Revestiment de soldadura amb aliatges de níquel: revestiment d'acer al carboni per a la resistència a la corrosió

La superposició de soldadura - també anomenada revestiment de soldadura o revestiment dur - és un mètode provat i conforme al codi-per aplicar una capa d'aliatge de níquel resistent a la corrosió- sobre un substrat d'acer al carboni o d'acer de baix-aliatge. El resultat: la resistència mecànica i el baix cost de l'acer al carboni, combinats amb la resistència a la corrosió dels aliatges de níquel - amb un cost de material un 40-60% més baix que la construcció d'aliatge de níquel sòlid. Aquest article explica quan la superposició de soldadura és l'opció correcta, quins aliatges de níquel s'utilitzen, quins estàndards s'apliquen i com especificar correctament la superposició.

Weld Overlay with Nickel Alloys

La superposició de soldadura amb aliatges de níquel és la solució estàndard del sector-per a recipients a pressió, intercanviadors de calor i components de canonades que han de resistir la corrosió de gas àcid (H₂S), clorurs, àcids i oxidació a alta-temperatura - sense el cost de fabricació d'aliatge sòlid.

La superposició de soldadura és el procés de dipositar una o més capes d'un aliatge -resistent a la corrosió (normalment a base de níquel-) a la superfície d'un metall base més barat (normalment acer al carboni o acer de baix-aliatge) mitjançant processos de soldadura per arc. La capa de superposició - normalment de 3-6 mm de gruix - actua com a barrera entre el fluid del procés corrosiu i el metall base estructural.

Per què utilitzar la superposició en lloc de l'aliatge sòlid?

Taula. Comparació de costos i rendiment - aliatge sòlid i construcció de superposició de soldadura


Paràmetre	Aliatge de níquel sòlid	Acer al carboni + superposició d'aliatge de Ni-	Estalvi de costos	Rendiment
Cost del material ($/kg, típic)	$35–60	8–12 $ (CS) + 15–25 $ (superposició)	40-60% inferior	Resistència a la corrosió equivalent
Temps de fabricació	Més llarg (difícil de soldar)	Més curt (CS es solda fàcilment)	20-30% més ràpid	La mateixa vida útil
Compliment del codi de disseny	ASME VIII, ASME B31.3	ASME VIII, ASME B31.3	El mateix	El mateix
Gruix típic de superposició	N/A (sòlid)	3–6 mm (2–3 capes)	N/A	Adreça de corrosió inclosa
Reparació i Manteniment	Difícil (sensible al crack-)	Més fàcil (la superposició es pot tornar a-aplicar)	Menor cost del cicle de vida	Vida útil més llarga
Pes	Major (densitat 8,4–8,9 g/cm³)	Inferior (densitat CS 7,85 g/cm³)	5-10% més lleuger	El mateix nivell de pressió

Font: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1 (2023); ASME B31.3 Process Piping (2022); Special Metals Corporation "Catàleg de productes de soldadura" (2023); Dades tècniques dels "aliatges resistents a la corrosió-de Haynes International; Anàlisi de costos interns de JN Alloys per al període 2024-2025.

Per a recipients de gran-diàmetre, carcassa d'intercanviador de calor i bobines de canonades on l'atac de corrosió es limita a la superfície interna, la superposició de soldadura ofereix el mateix rendiment de corrosió que l'aliatge sòlid amb un cost de material un 40-60% més baix.

No tots els aliatges de níquel són adequats per a la superposició de soldadura. El material de superposició ha de ser soldable, compatible amb la dilució d'acer al carboni i resistent a l'entorn corrosiu específic. Dos aliatges dominen la indústria: Alloy 625 (UNS N06625) i Alloy C-276 (UNS N10276).

