8–10	Pienempi tai yhtä suuri kuin 5	-	3.15–4.15	Pienempi tai yhtä suuri kuin 0,4	0.10
Alloy C-276 (N10276)	Saldo	14.5–16.5	15–17	4–7	3–4.5	-	-	0.01
Alloy C-22 (N06022)	Saldo	20–22.5	12.5–14.5	2–6	2.5–3.5	-	-	0.015
Alloy 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)	Saldo	20.5–23	8–10	17–20	0.2–1.0	-	-	0.05–0.15
Alloy 59 (N06059)	Saldo	22–24	15–16.5	Pienempi tai yhtä suuri kuin 1,5	-	-	-	0.01

Lähde: ASTM B443 (seos 625); ASTM B575 (seos C-276, C-22, 59); ASTM B425 (seos 825); ASTM B168 (seos 600); ASTM B435 (seos X); Special Metalsin ja Haynes Internationalin tiedot (2023).

Alloy 625 on oletusvalinta merivesi-, kloridi- ja hapankaasupalvelulle (H₂S). Seos C-276 on oletusvalinta happojen (HCl, H2SO4) ja vaikeiden kemiallisten ympäristöjen pelkistämiseen. Rajatapauksissa katso NACE MR0175 / ISO 15156-3 ja suorita korroosiotesti.

Hitsausprosessin valinta vaikuttaa pinnoitteen laatuun, laimennusnopeuteen, saostusnopeuteen ja hintaan. Kriittisille painelaitteille GTAW (TIG) ja GMAW (MIG) ovat yleisimmät valinnat. FCAW ja SAW tarjoavat suuremman tuottavuuden suurille-alueille.

GTAW and GMAW for High-Integrity Overlay

Prosessien vertailu nikkelilejeeringin päälle

Taulukko. Nikkeliseospäällysteen hitsausprosessit - Laadun ja tuottavuuden vertailu


Käsitellä	Laimennusaste	Laskeumaaste	Paras sovellus	asema	Taitotaso	Maksaa
GTAW (TIG)	10–25%	0,5-1,5 kg/h	Ensimmäinen kerros, juurenkulku, ohut peite, pieni halkaisija	Kaikki asennot	Korkea	Korkea
GMAW (MIG)	20–30%	2-4 kg/h	Täyttö- ja korkkikerrokset, keskipaksu{0}}peittokuva	Tasainen, vaakasuora	Keskikokoinen	Keskikokoinen
FCAW (virtaus-ydin)	20–35%	3-6 kg/h	Laaja-peittoalue, ei--kriittiset sovellukset	Tasainen, vaakasuora	Keskikokoinen	Matala
SAW (Submerged Arc)	30–50%	5-15 kg/h	Suuret alukset, raskaat verhoukset, korkea tuottavuus	Vain tasainen	Keskikokoinen	Alin
PAW (plasmakaari)	5–15%	1-3 kg/h	Tarkkuuspäällystys, automatisoidut järjestelmät	Tasainen, koneellinen	Korkea	Korkea
Laserpinnoitus	5–10%	1-5 kg/h	Tarkka korjaus, ohut kerros, minimaalinen laimennus	Tasainen, koneellinen	Korkea	Erittäin korkea

Lähde: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section IX (2023); AWS D1.6/D1.6M-22 'rakennehitsauskoodi ruostumaton teräs'; Erikoismetallien nikkelimetalliseosten hitsausohjeet (2023); Lincoln Electricin "Nickel Alloy Welding Products" tekninen opas (2023).

Laimentamisen hallinta on kriittinen peittokuvan suorituskyvyn kannalta

Laimennus tapahtuu, kun perusmetalli (hiiliteräs) sulaa ja sekoittuu täytemetalliin (nikkeliseos). Liiallinen laimennus vähentää päällysteen korroosionkestävyyttä alentamalla kriittistä metalliseospitoisuutta (Cr, Mo, Nb). Alloy 625 -päällysteen rautapitoisuus tulee pitää alle 10 % ensimmäisessä kerroksessa; C-276:lle alle 7 %.

