Chế tạo ống ống: Mô hình 3D, Bản vẽ đẳng cự và Quy trình hàn tại xưởng

Kế hoạch QC ống thép không gỉ bao gồm những gì?

Một kế hoạch hoàn chỉnh có bốn cổng theo thứ tự cố định: lắp ráp, hàn, NDT và thử thủy lực. Mỗi cổng phải được phê duyệt trước khi cổng tiếp theo bắt đầu, bởi vì một lỗi được phát hiện sớm hơn sẽ rẻ hơn so với lỗi tương tự được phát hiện sau đó.

A ống ốnglà một đoạn ống được đúc sẵn: ống thẳng, ống khuỷu, ống chữ T, mặt bích và các nhánh được hàn lại với nhau trong xưởng và vận chuyển đến công trường. Hãy nghĩ về nó giống như việc xây dựng bằng LEGO và sau đó dán các mảnh lại với nhau. Nếu một mảnh bị sai hoặc các mảnh không được xếp thẳng hàng trước khi dán keo thì không thể kiểm tra sau này mới có thể khắc phục hoàn toàn điều đó. Do đó, việc kiểm soát chất lượng được sắp xếp như một chuỗi các điểm dừng, tại đó công việc sẽ dừng lại cho đến khi người thanh tra giải phóng nó.

Bảng so sánh bốn cổng cạnh nhau. Quy trình đường ống được xây dựng theo ASME B31.3 bao gồm chế tạo (Chương V), kiểm tra (Chương VI) và thử nghiệm (Chương VI, ¶345), thợ hàn và các quy trình đều được chứng nhận theo ASME Mục IX.

Nguồn: Đường ống quy trình ASME B31.3 (cấu trúc chương được ASME tóm tắt và theo các nguồn được liệt kê ở cuối bài viết này); tổng hợp EETA.

Những bước kiểm tra lắp đặt nào phải vượt qua trước khi bắt đầu hàn?

Xác minh danh tính vật liệu, góc xiên, khe hở chân răng, độ lệch bên trong, chất lượng mối hàn và độ sạch trước khi hàn gốc đầu tiên. ASME B31.3 gửi hầu hết các con số này tới quy trình hàn (WPS) và thiết kế kỹ thuật, do đó, đặc điểm kỹ thuật của dự án, chứ không phải riêng Quy tắc, sẽ đặt ra các giới hạn.

Fit-up là nơi rẻ nhất để tìm ra vấn đề. Sự sai lệch (được gọi là "cao-thấp") buộc thợ hàn phải hợp nhất hai bức tường có độ cao khác nhau, đó là nguyên nhân bắt đầu thiếu sự hợp nhất. Vật liệu sai thậm chí còn tệ hơn: nó không thể nhìn thấy được khi kiểm tra trực quan, chụp X quang và thử nghiệm thủy tĩnh, và chỉ có nhận dạng vật liệu dương tính (PMI) dựa trên báo cáo thử nghiệm vật liệu (MTR) mới tìm thấy nó.

Sắc thái trung thực:Bộ luật đưa ra một vài con số phù hợp. Giới hạn sai lệch 1,6 mm là một quy ước được chấp nhận vì thợ hàn thường có thể thể hiện sự hợp nhất tốt ở mức đó trong đánh giá quy trình chứ không phải vì B31.3 nêu điều đó. Nếu thông số kỹ thuật của dự án đặt ra giới hạn chặt chẽ hơn (ví dụ đối với hàn quỹ đạo, có khả năng chịu ít sự không khớp hơn), thì giới hạn chặt chẽ hơn sẽ được ưu tiên.

Lộ trình hàn nào là tốt nhất cho ống cuộn không gỉ: GTAW thủ công, GTAW cộng với FCAW hoặc GTAW quỹ đạo?

Sử dụng GTAW (TIG) với bộ lọc ngược argon cho đường truyền gốc trên hầu hết mọi ống cuộn không gỉ. Chọn phương pháp trám theo nhu cầu về độ dày thành và độ lặp lại: all-GTAW cho tường mỏng và độ sạch cao, gốc GTAW với FCAW hoặc SMAW cho tường dày và GTAW quỹ đạo cho các mối nối lặp lại. Trong mọi trường hợp, WPS đủ điều kiện sẽ chi phối.