Selecció d'aliatge per entorn de corrosió

Taula. Materials de superposició d'aliatge de níquel - Guia de selecció per entorn de corrosió


Aliatge (UNS)	Elements clau d'aliatge	Resistència a la corrosió primària	Aplicacions típiques de superposició	Procés de soldadura	Número de P-ASME
Aliatge 625 (N06625)	Ni-22Cr-9Mo-3,5Nb	Oxidació, picadura de clorur, H₂S, aigua de mar	Equips de cap de pou, connectors submarins, recipients a pressió	GTAW, GMAW, FCAW, SAW	P-No. 43
Aliatge C-276 (N10276)	Ni-16Cr-16Mo-4W	Àcids reductors, HCl, H₂SO₄, clor, gas àcid	Reactors químics, depuradors, sistemes FGD, canonades àcids	GTAW, GMAW, FCAW, SAW	P-No. 44
Aliatge C-22 (N06022)	Ni-22Cr-13Mo-3W	Àcids mixtos greus, hipoclorit, clor humit	Farmacèutica, pasta i paper, incineració de residus	GTAW, GMAW	P-No. 44
Aliatge 825 (N08825)	Ni-22Cr-42Fe-3Mo-1Ti	Gas àcid (H₂S), àcid sulfúric/fosfòric	Tubs de fons, processament de gas, intercanviadors de calor	GTAW, GMAW	P-No. 45
Aliatge 600 (N06600)	Ni-16Cr-8Fe	Oxidació a -alta temperatura, nitruració, càustic	Components del forn, cistelles de tractament tèrmic	GTAW, GMAW	P-No. 43
Aliatge X (N06002)	Ni-22Cr-18Fe-9Mo	Oxidació a 1100-1200 graus, carburació	Cambres de combustió, components de turbines de gas	GTAW, GMAW	P-No. 43
Aliatge 59 (N06059)	Ni-23Cr-16Mo-1Fe	Mescles d'àcids reductors extrems, HCI, H₂SO₄	Procés químic, control de la contaminació	GTAW, GMAW	P-No. 44

Font: Fulls de dades 'INCONEL® Alloy 625' i 'INCONEL® Alloy 725' de Special Metals Corporation (2023); Dades tècniques de Haynes International "HASTELLOY® C-276 Alloy" (2023); Codi de caldera i recipient a pressió ASME Secció IX (2023) QW-422 Agrupació de números P; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015.

Comparació de la composició química

Taula. Composició química dels materials de superposició comuns d'aliatge de níquel (% en pes, típic)


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

Font: ASTM B443 (Aliatge 625); ASTM B575 (aliatge C-276, C-22, 59); ASTM B425 (aliatge 825); ASTM B168 (aliatge 600); ASTM B435 (Aliatge X); Fulls de dades de Special Metals i Haynes International (2023).

L'aliatge 625 és l'opció predeterminada per al servei d'aigua de mar, clorur i gas àcid (H₂S). L'aliatge C-276 és l'opció predeterminada per a àcids reductors (HCl, H₂SO₄) i ambients químics greus. Per als casos límit, consulteu NACE MR0175 / ISO 15156-3 i feu proves de corrosió.

L'elecció del procés de soldadura afecta la qualitat de la superposició, la taxa de dilució, la taxa de deposició i el cost. Per als equips de pressió crítics, GTAW (TIG) i GMAW (MIG) són les opcions més habituals. Per a revestiments d'-àmplies àrees, FCAW i SAW ofereixen una major productivitat.

GTAW and GMAW for High-Integrity Overlay

Comparació de processos per a la superposició d'aliatge de níquel

Taula. Processos de soldadura per a superposició d'aliatge de níquel - Comparació per qualitat i productivitat


Procés	Taxa de dilució	Taxa de deposició	Millor aplicació	Posició	Nivell d'habilitat	Cost
GTAW (TIG)	10–25%	0,5-1,5 kg/h	Primera capa, pas d'arrel, superposició fina, diàmetre petit	Totes les posicions	Alt	Alt
GMAW (MIG)	20–30%	2-4 kg/h	Capes de farciment i tapa, superposició de-gruix mitjà	Plana, horitzontal	Mitjana	Mitjana
FCAW (Flux-cored)	20–35%	3-6 kg/h	Aplicacions no-crítiques de superposició d'àrea gran-	Plana, horitzontal	Mitjana	Baixa
SAW (Arc submergit)	30–50%	5-15 kg/h	Embarcacions grans, revestiment pesat, alta productivitat	Només pis	Mitjana	El més baix
PAW (Arc de plasma)	5–15%	1-3 kg/h	Superposició de precisió, sistemes automatitzats	Plana, mecanitzada	Alt	Alt
Revestiment làser	5–10%	1-5 kg/h	Reparació de precisió, superposició fina, dilució mínima	Plana, mecanitzada	Alt	Molt alt

Font: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section IX (2023); AWS D1.6/D1.6M-22 "Codi de soldadura estructural-acer inoxidable"; Metalls especials "Directrius de soldadura per a aliatges de níquel" (2023); Guia tècnica de productes de soldadura d'aliatge de níquel de Lincoln Electric (2023).