Taulukko. Suurin sallittu laimennus - rautapitoisuuden rajat seoksen mukaan


Metalliseos	Peittokuvan enimmäismäärä (paino-%)	Peittokuvan Cr:n vähimmäismäärä (paino-%)	Peittokuvan vähimmäismäärä (paino-%)	Suositeltu prosessi
Seos 625	pienempi tai yhtä suuri kuin 10 %	Suurempi tai yhtä suuri kuin 18 %	suurempi tai yhtä suuri kuin 7 %	GTAW tai GMAW ensimmäiselle kerrokselle; FCAW/SAW täyttöä varten
Seos C-276	Vähemmän tai yhtä suuri kuin 7 %	suurempi tai yhtä suuri kuin 14 %	suurempi tai yhtä suuri kuin 14 %	GTAW ensimmäiselle kerrokselle; GMAW/FCAW täyttöön
Seos C-22	pienempi tai yhtä suuri kuin 6 %	Suurempi tai yhtä suuri kuin 19 %	suurempi tai yhtä suuri kuin 11 %	GTAW tai GMAW kaikille kerroksille
Seos 825	Vähemmän tai yhtä suuri kuin 15 %	suurempi tai yhtä suuri kuin 20 %	Suurempi tai yhtä suuri kuin 2,5 %	GTAW tai GMAW
Seos 600	pienempi tai yhtä suuri kuin 10 %	suurempi tai yhtä suuri kuin 14 %	N/A	GTAW tai GMAW

Lähde: Special Metals 'INCONEL® Alloy 625:n hitsausohjeet' (2023); Haynes International "HASTELLOY® C-276 Alloyn hitsaus ja valmistus" (2023); ASME Section IX QW-404.12 "Täytemetallin laimennus"; AWS A5.14/A5.14M:2018 "Nikkeli- ja nikkeliseoksesta valmistettujen paljashitsauselektrodien ja -tankojen tekniset tiedot."

Käytä GTAW:ta (TIG) ensimmäiseen kerrokseen laimentumisen minimoimiseksi ja kemian vaatimustenmukaisuuden varmistamiseksi. Käytä GMAW-, FCAW- tai SAW-kerrosta seuraaviin kerroksiin tuottavuuden lisäämiseksi. Tarkista aina peittokemia PMI:llä (Positive Material Identification) tai laboratorioanalyysillä.

Vähimmäiskerroksen paksuutta säätelevät korroosionvara, laimennussyvyys, hitsausprosessin kyky ja koodivaatimukset. Useimmissa paineastioissa ja putkissa 3–6 mm (2–3 kerrosta) on vakiona. Ohuemmat peitteet vaarantavat läpimurron; paksummat päällysteet lisäävät kustannuksia ja voivat aiheuttaa jäännösjännitysongelmia.

Paksuuden suunnitteluohjeet

Taulukko. Peittokerroksen paksuussuunnittelu - Suositellut arvot sovelluksen mukaan


Sovellus	Korroosion vakavuus	Vähimmäispaksuus (mm)	Tyypilliset kerrokset	Koodiviite	Huomautuksia
Paineastiat (yleinen)	Kohtalainen (ei H₂S)	3.0	2 kerrosta	ASME VIII Div{0}} UG-16	1,5 mm min koneistuksen jälkeen
Hapan kaasupalvelu (H₂S)	Vaikea (NACE MR0175)	4.0–5.0	2-3 kerrosta	NACE MR0175 / ISO 15156	Varmista, että kovuus on pienempi tai yhtä suuri kuin 22 HRC
Meriveden lämmönvaihtimet	Korkea Cl⁻ pistemäinen	4.0	2-3 kerrosta	ASME VIII + käyttäjätiedot	Käytä metalliseosta 625 tai 825
Happaman kaasun absorptiokolonnit	Vaikea (HCl, H₂SO4)	5.0–6.0	3 kerrosta	ASME VIII + käyttäjätiedot	Käytä metalliseosta C-276 tai C-22
Merenalainen kaivonpäälaitteet	Vaikea + HPHT	5.0–6.0	3 kerrosta	API 6A, API 17D	Käytä Alloy 625:tä, varmista PMI
FGD (savukaasujen rikinpoisto)	Vaikea (märkä SO₂, HCl)	5.0	3 kerrosta	Käyttäjän määrittely	Käytä metalliseosta C-276 tai C-22
Katalyyttiset reformaattorit	Korkean lämpötilan{0}}hapetus	4.0	2-3 kerrosta	API 560 / käyttäjä sp	Käytä Alloy 600 tai X