Điều khiển hàn để kiểm tra tại cổng này

• Trình độ chuyên môn:WPS được hỗ trợ bởi PQR và thợ hàn có trình độ (WPQ) cho quy trình, nhóm vật liệu và vị trí, tất cả đều thuộc ASME Mục IX.
• Trận đấu phụ:ER308L cho 304L, ER316L cho 316L và chất độn song công được chỉ định bởi WPS cho 2205. Kiểm tra số lô chất độn so với bản đồ mối hàn.
• Nhiệt độ đầu vào và nhiệt độ giữa các đường truyền:giới hạn đến từ WPS. Tối đa khoảng 150 độ (300 độ F) thường được chỉ định cho các loại austenit để hạn chế độ nhạy và biến dạng. Xem bài viết về độ nhạy cảm 304L của EETA để biết cơ chế.
• Thói quen làm việc sạch sẽ:bàn chải chỉ bằng thép không gỉ, không có hồ quang nào bên ngoài mối nối và không có dụng cụ bằng thép cacbon nào chạm vào bề mặt.
• Kiểm soát thanh lọc:mức oxy được theo dõi, được đề cập trong phần tiếp theo.

Lượng oxy trong quá trình thanh lọc ngược Argon phải thấp đến mức nào?

Để chống ăn mòn khi hàn, hãy nhắm đến lượng oxy 50 ppm hoặc ít hơn trong khí thanh lọc, giúp giữ cho rễ cây có màu rơm nhạt hoặc nhạt hơn. Mức độ cao hơn đôi khi được cho phép bởi thông số kỹ thuật của chủ sở hữu, nhưng khả năng chống ăn mòn giảm khi lượng oxy tăng lên, do đó, thông số kỹ thuật của dự án và máy phân tích thanh lọc phải thiết lập và chứng minh con số.

Khi thép không gỉ nóng và gặp oxy, nó sẽ tạo ra một lớp oxit có màu ("sóng nhiệt") không có tác dụng bảo vệ và là điểm khởi đầu cho sự ăn mòn. Argon được đẩy qua bên trong đường ống sẽ giữ oxy không lọt vào phía sau mối hàn. Càng ít oxy, màu càng nhạt và khả năng chống ăn mòn càng tốt.

Nguồn: Maroufkhani và cộng sự, J. Manuf. Mẹ ơi. Quy trình. 9(11):377 (MDPI, 2025); Xem lại DYNA 86(208), 2019; Chế biến thực phẩm (Úc), “Thanh lọc hàn inox”; Nhóm CWB, Ảnh hưởng của chất lượng thanh lọc đối với các mối hàn không gỉ.

Sắc thái trung thực:AWS D18.2, hướng dẫn về màu sắc nhiệt mà nhiều thông số kỹ thuật của chủ sở hữu trích dẫn, được viết cho ống vệ sinh. Một nghiên cứu của Nhóm CWB về các mối hàn đường ống áp lực (gốc GMAW hoặc GTAW, chất độn FCAW) cho thấy sự đổi màu ở cùng chất lượng thanh lọc lớn hơn so với hướng dẫn D18.2 gợi ý và các tạp chất kim loại trong mối hàn tăng lên khi oxy thanh lọc tăng lên. Đối với ống cuộn công nghiệp, hãy đặt mức chấp nhận trong thông số kỹ thuật thay vì giả sử biểu đồ vệ sinh được áp dụng không thay đổi.

Giữ cuộc thanh lọccho đến khi mối hàn nguội xuống dưới khoảng 250 độ, vì quá trình oxy hóa xảy ra khi kim loại nóng.

Xác minh đi, đừng đoán:sử dụng máy phân tích oxy ở lỗ thoát khí. Nếu không có thì quy tắc chung là phải chảy ít nhất gấp mười lần thể tích đập trước khi hàn.

Loại bỏ màu còn lại:tẩy rửa hoặc thụ động hóa theo tiêu chuẩn ASTM A380 và A967 để phục hồi bề mặt theo yêu cầu của thông số kỹ thuật.

Bạn nên sử dụng phương pháp NDT nào cho mối hàn ống thép không gỉ?

Sử dụng kiểm tra trực quan 100% trên mỗi mối hàn, thêm chất thẩm thấu chất lỏng vào các mối nối quan trọng trên bề mặt và sử dụng RT hoặc UT cho mẫu thể tích mà ASME B31.3 yêu cầu (ít nhất 5% ngẫu nhiên cho Dịch vụ Chất lỏng Thông thường). Không chỉ định thử nghiệm hạt từ tính cho 304L hoặc 316L, vì các loại đó không có từ tính.