La gestió de la dilució és fonamental per al rendiment de la superposició

La dilució es produeix quan el metall base (acer al carboni) es fon i es barreja amb el metall d'aportació (aliatge de níquel). Una dilució excessiva redueix la resistència a la corrosió de la superposició reduint el contingut d'aliatge crític (Cr, Mo, Nb). Per a la superposició Alloy 625, el contingut de ferro s'ha de mantenir per sota del 10% a la primera capa; per a la C-276, per sota del 7%.

Taula. Dilució màxima permesa - Límits de contingut de ferro per aliatge


Aliatge	Fe màxima en superposició (% en pes)	Cr mínim en superposició (% en pes)	Mo mínim en superposició (% en pes)	Procés recomanat
Aliatge 625	Menor o igual al 10%	Superior o igual al 18%	Superior o igual al 7%	GTAW o GMAW per a la primera capa; FCAW/SAW per farcir
Aliatge C-276	Menor o igual al 7%	Superior o igual al 14%	Superior o igual al 14%	GTAW per a la primera capa; GMAW/FCAW per omplir
Aliatge C-22	Menor o igual al 6%	Superior o igual al 19%	Superior o igual a l'11%	GTAW o GMAW per a totes les capes
Aliatge 825	Inferior o igual al 15%	Superior o igual al 20%	Superior o igual al 2,5%	GTAW o GMAW
Aliatge 600	Menor o igual al 10%	Superior o igual al 14%	N/A	GTAW o GMAW

Font: Special Metals 'Welding Guidelines for INCONEL® Alloy 625' (2023); Haynes International 'Welding and Fabrication of HASTELLOY® C-276 Alloy' (2023); ASME Secció IX QW-404.12 "Dilució del metall de farciment"; AWS A5.14/A5.14M:2018 "Especificació per a elèctrodes i barres de soldadura nus de níquel i aliatge de níquel".

Utilitzeu GTAW (TIG) per a la primera capa per minimitzar la dilució i garantir el compliment de la química. Utilitzeu GMAW, FCAW o SAW per a les capes posteriors per augmentar la productivitat. Verifiqueu sempre la química de la superposició mitjançant PMI (identificació positiva del material) o anàlisi de laboratori.

El gruix mínim de la superposició es regeix per la resistència a la corrosió, la profunditat de dilució, la capacitat del procés de soldadura i els requisits del codi. Per a la majoria dels recipients a pressió i canonades, 3–6 mm (2–3 capes) és estàndard. Les superposicions més primes arriben a l'avanç; les superposicions més gruixudes augmenten el cost i poden introduir problemes d'estrès residual.

Directrius de disseny de gruix

Taula. Disseny de gruix de superposició - Valors recomanats per aplicació


Aplicació	Severitat de la corrosió	Gruix mínim (mm)	Capes típiques	Referència del codi	Notes
Recipients a pressió (general)	Moderat (sense H₂S)	3.0	2 capes	ASME VIII Div. 1 UG-16	1,5 mm min després del mecanitzat
Servei de gas àcid (H₂S)	Sever (NACE MR0175)	4.0–5.0	2-3 capes	NACE MR0175 / ISO 15156	Comproveu la duresa Menor o igual a 22 HRC
Bescanviadors de calor d'aigua de mar	Pitatge alt en Cl⁻	4.0	2-3 capes	ASME VIII + especificació d'usuari	Utilitzeu l'aliatge 625 o 825
Columnes d'absorció de gasos àcids	Sever (HCl, H₂SO₄)	5.0–6.0	3 capes	ASME VIII + especificació d'usuari	Utilitzeu aliatge C-276 o C-22
Equip de cap de pou submarí	Sever + HPHT	5.0–6.0	3 capes	API 6A, API 17D	Utilitzeu l'aliatge 625, verificat per PMI
FGD (desulfuració de gasos de combustió)	Sever (SO₂ humit, HCl)	5.0	3 capes	Especificació d'usuari	Utilitzeu aliatge C-276 o C-22
Reformadors catalítics	Oxidació a -alta temperatura	4.0	2-3 capes	API 560/especificació d'usuari	Utilitzeu Alloy 600 o X