Lähde: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1 (2023) UG-16 'Seinän vähimmäispaksuus'; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 'Öljy- ja maakaasuteollisuus – materiaalit käytettäväksi H₂S-pitoisissa ympäristöissä'; API 6A (21. painos, 2024) "Wellhead and Tree Equipment"; API 17D (3. painos, 2021) "Merenalaisten tuotantojärjestelmien suunnittelu ja käyttö".

Korroosiokorvauslaskenta

Pintakerroksen paksuuteen tulee sisältyä: (1) korroosiovara (yleensä 1,5-3,0 mm 10-20 vuoden käyttöiällä), (2) koneistusvara (0,5-1,0 mm pinnan viimeistelyssä) ja (3) laimennusvyöhykkeen paksuus (1,0-1,5 mm ensimmäisellä kerroksella).

Taulukko. Päällyskerroksen paksuuden jakautuminen - Korroosiorajoitukset ja valmistustoleranssit


Paksuuskomponentti	Tyypillinen alue (mm)	Tarkoitus	Valvontamenetelmä	Vakioviite
Korroosiovara	1.5–3.0	Materiaalihävikki suunnittelun käyttöiän aikana	Prosessisuunnittelun spesifikaatio	ASME VIII UG-25
Työstölisä	0.5–1.0	Pinnan viimeistely, NDE-käsittely	Koneistustoleranssi	ASME B46.1
Laimennusvyöhyke	1.0–1.5	Ensimmäinen kerros sekoitettuna epäjaloa metallia	Hitsausmenetelmä (PQR)	ASME IX QW-404
Minimi sound metal	0.5–1.0	Turvamarginaali laimennoksen yläpuolella	UT tai RT tarkastus	ASME V Artikla 4
Kokonaismitoituspaksuus	3.5–6.5	Yllä olevien komponenttien summa	Tekninen suunnittelu	Hankkeen erittely

Lähde: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div{0}} UG-25 'Corrosion Allowance'; ASME B46.1-2019 "Pinnan rakenne (pinnan karheus, aaltoilu ja kerros)"; ASME Section V artikla 4 "Ultraäänitutkimusmenetelmät hitseille"; ASME:n osio IX "Hitsaus, juotto ja sulatus".

Johtopäätös:Useimmille sovelluksille määritä 3,0 mm:n minimipäällyspaksuus koneistuksen jälkeen. Vakavissa korroosioympäristöissä (hapan kaasu, hapot, merivesi) määritä 4,0–5,0 mm. Sisällytä aina korroosiovara suunnitteluerittelyyn.

Koska päällyskerros on ohut (3–6 mm) ja korroosionkestävyys riippuu tarkasta kemiasta, laadunvalvonta on tärkeämpää kuin umpimetallirakenteessa. Jokainen peittokuva on tarkistettava positiivisella materiaalitunnisteella (PMI) ja tarkastettava ultraäänitestauksella (UT) tai radiografisella testillä (RT).