Nguồn: ASME B31.3 ¶344; Các bài viết Phần V của ASME; thực hành nghề hàn. Kiểm soát halogen và lưu huỳnh đối với chất thẩm thấu tuân theo thông lệ ASME V Điều 6 đối với vật liệu austenit.

ASME B31.3 yêu cầu bao nhiêu bài kiểm tra?

Nguồn: ASME B31.3 ¶341.4.1; Trang sản phẩm ASME về những thay đổi của phiên bản B31.3-2018; Diễn đàn hàn AWS thảo luận về ¶M341.4.1 (chủ đề 187185). Xác minh dựa trên phiên bản Mã được trích dẫn trong đơn đặt hàng.

Sắc thái trung thực:mẫu ngẫu nhiên 5% là kiểm tra tại chỗ, không phải là sự đảm bảo. Bản thân Bộ Quy tắc thừa nhận rằng việc kiểm tra ngẫu nhiên và tại chỗ không đảm bảo mức chất lượng quy định trong suốt quá trình chế tạo. Đó là lý do tại sao người mua các cuộn thép không gỉ quan trọng thường chỉ định 10% đến 100% RT hoặc UT trong đơn đặt hàng.

Các tiêu chí chấp nhận trông như thế nào?

Nguồn: ASME B31.3 Bảng 341.3.2 như được tóm tắt trong Sổ tay Tiêu chuẩn Kỹ thuật ISD 341-2, Phụ lục 2 (tiêu chí chấp nhận và bảng gia cố mối hàn) và thảo luận trong bảng của Diễn đàn Hàn AWS (chủ đề 155486, 66186). Xác nhận các số trong phiên bản của Mã được áp dụng.

Thử nghiệm Hydro được thực hiện như thế nào và nó chứng minh điều gì?

Đổ đầy nước sạch, có hàm lượng clorua thấp, xả hết không khí, tăng áp suất lên ít nhất 1,5 × áp suất thiết kế (nhân với tỷ lệ ứng suất ST/S), giữ ít nhất 10 phút, sau đó kiểm tra từng khớp nối. Nó chứng tỏ đường ống đã hoàn thiện bị rò rỉ ở áp suất thử nghiệm. Nó không thay thế NDT.

Nguồn: ASME B31.3 ¶345 được tóm tắt bởi Project Materials (Bài báo Thử nghiệm thủy tĩnh và Áp suất thủy tĩnh), EPCLand (Kiểm tra rò rỉ áp suất B31.3) và Araner (Yêu cầu kiểm tra áp suất). Các phiên bản cũ hơn và các mã khác sử dụng các hệ số khí nén khác nhau; xác minh phiên bản có hiệu lực.

Ví dụ hoạt động (minh họa):một ống cuộn có áp suất thiết kế là 10 bar(g). Nếu ứng suất cho phép ở nhiệt độ thử nghiệm bằng ứng suất cho phép ở nhiệt độ thiết kế (tỷ lệ 1,0) thì áp suất thủy thử tối thiểu là 15,0 bar(g). Nếu tỷ lệ này là 1,2 thì có thể xảy ra khi nhiệt độ thiết kế cao hơn nhiều so với nhiệt độ thử nghiệm, mức tối thiểu sẽ tăng lên 18,0 bar(g). Áp suất thử nghiệm cũng phải nằm trong định mức của mọi bộ phận bên trong ranh giới thử nghiệm, chẳng hạn như mặt bích và van.

