Soldadura de-a-tub a fulla de tub en intercanviadors de calor: qualificació i defectes comuns

Aquesta guia explica com la secció IX d'ASME qualifica la soldadura de tubs-a-tubs, quins codis de construcció fan que aquesta qualificació sigui obligatòria i els modes de defectes específics que els inspectors i els fabricants han de controlar per evitar costosos treballs.

Per què la soldadura de-a-tub a fulla de tub requereix una qualificació separada de les soldadures de ranura?

Les juntes entre tubs-a-tubs requereixen una qualificació especial perquè la seva geometria, accés i mode de fallada difereixen fonamentalment d'una soldadura de solc estàndard, i un soldador o procediment qualificat en un cupó de solc pla no es demostra automàticament capaç de produir una junta sòlida i hermètica-en aquesta configuració.

Un cupó de prova de soldadura de ranura es solda en condicions obertes i sense obstruccions amb accés complet a ambdós costats de la unió. Una unió de tub-a-tub es solda en un espai anular estretament confinat entre la paret del tub i el forat de la placa de tub perforat, sovint amb forats de tub adjacents a només mil·límetres de distància i amb accés només des d'un costat. La paret del tub en si és prima - sovint inferior a 3 mm -, la qual cosa la fa molt susceptible de cremar-se-, mentre que la làmina de tubs és un bloc gruixut que actua com un gran dissipador de calor, creant una distribució desigual de la calor a través de la junta.

Aquestes condicions creen modes de defecte - cremat-, manca de fusió a l'arrel de l'articulació i un camí mínim de fuites insuficient - que simplement no es produeixen en la soldadura de solc obert, per això ASME Secció IX tracta la soldadura de tub-a-tub{3}}a-com la seva pròpia categoria de sol·licitud de soltura o plegat en lloc de la seva pròpia qualificació.

Quines són les dues vies de qualificació segons la secció IX d'ASME?

La secció IX d'ASME ofereix dues vies diferents per qualificar els procediments de soldadura de tubs{0}}a-tubs i soldadors: una maqueta de demostració segons QW-193, o una prova de soldadura de ranura o filet convencional segons QW-202, amb el codi de construcció aplicable que determina quina ruta és obligatòria.

Comparació de rutes de qualificació

Segons ASME Secció IX QW-202.6 i Secció VIII Divisió 1 UW-28(b)/UW-29 (edició de 2021); Divisió 2 paràgraf. 6.3.4. Les variables essencials per a la qualificació del procediment es donen a QW-288; Les variables essencials de qualificació de rendiment del soldador i de l'operador de soldadura es donen a QW-387 i QW-388. Confirmeu sempre els requisits de l'edició actual i qualsevol modificació específica del client abans de seleccionar una ruta de qualificació.

Les dues taules-variables essencials s'apliquen en combinació amb les taules de procés-de soldadura bàsica. Per exemple, un procediment de tub-a-tub GTAW ha de satisfer tant les variables estàndard de GTAW de la taula QW-256 com les variables específiques del tub-a{-de la taula QW-288.1, que cobreixen elements com ara el diàmetre exterior del tub, el rang de gruix de la placa de tub, el rang de l'estat del tub i el disseny del forat del tub.

Quantes soldadures de maqueta es necessiten i què han de passar?

Quan s'utilitza la ruta de maqueta QW-193, s'han de produir un mínim de cinc soldadures i cadascuna d'elles ha de superar l'examen visual, les proves de penetrants líquids i l'examen de macro-secció -, una sola soldadura fallida invalida tota la maqueta i requereix una nova soldadura completa, no una reparació puntual.

Examen visual (QW-193.1.1): realitzat sense augment, comprovant la fusió completa, la cremada, la porositat i l'esquerda.

Examen de líquid penetrant (QW-193.1.2): realitzat segons ASME Secció V, article 6, per personal qualificat, per detectar discontinuïtats de trencament de superfície no visibles a ull nu.

Examen de macro-secció (QW-193.1.3): la maqueta es secciona a través del seu diàmetre per exposar quatre superfícies, després s'examina amb un augment de 10x a 20x per verificar la fusió completa, l'absència d'esquerdes i - de manera crítica que la ruta mínima de fuites compleix el requisit de disseny.

El conjunt de la maqueta en si ha de duplicar essencialment la configuració del forat del tub i el disseny de la junta que s'utilitzaran a la producció, dins dels límits de les QW-288 variables essencials, és a dir, el diàmetre del tub, el gruix de la placa de tubs i la geometria de la junta han de ser representatius de l'intercanviador de calor real que s'està construint, no només una peça de prova convenient.