Nickel Alloys PMI Verification and NDE

Hitsauspeitteen tarkastusvaatimukset

Taulukko. Nikkeliseoksesta valmistettujen hitsauspäällysteiden laadunvalvontatestit


Testata	Tarkoitus	Menetelmä	Hyväksymiskriteerit	Taajuus	Vakio
PMI (positiivinen materiaalitunnus)	Tarkista peittoaineen kemia	XRF tai OES	Cr, Mo, Nb spesifikaation sisällä; Fe Pienempi tai yhtä suuri kuin raja	100 % peittopinnasta	ASTM E1621
Ultraäänitestaus (UT)	Havaitse fuusion puute, huokoisuus	Suora tai kulmapalkki	Ei merkkejä > 20 % DAC	100 % peittoalueesta	ASME V Art. 4, 5
Radiografinen testaus (RT)	Tunnista sisäiset viat	röntgen- tai gammasäde	ASME VIII UW-51 mukaan	Spot tai 100% määritellyn mukaan	ASME V Art. 2
Nestemäinen tunkeutuva aine (PT)	Tunnista pinnan halkeamat	Näkyvä tai fluoresoiva väriaine	No linear indications > 1.5 mm	100 % peittopinnasta	ASME V Art. 6
Kovuustesti	Tarkista NACE MR0175:n noudattaminen	Kannettava kovuusmittari	Vähemmän tai yhtä suuri kuin 22 HRC (hapan palvelu)	Per NACE MR0175 Taulukko A.1	ASTM E10 / E18
Ferriittinumero (jos sovellettavissa)	Ei vaadita Ni{0}}seospeittokuvassa	Ferriittimittari	Ei käytössä (austeniittista)	N/A	ASTM A342
Metallografinen tutkimus	Tarkista mikrorakenne, laimennus	Poikkileikkaus-etch	Ei halkeamia, huokoisuutta tai liiallista laimentumista	Menettelyn pätevyys	ASTM E3, E407

Lähde: ASTM E1621-21 'Standard Guide for Elemental Analysis by Wavelength Dispersive X-Sädefluoresenssispektrometria'; ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section V (2023) artiklat 2, 4, 5, 6; ASME Section VIII Div. 1 UW-51 "Hitsien radiografinen tutkimus"; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 Taulukko A.1 "Hiili- ja niukkaseosteisten terästen kovuusvaatimukset".

Yleisimmät viat ja niiden syyt

Taulukko. Yleiset hitsauspinnoitteen viat - Syyt ja ehkäisy


Vika	Ulkonäkö	Perimmäinen syy	Ennaltaehkäisy	Havaitsemismenetelmä
Fuusion puute	Lineaarinen ilmaisin rajapinnassa	Riittämätön lämmöntuotto, huono tekniikka	Lisää ampeeria, oikea ajonopeus	UT, RT
Huokoisuus	Päällystyksessä pyöreät kaasutaskut	Saastuminen (öljy, kosteus, oksidi)	Puhdista perusmetalli, käytä kuivaa täyteainetta, kunnollista kaasusuojaa	RT, UT
Kuuma halkeilu	Rakeiden välisiä halkeamia päällysteessä	Suuri pidättyvyys, väärä helmien järjestys	Säädä lämmöntuottoa, oikea liitossuunnittelu	PT, VT, metallografia
Liiallinen laimennus	Matala Cr/Mo peittokuvassa	Suuri lämmöntuotto, väärä tekniikka	Pienennä ampeeria, käytä GTAW:ta ensimmäiseen kerrokseen	PMI, kemiallinen analyysi
Volframi sisällytys	Peittokuvassa kirkkaita hiukkasia	GTAW-elektrodi koskettaa hitsausallasta	Säilytä oikea erotus, käytä asianmukaista elektrodia	RT, VT
Kuonan sisällyttäminen	Epäsäännölliset tummat täplät	Väärä passien välinen puhdistus (FCAW, SAW)	Puhdistus käyntien välillä, oikea juoksutteen käsittely	RT, UT
Undercut	Ura hitsin varressa	Liiallinen virta, väärä tekniikka	Pienennä ampeeria, oikea polttimen kulma	VT, PT

Lähde: AWS D1.6/D1.6M-22 'Structural Welding Code-Stainless Steel'; Erikoismetallien nikkelimetalliseosten hitsausohjeet (2023); ASME:n jakso IX QW-190 "Hitsien tarkastus ja korjaus".