Font: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1 (2023) UG-16 "Minimum Wall Thickness"; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 "Indústries del petroli i del gas natural: materials per a ús en entorns que contenen H₂S"; API 6A (21a ed., 2024) 'Wellhead and Tree Equipment'; API 17D (3a ed., 2021) 'Disseny i operació de sistemes de producció submarins'.

Càlcul de la tolerancia a la corrosió

El gruix de la superposició ha d'incloure: (1) marge de corrosió (normalment 1,5-3,0 mm per a una vida útil de 10-20 anys), (2) marge de mecanitzat (0,5-1,0 mm per a l'acabat superficial) i (3) gruix de la zona de dilució (1,0-1,5 mm per a la primera capa).

Taula. Avaria del gruix de la superposició - Toleràncies de corrosió i toleràncies de fabricació


Component de gruix	Interval típic (mm)	Propòsit	Mètode de control	Referència estàndard
Capacitat de corrosió	1.5–3.0	Pèrdua de material durant la vida útil del disseny	Especificació de disseny del procés	ASME VIII UG-25
Bonificació de mecanitzat	0.5–1.0	Acabat superficial, preparació NDE	Tolerància de mecanitzat	ASME B46.1
Zona de dilució	1.0–1.5	Primera capa barrejada amb metall base	Procediment de soldadura (PQR)	ASME IX QW-404
Metall sonor mínim	0.5–1.0	Marge de seguretat per sobre de la dilució	Inspecció UT o RT	ASME V Article 4
Gruix total del disseny	3.5–6.5	Suma dels components anteriors	Disseny d'enginyeria	Especificació del projecte

Font: Codi de calderes i recipients a pressió ASME Secció VIII Div. 1 UG-25 "Permetència de corrosió"; ASME B46.1-2019 "Textura superficial (rugositat superficial, ondulació i disposició)"; ASME Secció V Article 4 'Mètodes d'examen per ultrasons per a soldadures'; ASME Secció IX "Tests de soldadura, soldadura forta i fusió".

Conclusió:Per a la majoria d'aplicacions, especifiqueu un gruix mínim de superposició de 3,0 mm després del mecanitzat. Per a entorns de corrosió severa (gas àcid, àcids, aigua de mar), especifiqueu 4,0–5,0 mm. Incloeu sempre el marge de corrosió a les especificacions de disseny.

Com que la capa de superposició és prima (3-6 mm) i la resistència a la corrosió depèn de la química precisa, el control de qualitat és més crític que per a la construcció d'aliatge sòlid. Cada superposició s'ha de verificar mitjançant la identificació positiva del material (PMI) i s'ha d'inspeccionar mitjançant proves d'ultrasons (UT) o proves radiogràfiques (RT).

Nickel Alloys PMI Verification and NDE

Requisits d'inspecció per a la superposició de soldadura

Taula. Proves de control de qualitat per a la superposició de soldadura d'aliatge de níquel


Prova	Propòsit	Mètode	Criteris d'acceptació	Freqüència	Estàndard
PMI (identificador de material positiu)	Verifiqueu la química de la superposició	XRF o OES	Cr, Mo, Nb dins de les especificacions; Fe Menor o igual al límit	100% de la superfície de superposició	ASTM E1621
Prova d'ultrasons (UT)	Detectar manca de fusió, porositat	Feix recte o feix angular	Sense indicacions > 20% DAC	100% de l'àrea de superposició	ASME V Art. 4, 5
Proves radiogràfiques (RT)	Detectar defectes interns	Raigs X-o gamma	Segons ASME VIII UW-51	Punt o 100% tal com s'especifica	ASME V Art. 2
Penetrant líquid (PT)	Detectar esquerdes superficials	Colorant visible o fluorescent	Sense indicacions lineals > 1,5 mm	100% de la superfície de superposició	ASME V Art. 6
Prova de duresa	Verifiqueu el compliment de la NACE MR0175	Provador de duresa portàtil	Menor o igual a 22 HRC (servei agre)	Segons NACE MR0175 Taula A.1	ASTM E10 / E18
Número de ferrita (si escau)	No és necessari per a la superposició d'aliatge de Ni-	Mesurador de ferrita	N/A (austenític)	N/A	ASTM A342
Examen metal·logràfic	Verificar la microestructura, la dilució	-Secció transversal, gravat	Sense esquerdes, porositat o dilució excessiva	Qualificació per procediment	ASTM E3, E407