Các bước thử thủy lực cho ống cuộn thép không gỉ

• Chuẩn bị gói thử nghiệm:đẳng cự, ranh giới thử nghiệm, áp suất thử nghiệm được tính toán và đồng hồ đo đã hiệu chuẩn (thường là phạm vi đo khoảng gấp đôi áp suất thử nghiệm).
• Kiểm tra nước:sử dụng nước uống được hoặc nước khử khoáng có clorua trong giới hạn dự án, thường là 50 ppm hoặc ít hơn đối với thép không gỉ austenit và ghi lại giá trị đo được.
• Đổ đầy và thông hơi:mở các lỗ thông hơi ở điểm cao cho đến khi nước chảy ổn định và không còn không khí bị mắc kẹt.
• Tăng áp lực dần dầnđến giá trị thử nghiệm, tạm dừng để kiểm tra rò rỉ rõ ràng.
• Giữở áp suất thử ít nhất 10 phút (thông số kỹ thuật của dự án thường yêu cầu 30 phút hoặc lâu hơn), sau đó kiểm tra tất cả các mối hàn, mặt bích và mối nối.
• Xả và khô ngay lập tức:thổi ra bằng khí không dầu hoặc nitơ. Nước đọng ở các điểm thấp, chân chết và kẽ hở là nguyên nhân hàng đầu gây ra vết rỗ sau này và ảnh hưởng đến ăn mòn vi sinh.
• Ghi lại và gắn thẻ:ký giấy chứng nhận kiểm tra với áp suất, thời gian, kết quả clorua nước, hiệu chuẩn máy đo và nhân chứng của người kiểm tra.
• Sắc thái trung thực:Thử nghiệm B31.3 áp dụng cho hệ thống đường ống. Việc kiểm tra thủy lực tại xưởng là thông thường đối với các ống cuộn, nhưng nó không loại bỏ nhu cầu kiểm tra hệ thống đã hoàn thiện nếu các mối hàn tại hiện trường được thực hiện sau đó. Chỉ số clorua cũng là giới hạn đặc điểm kỹ thuật, không phải là Mã số chung: thực tế áp dụng từ khoảng 50 ppm xuống còn 10 ppm hoặc thấp hơn đối với các dự án có yêu cầu khắt khe.

Nguồn: Thực hành làm khô và clorua clorua từ cuộc thảo luận của Eng-Tips (thread qid 415362), hướng dẫn hiện trường về thử nghiệm thủy tĩnh của EPCLand và cuộc thảo luận của nhóm hàn vật liệu về các hư hỏng không gỉ sau thử nghiệm hydro hóa. Đây là những nguồn học viên; thông số kỹ thuật của chủ sở hữu được ưu tiên.

Cổng nào bắt được khuyết điểm nào?

Mỗi loại lỗi được phát hiện tốt nhất ở một cổng khác nhau và một số lỗi chỉ được phát hiện bởi một cổng. Lỗi vật liệu chỉ được phát hiện bằng PMI, quá trình oxy hóa gốc chỉ được ngăn chặn bằng kiểm soát thanh lọc và các khuyết tật bên trong mối hàn chỉ được tìm thấy bằng RT hoặc UT.

●=điều khiển chính ○=phát hiện một phần hoặc gián tiếp – không phát hiện được =

Người mua nên nhận được những tài liệu gì với ống chỉ đã hoàn thiện?

Yêu cầu hồ sơ QC có thể theo dõi: chứng chỉ vật liệu, kết quả PMI, trình độ hàn, báo cáo lắp đặt và trực quan, báo cáo NDT, hồ sơ thanh lọc và chứng chỉ thử nghiệm thủy lực đã ký. Nếu bản ghi không tồn tại thì việc kiểm tra không thể được chứng minh là đã xảy ra.

• Vật liệu:MTR đến EN 10204 3.1 cho đường ống, phụ kiện và mặt bích, cộng với kết quả PMI gắn liền với số nhiệt.
• Hàn:WPS, PQR và WPQ thợ hàn; bản đồ hàn với ID thợ hàn và số lô phụ.
• Phù hợp và trực quan:báo cáo phù hợp đã ký và hồ sơ kiểm tra trực quan 100%.
• Nhà đầu tưBáo cáo PT, RT hoặc UT với mức độ, kỹ thuật, mã chấp nhận và trình độ thông dịch viên; X quang hoặc dữ liệu UT được giữ lại.
• Thanh lọc và làm sạch:nhật ký tẩy oxy và, nếu được chỉ định, chứng chỉ tẩy rửa hoặc thụ động (ASTM A380 hoặc A967).
• Thử thủy lực:giấy chứng nhận có áp suất kiểm tra, thời gian lưu, kết quả nước clorua, ngày hiệu chuẩn máy đo và chữ ký của người chứng kiến.
• chiều:báo cáo chiều cuối cùng so với đẳng cự, bao gồm cả hướng mặt bích.

Câu hỏi thường gặp

Q: Liệu thử nghiệm hydrotest có đủ để chấp nhận ống ống thép không gỉ không?