Päällystyskemian PMI-tarkastus on pakollinen jokaisessa työssä. UT- tai RT-tarkastus vahvistaa liitoksen eheyden. Hapan palvelua varten NACE MR0175 edellyttää kovuustestausta. Kaikki tarkastustulokset on dokumentoitava materiaalitestiraporttiin.

Hitsauspäällystys ei ole "vaihtoehtoinen" menetelmä - se on nimenomaisesti tunnistettu ja ASME-suunnittelukoodien ohjaama. Päällyskerros voidaan laskea korroosionvaraiseksi, mutta ei painetta-pitäväksi paksuudeksi, ellei sitä ole erityisesti hyväksytty ja dokumentoitu.

Koodivaatimukset hitsauspäälle

Taulukko. ASME-koodivaatimukset hitsauspäällysteen rakentamiselle


Koodi	Kohta	Vaatimus	Pintakäsittely	Tärkeimmät huomautukset
ASME VIII Div. 1	UG-16, UW-42	Vähimmäispaksuus, hitsausmenetelmä	Peittokerroksen korroosiovara =	Päällys ei sisälly painesuunnitteluun
ASME VIII Div. 1	UCL-30 - UCL-46	Päällystetyt ja hitsatut päällysteastiat	Peitto voidaan sisällyttää, jos se on pätevä	On täytettävä UCL-30 vaatimukset
ASME VIII Div. 2	Osa D, artikla D.11	Päällystetty ja hitsattu päällys	Samanlainen kuin Div. 1	Peittokuvaa varten vaaditaan-analyysi-
ASME B31.3	Kohta. 323.4.2	Päällystetut ja hitsatut putket	Peittokerroksen korroosiovara =	Päällystystä voidaan käyttää paineeseen, jos se on pätevä
ASME B31.3	Kohta. 328.5.1	Hitsauspäällystysprosessi	Täytyy olla ASME IX:n mukainen	PQR vaaditaan jokaisessa peittoprosessissa
ASME IX	QW-214, QW-283	Hitsauspäällystysprosessin pätevyys	Overlay PQR vaatii kemiallisen analyysin	Laimennusvalvonta on esitettävä
NACE MR0175	ISO 15156-3	Happamat palvelumateriaalit	Peitto on hyväksyttävä CS-pohjalle	Kovuus Vähemmän tai yhtä suuri kuin 22 HRC, hyväksytty menettely

Lähde: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1 (2023) UG-16, UW-42, UCL-30 – UCL-46; ASME:n kattila- ja paineastiakoodin osio VIII jako. 2 (2023), osa D, artikla D.11; ASME B31.3-2022 "Prosessiputkisto", kohdat 323.4.2, 328.5.1; ASME:n kattila- ja paineastiakoodin osa IX (2023) QW-214, QW-283; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015.

Milloin peitto voidaan sisällyttää suunnittelupaksuuteen

Oletuksena ASME-koodit käsittelevät hitsauspäällystystä korroosionvarana - se ei sisälly paineen-säilytyspaksuuden laskelmaan. Jos päällystysmenetelmä on kuitenkin kelvollinen osoittamaan täyden metallurgisen sidoksen ja suunnitteluspesifikaatiossa se nimenomaisesti sallitaan, peittokerroksen paksuus (miinus korroosiovara) voidaan kuitenkin laskea mukaan.