Font: ASTM E1621-21 "Guia estàndard per a l'anàlisi elemental per espectrometria de fluorescència de raigs X-dispersius en longitud d'ona"; Codi de calderes i recipients a pressió ASME Secció V (2023) Articles 2, 4, 5 i 6; ASME Secció VIII Div. 1 UW-51 "Examen radiogràfic de soldadures"; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 Taula A.1 'Requisits de duresa per a acers al carboni i de baix aliatge'.

Defectes comuns i les seves causes

Taula. Defectes comuns de superposició de soldadura - Causes i prevenció


Defecte	Aparença	Causa arrel	Prevenció	Mètode de detecció
Falta de fusió	Indicació lineal a la interfície	Aportació de calor insuficient, tècnica deficient	Augmenta l'amperatge, la velocitat de viatge adequada	UT, RT
Porositat	Butxaques rodones de gas en superposició	Contaminació (oli, humitat, òxid)	Netegeu el metall base, utilitzeu farciment sec, protector de gas adequat	RT, UT
Esquerdament calent	Esquerdes intergranulars en superposició	Alta restricció, seqüència de talons inadequada	Control de l'entrada de calor, disseny adequat de la junta	PT, VT, metalografia
Excessiva dilució	Cr/Mo baix en superposició	Alta entrada de calor, tècnica inadequada	Reduïu l'amperatge, utilitzeu GTAW per a la primera capa	PMI, anàlisi química
Inclusió de tungstè	Partícules brillants en superposició	Contacte d'elèctrode GTAW amb piscina de soldadura	Mantingueu la separació adequada, utilitzeu l'elèctrode adequat	RT, VT
Inclusió d'escòries	Taques fosques irregulars	Neteja interpass incorrecta (FCAW, SAW)	Neteja entre passades, manipulació adequada del flux	RT, UT
Sotada	Ranura a la punta de la soldadura	Excés de corrent, tècnica inadequada	Reduir l'amperatge, angle adequat de la torxa	VT, PT

Font: AWS D1.6/D1.6M-22 "Codi de soldadura estructural-acer inoxidable"; Metalls especials "Directrius de soldadura per a aliatges de níquel" (2023); ASME Secció IX QW-190 'Examen i reparació de soldadures'.

La verificació PMI de la química de superposició és obligatòria per a cada treball. La inspecció UT o RT confirma la integritat de l'enllaç. Per al servei àcid, NACE MR0175 requereix proves de duresa. Tots els resultats de la inspecció s'han de documentar a l'informe d'assaig del material.

La superposició de soldadura no és un mètode "alternatiu" - es reconeix explícitament i es regeix pels codis de disseny ASME. La capa de superposició es pot comptar com a suport de corrosió, però no com a gruix de retenció de pressió-tret que estigui qualificat i documentat específicament.

Requisits del codi per a la superposició de soldadura

Taula. Requisits del codi ASME per a la construcció de superposició de soldadura


Codi	Paràgraf	Requisit	Tractament de superposició	Notes clau
ASME VIII Div. 1	UG-16, UW-42	Gruix mínim, procediment de soldadura	Superposició=de corrosió	Superposició no inclosa en el disseny de pressió
ASME VIII Div. 1	UCL-30 a UCL-46	Vaixells de superposició revestits i de soldadura	La superposició es pot incloure si es qualifica	Ha de complir els requisits UCL-30
ASME VIII Div. 2	Part D, article D.11	Revestiment de revestiment i soldadura	Similar a Div. 1	Disseny-per-anàlisi necessari per a la superposició
ASME B31.3	Para. 323.4.2	Revestiment de canonades i soldadures superposades	Superposició=de corrosió	La superposició es pot utilitzar per a la pressió si està qualificat
ASME B31.3	Para. 328.5.1	Procediment de superposició de soldadura	Ha d'estar qualificat segons ASME IX	PQR necessari per a cada procés de superposició
ASME IX	QW-214, QW-283	Qualificació del procediment de superposició de soldadura	La superposició PQR requereix anàlisi química	Ha de demostrar el control de la dilució
NACE MR0175	ISO 15156-3	Materials de servei agre	Superposició acceptable per a la base CS	Duresa Inferior o igual a 22 HRC, procediment qualificat