Secció VIII Divisió 1 vs. Divisió 2: Quan és obligatori QW-193?

La Secció VIII Divisió 2 d'ASME fa que la maqueta QW-193 sigui obligatòria per a la qualificació del procediment de soldadura de tub-a fulla de tub, mentre que la Secció VIII Divisió 1 la deixa com a opció del fabricant, i aquesta distinció és un dels punts més conseqüents i més freqüentment mal entesos en la planificació de la fabricació d'intercanviadors de calor.

Segons ASME Secció VIII Divisió 1 UW-28/UW-29 (edició de 2021 en endavant), Secció VIII Divisió 2 parà. 6.3.4 i Secció I PFT-12. Les especificacions tècniques del client sovint imposen QW-193 fins i tot quan el codi base no ho requereix; comproveu sempre l'ordre de compra i les especificacions de soldadura del projecte abans de finalitzar el pla de qualificació.

Quins són els defectes més comuns a les soldadures de-tubs-tubs?

Els defectes que més sovint comprometen les juntes entre tubs-a-tubs són la manca de fusió a la interfície-a-tub-a-la interfície del tub-paret-cremada-, el camí mínim de fuites insuficient, la porositat i la calor{-a-zona de soldadura{{7}{8}afectada i esquerdada per cada tub. individualment a mà o amb un capçal orbital, les taxes de defectes tendeixen a augmentar amb la fatiga, l'ajust inconsistent de les articulacions-i una preparació inadequada de la superfície en un recompte de tubs gran.

Modes de fallada i mètodes de detecció compatibles amb els requisits ASME Section IX QW-193.1 i l'experiència de camp de la indústria en la fabricació i reparació d'intercanviadors de calor de carcassa-i tubs.

L'experiència de camp en aplicacions de recuperació de sofre, refinat i refrigeració de processos mostra que les fuites recurrents de tub-a-tubs sovint es remunten a la manca de penetració i la manca de fusió introduïdes durant la fabricació original - defectes que són difícils de detectar només amb l'NDE de producció i que tendeixen a revelar-se només després de propagar-se de les esquerdes tèrmiques repetides a l'arrel sense fusió.

Com es verifica la ruta mínima de fuites (MLP) i per què és important?

El camí de fuga mínima és la distància més curta, en qualsevol direcció, des de l'arrel del tub-a-la soldadura de la làmina de tubs fins a la superfície lliure més propera, i és important perquè és la dimensió que governa si una junta-soldada de resistència pot contenir realment pressió i evitar la contaminació-creuada - la comprovació visual de la junta encara no pot superar un disseny M superficial. base.

La MLP es verifica seccionant la maqueta de qualificació a través del seu diàmetre, exposant la secció transversal-de la soldadura i mesurant el camí fusionat amb un augment de 10x a 20x amb el mínim calculat a partir de la base del disseny.

El valor MLP màxim acreditat es limita al gruix de la paret del tub, independentment de la quantitat de metall de soldadura addicional que es diposi més enllà d'aquesta dimensió.

Les esgarrapades longitudinals a la superfície exterior del tub o el forat de la fulla de tubs es tracten com un risc augmentat durant l'avaluació de la maqueta, ja que una rascada paral·lela a la junta pot crear un camí de fuites que obviï completament la zona de fusió de la soldadura.

Com que la MLP només es pot confirmar de forma destructiva - tallant una maqueta representativa -, es verifica durant la qualificació del procediment i no en cada conjunt de producció. Precisament per això és tan important un control disciplinat i repetible del procés durant la soldadura de producció: un cop qualificat un WPS amb un MLP demostrat, les soldadures de producció s'han d'executar dins del mateix -embolcall variable essencial per continuar sent vàlides.

Quins mètodes d'inspecció capturen els defectes del tub-a-del full de tub abans de l'inici?

Una seqüència d'inspecció en capes - examen visual, proves de penetració de líquids i proves de fuites d'heli - detecta la gran majoria dels defectes dels tubs-a-a la làmina de tubs abans que un paquet d'intercanviador de calor es tanqui i es col·loqui en servei, amb les proves de fuites d'heli que ofereixen la més alta sensibilitat aplicada a qualsevol tipus de paret d'unió per a qualsevol tipus de fuites{4}.

L'examen visual es realitza a cada soldadura de producció com a primer-pantalla de pas per a la cremada-, la fusió incompleta i la porositat superficial.

Les proves de penetrants líquids, realitzades d'acord amb l'article 6 de la secció V d'ASME, detecten esquerdes-de ruptura superficial i porositat no visibles a ull nu, i normalment s'aplica tant a l'arrel com a la passada final.