Taulukko. Edellytykset peiton sisällyttämiselle painesuunnitteluun


Kunto	Vaatimus	Vahvistus	Viite
Täysi metallurginen sidos	Ei fuusion puutetta, täydellinen fuusio käyttöliittymässä	UT-tutkimus, 100% kattavuus	ASME VIII UCL-30
Hyväksytty peittomenetelmä	PQR kemiallisella analyysillä, mekaanisilla testeillä	ASME IX QW-283 pätevyys	ASME IX QW-214
Suunnittelueritelmän hyväksyntä	Insinöörin on hyväksyttävä peittohyvitys	Kirjallinen erittely vaaditaan	ASME VIII UG-22
Korroosiokorvaus vähennetty	Hyvitetty vain korroosiorajoituksen yläpuolella oleva ehjä metalli	Korroosiokorvaus / UG-25	ASME VIII UG-25

Lähde: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1 UCL-30 "Clad and Weld-Metal-Led Vessels"; ASME Section IX QW-283 'Korroosionkestävän päällysteen hitsausmuuttujat'; WRC Bulletin 447 "Ohjeet painelaitteiden hitsauspäällystyksen arviointiin" (1999).

Hitsauspeitto on täysin koodi{0}}yhteensopiva. Oletusarvoisesti sitä käsitellään korroosiovarana, eikä se sisälly painesuunnitteluun. Jos suunnitteluspesifikaatio sallii, peittokuva voidaan laskea painepaksuuteen -, mutta tämä vaatii päteviä menettelyjä ja nimenomaisen teknisen hyväksynnän.

Nikkeliseoksia sisältävää hitsauspinnoitetta käytetään yleisimmin teollisuudessa, jossa prosessiympäristö on erittäin syövyttävä, mutta laitteiston koko tekee kiinteästä metalliseosrakenteesta taloudellisesti epämiellyttävän. Öljy- ja kaasuteollisuus on suurin käyttäjä, jota seuraa kemiallinen jalostus ja sähköntuotanto.

Nickel Alloys for Oil Gas Chemical and Power Generation

Sovellusesimerkkejä toimialalta

Taulukko. Hitsauspäällyssovellukset teollisuuden ja palveluympäristön mukaan


Teollisuus	Laitteet	Korroosiotila	Tyypillinen metalliseospeitto	Paksuus (mm)	Koodi/standardi
Öljy ja kaasu (ylävirtaan)	Kaivopää, X-puu, kuristinventtiilit	H₂S, CO₂, Cl⁻, merivesi	Seos 625	5–6	API 6A, API 17D, NACE MR0175
Öljy ja kaasu (keskivirta)	Putkilinja, venttiilirungot, pumppupesät		Seos 625 tai 825	3–5	ASME B31.3, NACE MR0175
Öljy ja kaasu (alavirtaan)	Hydrokrakkeri, HDS-reaktorit	H₂, H2S, korkea lämpötila	Seos 625 tai 825	4–5	API 934-A, NACE RP045
Petrokemian	Reaktoriastiat, lämmönvaihtimet	Hapot, kloridit, H₂S	Seos C-276 tai C-22	4–6	ASME VIII, käyttäjätunnus
Kemiallinen prosessi	Happoreaktorit, pesurit, putket	HCl, H2SO4, H3PO4, Cl2	Seos C-276 tai C-22	5–6	ASME VIII, käyttäjätunnus
Sähköntuotanto	FGD-vaimentimet, kanavat, puhaltimet	SO₂, HCl, märkäpesuri	Seos C-276 tai C-22	4–6	ASTM, käyttäjän spesifikaatio
Suolanpoisto	Lämmönvaihtimen putkilevyt	Merivesi, korkea lämpötila	Seos 625 tai 825	3–4	ASTM, käyttäjän spesifikaatio
Meri/offshore	Pumput, venttiilit, merivesiputket	Merivesi, biofouling	Seos 625	4–5	DNV, ABS, käyttäjä sp
Massa ja paperi	Digesterit, valkaisuainepesurit	NaOH, ClO2, H2SO4	Seos C-276 tai C-22	4–6	TAPPI, käyttäjätiedot

Lähde: API 6A (21. painos, 2024) "Wellhead and Tree Equipment"; API 17D (3. painos, 2021) "Subsea Production Systems"; API 934-A (3. painos, 2019) 2¼Cr-1Mo ja 3Cr-1Mo teräksisten raskasseinäisten paineastioiden materiaalit ja valmistus korkean-lämpötilan, korkeapaineisen vetypalvelun käyttöön; NACE RP045-2003 "Peittohitsaus vetypalvelua varten"; ASME B31.3-2022 "Prosessiputkisto"; DNVGL-OS-F101 (2021) 'Submarine Pipeline Systems'.