Font: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1 (2023) UG-16, UW-42, UCL-30 to UCL-46; Codi de caldera i recipient a pressió ASME Secció VIII Div. 2 (2023) Part D Article D.11; ASME B31.3-2022 "Conductes de procés" Paràgrafs 323.4.2, 328.5.1; Codi de caldera i recipient a pressió ASME Secció IX (2023) QW-214, QW-283; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015.

Quan es pot incloure la superposició al gruix del disseny

De manera predeterminada, els codis ASME tracten la superposició de soldadura com a tolerancia de corrosió - no s'inclou en el càlcul del gruix de retenció de la pressió-. No obstant això, si el procediment de superposició està qualificat per demostrar una unió metal·lúrgica completa i l'especificació de disseny ho permet explícitament, es pot acreditar el gruix de la superposició (menys la tolerancia de corrosió).

Taula. Condicions per incloure la superposició en el disseny de pressió


Condició	Requisit	Verificació	Referència
Enllaç metal·lúrgic total	No hi ha manca de fusió, fusió completa a la interfície	Examen UT, 100% de cobertura	ASME VIII UCL-30
Procediment de superposició qualificat	PQR amb anàlisi química, assaigs mecànics	Qualificació ASME IX QW-283	ASME IX QW-214
Aprovació de les especificacions de disseny	L'enginyer ha d'aprovar el crèdit de superposició	Cal especificació escrita	ASME VIII UG-22
S'ha deduït la quota de corrosió	Només s'acredita el metall so per sobre de la tolerancia de corrosió	Tolerància a la corrosió per UG-25	ASME VIII UG-25

Font: Codi de calderes i recipients a pressió ASME Secció VIII Div. 1 UCL-30 "Vasos revestits-metàl·lics-revestits i soldats"; ASME Secció IX QW-283 "Variables de soldadura per a superposició resistent a la corrosió"; Butlletí WRC 447 "Directrius per a l'avaluació del revestiment de superposició de soldadura en equips a pressió" (1999).

La superposició de soldadura és totalment compatible amb el codi-. Per defecte, es tracta com una tolerancia de corrosió i no s'inclou en el disseny de pressió. Si l'especificació de disseny ho permet, la superposició es pot acreditar al gruix de pressió -, però això requereix procediments qualificats i aprovació explícita d'enginyeria.

La superposició de soldadura amb aliatges de níquel s'utilitza més habitualment en indústries on l'entorn del procés és altament corrosiu, però la mida de l'equip fa que la construcció d'aliatge sòlid sigui econòmicament poc atractiva. La indústria del petroli i el gas és l'usuari més gran, seguida del processament químic i la generació d'energia.

Nickel Alloys for Oil Gas Chemical and Power Generation

Exemples d'aplicació per indústria

Taula. Aplicacions de superposició de soldadura per indústria i entorn de serveis