A: Không. Thử nghiệm thủy lực cho thấy đường ống đã hoàn thiện giữ được áp suất mà không bị rò rỉ tại thời điểm thử nghiệm. Nó không thể tìm thấy các khuyết tật nhỏ thiếu nhiệt hạch, độ xốp, quá trình oxy hóa gốc hoặc loại vật liệu sai. ASME B31.3 xử lý việc kiểm tra rò rỉ như một cổng cùng với việc kiểm soát lắp đặt, hàn đủ tiêu chuẩn và kiểm tra mối hàn.

Q: Có bao nhiêu mối hàn phải được chụp X quang trên ống ASME B31.3?

A: Đối với Dịch vụ Chất lỏng Thông thường, B31.3 yêu cầu kiểm tra trực quan 100% và không ít hơn 5% các mối hàn giáp mép và rãnh vát theo chu vi được kiểm tra bằng chụp X quang ngẫu nhiên hoặc kiểm tra siêu âm. Loại M, các dịch vụ có chu kỳ khắc nghiệt và áp suất cao đòi hỏi nhiều hơn và thông số kỹ thuật của chủ sở hữu thường tăng tỷ lệ phần trăm hơn nữa. Luôn xác nhận phiên bản Mã và thông số kỹ thuật của dự án.

Q: Áp suất thủy thử nào áp dụng cho ống thép không gỉ theo B31.3?

A: Ít nhất bằng 1,5 lần áp suất thiết kế, nhân với tỷ số giữa ứng suất cho phép ở nhiệt độ thử nghiệm và ứng suất cho phép ở nhiệt độ thiết kế. Áp suất được giữ trong ít nhất 10 phút, sau đó thường giảm xuống áp suất thiết kế để kiểm tra rò rỉ. Thông số kỹ thuật của dự án thường yêu cầu thời gian lưu giữ lâu hơn.

Q: Tại sao nước hydrotest cần hàm lượng clorua thấp cho thép không gỉ?

A: Clorua còn sót lại trong các kẽ hở, mối hàn ổ cắm hoặc các điểm thấp sau khi thoát nước có thể gây ra vết rỗ, ăn mòn kẽ hở và nứt do ăn mòn ứng suất nhiều tuần hoặc nhiều tháng sau đó. Thông số kỹ thuật của dự án thường giới hạn hàm lượng clorua ở mức khoảng 50 ppm đối với thép không gỉ austenit và một số chủ sở hữu yêu cầu ít hơn nhiều. Dây phải được thoát nước và làm khô ngay sau khi thử nghiệm.

Q: Độ lệch tối đa cho phép khi lắp ống thép không gỉ để hàn là bao nhiêu?

A: ASME B31.3 không đưa ra một con số nào. Nó gửi giới hạn cho quy trình hàn và thiết kế kỹ thuật. Trong thực tế, độ lệch bên trong 1,6 mm (1/16 in.) là giới hạn tại xưởng được sử dụng rộng rãi cho đường ống lên tới NPS 24 và ASME B31.1 nêu rõ 1/16 in.

Q: Những phương pháp NDT nào áp dụng được cho mối hàn thép không gỉ austenit?

A: Kiểm tra bằng hình ảnh (VT), thẩm thấu chất lỏng (PT), chụp X quang (RT) và siêu âm (UT hoặc mảng pha) đều được sử dụng. Thử nghiệm hạt từ tính không hiệu quả đối với các loại austenit không từ tính như 304L và 316L. Vật liệu thẩm thấu phải có hàm lượng halogen và chất gây ô nhiễm chứa lưu huỳnh thấp và bộ phận phải được làm sạch sau khi thử nghiệm.

Q: Thử nghiệm bằng khí nén có thể thay thế thử nghiệm thủy lực trên ống cuộn không?

A: Chỉ khi việc thử thủy lực không thực tế và được chủ sở hữu chấp thuận. B31.3 đặt áp suất thử khí nén ở mức 1,1 lần áp suất thiết kế, nhưng khí nén tích trữ nhiều năng lượng hơn nước nên nếu hỏng hóc có thể gây nổ. Thử nghiệm thủy tĩnh vẫn là mặc định.

Tiêu chuẩn nào quản lý từng cổng?

ASME B31.3 đặt ra khuôn khổ, ASME Phần V và IX cung cấp các quy tắc kiểm tra và đánh giá chất lượng, đồng thời các tài liệu của ASTM và AWS xác định các yêu cầu về vật liệu và bề mặt.