Tapaustutkimus: Wellhead Equipment Overlay

Merenalaiset kaivonpäälaitteet ja joulukuuset toimivat joissakin aggressiivisimmissa korroosioympäristöissä: merivesi ulkopuolella, hapan kaasu (H₂S) ja suolavesi sisällä ja lämpötila jopa 200 astetta. Solid Alloy 625 -rakenne maksaisi 5–8 × hiiliterästä. Seoksen 625 hitsauspinnoite hiiliteräkselle tai niukka-seosteiselle teräkselle (esim. AISI 4130, F22) tarjoaa saman korroosionkestävyyden 40–50 % pienemmällä hinnalla.

Taulukko. Tapaustutkimus - Subsea Wellhead Hub: Alloy 625 Overlay F22 Steel


Parametri	Kiinteä metalliseos 625	F22 + Alloy 625 -peitto	Säästöjä	Huomautuksia
Perusmateriaalikustannukset	55 dollaria/kg	4 dollaria/kg (F22)	90% pienempi	F22 on matala-seosteista Cr-Mo-terästä
Peittokustannukset	N/A	18 dollaria/kg (625 täyteaine + työ)	N/A	GTAW + GMAW -prosessi
Valmistetut kokonaiskustannukset	$180,000	$95,000	47 % pienempi	API 6A -määrityksen mukaan
Toimitusaika	16 viikkoa	10 viikkoa	6 viikkoa nopeammin	F22 hitsaa helposti, päällystys on rutiinia
Korroosion suorituskyky	Erinomainen	Erinomainen (vastaava)	Sama	Overlay API 6A:n mukainen
Koodin noudattaminen	API 6A, NACE MR0175	API 6A, NACE MR0175	Sama	Päällystyskovuus Pienempi tai yhtä suuri kuin 22 HRC

Lähde: API 6A (21. painos, 2024) "Wellhead and Tree Equipment"; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015; JN Alloysin sisäiset projektitiedot vuodelta 2023 valmistetun vedenalaisen kaivonpään navan osalta; Erikoismetallit 'INCONEL® Alloy 625' -tietolehti (2023).

Suurille, paksuseinäisille-laitteille, joissa korroosio rajoittuu sisäpintaan, hitsauspinnoite on taloudellisesti parempi valinta. Kiinteä metalliseos tulisi varata pienille osille (venttiilien sisäosat, instrumenttien liittimet), joissa päällekkäisyydet eivät ole käytännöllisiä.

Täytemetallispesifikaatio (AWS-luokitus) määrittää pinnoitteen kemian ja korroosionkestävyyden. Käytä Alloy 625 -päällystettä varten ERNiCrMo-3:a tai ERNiCrMo-4:ää; käytä C-276-peittokuvaa varten ERNiCrMo-4:ää. -4-luokituksessa on korkeampi Mo-pitoisuus ja se on edullinen voimakkaaseen pelkistävään happoon.