Indústria	Equipament	Mode de corrosió	Superposició típica d'aliatge	Gruix (mm)	Codi/estàndard
Petroli i gas (amunt)	Cap de pou, arbre X-, vàlvules d'asfixia	H₂S, CO₂, Cl⁻, aigua de mar	Aliatge 625	5–6	API 6A, API 17D, NACE MR0175
Petroli i gas (Midstream)	Conduccions, cossos de vàlvules, carcasses de bombes	H₂S, CO₂, gas humit	Aliatge 625 o 825	3–5	ASME B31.3, NACE MR0175
Petroli i gas (avall)	Hydrocracker, reactors HDS	H₂, H₂S, alta temperatura	Aliatge 625 o 825	4–5	API 934-A, NACE RP045
Petroquímica	Vas del reactor, intercanviadors de calor	Àcids, clorurs, H₂S	Aliatge C-276 o C-22	4–6	ASME VIII, especificació d'usuari
Procés químic	Reactors àcids, depuradors, canonades	HCl, H₂SO₄, H₃PO₄, Cl₂	Aliatge C-276 o C-22	5–6	ASME VIII, especificació d'usuari
Generació d'energia	Absorbidors FGD, conductes, ventiladors	SO₂, HCl, depurador humit	Aliatge C-276 o C-22	4–6	ASTM, especificació d'usuari
Desalinització	Plaques de tubs d'intercanviador de calor	Aigua de mar, alta temperatura	Aliatge 625 o 825	3–4	ASTM, especificació d'usuari
Marí/Marí marí	Bombes, vàlvules, canonades d'aigua de mar	Aigua de mar, bioincrustació	Aliatge 625	4–5	DNV, ABS, especificacions d'usuari
Pasta i paper	Digestors, rentadores de lleixiu	NaOH, ClO₂, H₂SO₄	Aliatge C-276 o C-22	4–6	TAPPI, especificació d'usuari

Font: API 6A (21a ed., 2024) 'Wellhead and Tree Equipment'; API 17D (3a ed., 2021) "Subsea Production Systems"; API 934-A (3a ed., 2019) "Materials and Fabrication of 2¼Cr-1Mo and 3Cr-1Mo Steel Heavy Wall Pressure Vessels for High-Temperature, High-Pressure Hydrogen Service"; NACE RP045-2003 "Soldadura de superposició per al servei d'hidrogen"; ASME B31.3-2022 "Conductes de procés"; DNVGL-OS-F101 (2021) "Sistemes de canonades submarines".

Cas pràctic: Superposició d'equips de cap de pou

Els equips de cap de pou submarí i els arbres de Nadal funcionen en alguns dels entorns de corrosió més agressius: aigua de mar a l'exterior, gas àcid (H₂S) i salmorra a l'interior i temperatures de fins a 200 graus. La construcció de Solid Alloy 625 costaria entre 5 i 8 vegades l'acer al carboni. La superposició de soldadura de l'aliatge 625 sobre acer al carboni o acer de baix-aliatge (p. ex., AISI 4130, F22) ofereix la mateixa resistència a la corrosió a un cost 40-50% més baix.

Taula. Cas pràctic - Hub de cap de pou submarí: superposició d'aliatge 625 sobre acer F22


Paràmetre	Aliatge sòlid 625	F22 + Alloy 625 Overlay	Estalvi	Notes
Cost del material base	$55/kg	4 $/kg (F22)	90% més baix	F22 és un acer Cr-Mo baix-aliatge
Cost de superposició	N/A	18 $/kg (625 farcit + mà d'obra)	N/A	Procés GTAW + GMAW
Cost total fabricat	$180,000	$95,000	47% inferior	Segons l'especificació API 6A
Termini de lliurament	16 setmanes	10 setmanes	6 setmanes més ràpid	F22 es solda fàcilment, la superposició és habitual
Rendiment a la corrosió	Excel·lent	Excel·lent (equivalent)	El mateix	Superposició qualificada segons l'API 6A
Compliment del codi	API 6A, NACE MR0175	API 6A, NACE MR0175	El mateix	Duresa de superposició Inferior o igual a 22 HRC

Font: API 6A (21a ed., 2024) 'Wellhead and Tree Equipment'; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015; Dades internes del projecte JN Alloys per al centre de cap de pou submarí fabricat el 2023; Fitxa tècnica de metalls especials 'INCONEL® Alloy 625' (2023).

Per a equips grans de paret-gruixuda on l'atac de corrosió es limita a la superfície interna, la superposició de soldadura és l'opció econòmicament superior. L'aliatge sòlid s'ha de reservar per a components petits (interiors de vàlvules, accessoris d'instruments) on la superposició no sigui pràctica.

L'especificació del metall d'aportació (classificació AWS) determina la química de la superposició i la resistència a la corrosió. Per a la superposició Alloy 625, utilitzeu ERNiCrMo-3 o ERNiCrMo-4; per a la superposició C-276, utilitzeu ERNiCrMo-4. La classificació -4 té un contingut de Mo més alt i es prefereix per a un servei àcid reductor greu.