Les proves de fuites d'heli pressuritzen l'intercanviador amb 5-10 psi d'heli i utilitzen un espectròmetre de masses per detectar taxes de fuites molt més petites que les que pot resoldre una prova hidrostàtica, perquè l'àtom d'heli és prou petit com per passar per discontinuïtats que no passarien aigua. Aquesta prova es realitza normalment després de tota la soldadura d'extrem-del tub però abans de l'expansió del tub, de manera que només s'avalua la soldadura - no l'expansió mecànica -.

Cap mètode únic detecta tots els modes de defectes: les proves visuals i de penetrants líquids són efectives per a les discontinuïtats-connexades a la superfície, però la manca de fusió subterrània o un MLP de mida inferior només es poden confirmar mitjançant una macro-secció destructiva durant la qualificació. És per això que les proves de qualificació i l'NDE de producció són complementàries més que redundants. La qualificació - demostra que el procediment és capaç de produir una unió sòlida, i l'NDE de producció confirma que la capacitat s'ha executat de manera coherent en tot el recompte de tubs.

Per què és més important el rigor de la qualificació per a les juntes de tub-a-tub que per a soldadures de canonades ordinàries?

El rigor de la qualificació de-tub a-tub és més important que per a soldadures de canonades ordinàries perquè un únic defecte sistemàtic descobert després de la fabricació pot requerir la re-tubulació d'un paquet sencer, i perquè cada intercanviador pot contenir entre centenars i milers d'unions individuals soldades amb el mateix procediment -, és a dir, una soldadura WPS marginal o no produeix una soldadura marginal. soldar, en produeix molts.

Un defecte de soldadura de la circumferència de la canonada sol ser una reparació aïllada. Per contra, un mode de defecte de tub{1}}a-tub a fulla conduït per un procediment defectuós o una tècnica no qualificada és sistèmic: si el disseny de la junta, l'entrada de calor o el pas de preparació de la superfície que va provocar una fallada s'ha aplicat de manera coherent a tot el paquet, cada unió soldada en aquestes condicions és sospitosa.

Invertir en un WPS adequadament qualificat, soldadors adequadament entrenats i provats i una seqüència d'inspecció de producció disciplinada és el camí de cost més baix-per un marge ampli en comparació amb descobrir - després de l'inici, o pitjor, després de diversos anys de cicle tèrmic en servei - que s'ha de substituir una gran fracció d'un paquet de tubs.

Preguntes freqüents

Q: La divisió 1 de la secció VIII d'ASME requereix la qualificació de maqueta QW-193 per a les soldadures de tub-a xapa de tub?

A: La divisió núm. 1 deixa QW-193 com a opció del fabricant; una prova de soldadura de ranura segons QW-202.2 i QW-202.4 és una alternativa acceptada tret que l'especificació tècnica del client requereixi la ruta de maqueta.

Q: Quants tubs s'han de soldar i provar per qualificar un procediment de-a-tub a fulla per maqueta?

A: S'han de produir un mínim de cinc soldadures de maqueta i totes cinc han de superar l'examen visual, de penetrant líquid i de macro-secció segons QW-193.2. Qualsevol fallada invalida tota la maqueta, requerint una nova soldadura completa.

Q: Què és el camí mínim de fuites i per què es limita al gruix de la paret del tub?

A: La ruta mínima de fuga és la distància fusionada més curta des de l'arrel de la soldadura fins a la superfície lliure més propera. Està cobert al gruix de la paret del tub perquè aquest és el límit físic de la secció transversal-estanqueta-de fuites de la junta, independentment de la quantitat de metall de soldadura addicional que es diposi.

Q: Pot un soldador qualificat en un tub de soldadura de cupó de soldadura de ranura{0}}a-unions de fulla de tub sota una maqueta WPS qualificada per QW-193?

A: Sí, quan el codi de construcció aplicable no requereix QW-193 per a la qualificació de rendiment. La qualificació del procediment i la qualificació del rendiment es tracten com a requisits mútuament exclusius a la secció IX d'ASME.

Q: Per què es prefereix la prova de fuites d'heli a les proves hidrostàtiques per a les soldadures de tubs-a-tubs?

A: La petita mida atòmica de l'heli li permet passar per discontinuïtats que una prova hidrostàtica (d'aigua) no detectaria, donant a les proves de fuites d'heli una sensibilitat significativament més alta per identificar els tubs marginals o parcialment fusionats-a-les juntes abans de l'inici.