Nikkeliseospäällysteen täytemetallien luokitukset

Taulukko. AWS-täytemetalliluokitukset nikkelilejeeringin hitsauspäälle


AWS-luokitus	UNS	Vastaava metalliseos	Cr (%)	kk (%)	Nb+Ta (%)	Ensisijainen sovellus
ERNiCr-3	N06082	Seos 600, 601	18–22	-	2.0–3.0	Korkea{0}}lämpöinen hapetus, erilaiset hitsit
ERNiCrMo-3	N06625	Seos 625	20–23	8–10	3.15–4.15	Merivesi, H₂S, kloridit, yleinen peitto
ERNiCrMo-4	N10276	Seos C-276	14.5–16.5	15–17	-	Pelkistävät hapot, voimakas korroosio
ERNiCrMo-10	N06022	Seos C-22	20–22.5	12.5–14.5	-	Hapot, hypokloriitti
ERNiCrMo-14	N06686	Seos 686	19–23	15–17	-	Äärimmäiset hapot, merivesi
ERNiFeCr-1	N08065	Seos 825	19.5–23.5	2.5–3.5	-	Hapan kaasu, rikkihappo
ERNiMo-7	N10665	Seos B-2, B-3	Pienempi tai yhtä suuri kuin 1,0	26–30	-	Kloorivetyhappo, pelkistävät ympäristöt

Lähde: AWS A5.14/A5.14M:2018 'Specification for Nickel and Nickel{3}}Seos paljaat hitsauselektrodit ja -tangot'; AWS A5.11/A5.11M:2017 'Specification for Nickel and Nickel{7}}Seoshitsauselektrodit suojatun metallikaarihitsaukseen'; Erikoismetallien hitsaustuotteiden luettelo (2023); Haynes Internationalin "Welding Filler Metals" tekniset tiedot (2023).

Täytemetallin valinta palveluympäristön mukaan

Taulukko. Täytemetallin valintaopas - Nikkeliseospeitto korroosioympäristön mukaan


Palveluympäristö	Korroosiotila	Suositeltu täyteaine	Vaihtoehtoinen	Huomautuksia
Merivesi, suolavesi	Cl⁻ kuoppa, rako	ERNiCrMo-3 (625)	ERNiCrMo-4	625 on standardi merivedelle
Hapan kaasu (H2S)	SSC, HIC, SOHIC	ERNiCrMo-3 tai ERNiFeCr-1	ERNiCrMo-4	Varmista, että kovuus on pienempi tai yhtä suuri kuin 22 HRC
Kloorivetyhappo	Yleinen korroosio	ERNiMo-7 (B-2/B-3)	ERNiCrMo-4	B-3 on edullinen HCl:lle
Rikkihappo	Yleinen korroosio	ERNiCrMo-4 tai ERNiFeCr-1	ERNiCrMo-10	C-276 < 50 % H2SO4:lle
Sekahapot (HCl + H2SO4)	Vakava korroosio	ERNiCrMo-4 tai ERNiCrMo-10	ERNiCrMo-14	C-22 tai 686 äärimmäiseen käyttöön
Korkean lämpötilan{0}}hapetus	Hapetus, hiiletys	ERNiCr-3	ERNiCrCoMo-1	Käytä > 900 asteen huoltoon
Kaustinen (NaOH, KOH)	Syövyttävä halkeilu	ERNiCr-3	ERNiCrMo-3	Alloy 600 täyteaine emäksiselle
Savukaasujen rikinpoisto	SO₂, HCl, märkäpesuri	ERNiCrMo-4	ERNiCrMo-10	C-276 on vakiona FGD:lle

Lähde: NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 'Öljy- ja maakaasuteollisuus-Materiaalit käytettäväksi H₂S-pitoisissa ympäristöissä'; Erikoismetallien korroosionkestävien metalliseosten valintaopas (2023); Haynes Internationalin Corrosion Data -tekninen esite (2023); Outokummun ruostumattomien terästen ja nikkelimetalliseosten korroosiokäsikirja (2021).

ERNiCrMo-3 (Alloy 625 -täyteaine) on monipuolisin valinta yleisiin peittoainesovelluksiin. ERNiCrMo-4 (C-276-täyteaine) on suositeltava voimakkaaseen pelkistävään happoon. Tarkista aina PMI:n päällyskemia varmistaaksesi, että täytemetalli ja hitsausmenetelmät tuottavat vaaditun Cr-, Mo- ja Fe-pitoisuuden.