Classificacions dels metalls de farciment per a la superposició d'aliatge de níquel

Taula. Classificacions de metalls de farciment AWS per a la superposició de soldadura d'aliatge de níquel


Classificació AWS	UNS	Aliatge a joc	Cr (%)	Mo (%)	Nb+Ta (%)	Aplicació primària
ERNiCr-3	N06082	Aliatge 600, 601	18–22	-	2.0–3.0	Oxidació d'-alta temperatura, soldadures diferents
ERNiCrMo-3	N06625	Aliatge 625	20–23	8–10	3.15–4.15	Aigua de mar, H₂S, clorurs, superposició general
ERNiCrMo-4	N10276	Aliatge C-276	14.5–16.5	15–17	-	Àcids reductors, corrosió severa
ERNiCrMo-10	N06022	Aliatge C-22	20–22.5	12.5–14.5	-	Àcids barrejats, hipoclorit
ERNiCrMo-14	N06686	Aliatge 686	19–23	15–17	-	Àcids extrems, aigua de mar
ERNiFeCr-1	N08065	Aliatge 825	19.5–23.5	2.5–3.5	-	Gas àcid, àcid sulfúric
ERNiMo-7	N10665	Aliatge B-2, B-3	Menor o igual a 1,0	26–30	-	Àcid clorhídric, reductor d'ambients

Font: AWS A5.14/A5.14M:2018 "Especificació per a níquel i níquel-Elèctrodes i barres de soldadura nus d'aliatge"; AWS A5.11/A5.11M:2017 "Especificació per a elèctrodes de soldadura d'aliatge de níquel i níquel-per a soldadura d'arc de metall blindat"; Metalls especials 'Catàleg de productes de soldadura' (2023); Dades tècniques de Haynes International 'Welding Filler Metals' (2023).

Selecció de metall d'aportació per entorn de servei

Taula. Guia de selecció de metalls de farciment - Superposició d'aliatge de níquel per entorn de corrosió


Entorn de servei	Mode de corrosió	Farciment recomanat	Alternativa	Notes
Aigua de mar, salmorra	Cl⁻ picat, escletxa	ERNiCrMo-3 (625)	ERNiCrMo-4	625 és estàndard per a aigua de mar
Gas àcid (H₂S)	SSC, HIC, SOHIC	ERNiCrMo-3 o ERNiFeCr-1	ERNiCrMo-4	Comproveu la duresa Menor o igual a 22 HRC
Àcid clorhídric	Corrosió general	ERNiMo-7 (B-2/B-3)	ERNiCrMo-4	B-3 es prefereix per a HCl
Àcid sulfúric	Corrosió general	ERNiCrMo-4 o ERNiFeCr-1	ERNiCrMo-10	C-276 per < 50% H₂SO₄
Àcids barrejats (HCl + H₂SO₄)	Corrosió severa	ERNiCrMo-4 o ERNiCrMo-10	ERNiCrMo-14	C-22 o 686 per servei extrem
Oxidació a -alta temperatura	Oxidació, carburació	ERNiCr-3	ERNiCrCoMo-1	Utilitzeu-lo per a serveis > 900 graus
càustic (NaOH, KOH)	Esquerda càustica	ERNiCr-3	ERNiCrMo-3	Farciment d'aliatge 600 per càustic
Desulfuració de gasos de combustió	SO₂, HCl, depurador humit	ERNiCrMo-4	ERNiCrMo-10	C-276 és estàndard per a FGD

Font: NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 "Indústries del petroli i del gas natural-Materials for Use in H₂S-Containing Environments"; Guia de selecció d'aliatges resistents a la corrosió de metalls especials (2023); Fullet tècnic de Haynes International "Dades de corrosió" (2023); Outokumpu 'Manual de corrosió per a acers inoxidables i aliatges de níquel' (2021).

ERNiCrMo-3 (farciment d'aliatge 625) és l'opció més versàtil per a aplicacions de superposició generals. Es prefereix ERNiCrMo-4 (farciment C-276) per a un servei àcid reductor greu. Comproveu sempre la química de la superposició mitjançant PMI per assegurar-vos que el metall d'aportació i el procediment de soldadura proporcionen el contingut de Cr, Mo i Fe necessari.