שכבת ריתוך עם סגסוגות ניקל: חיפוי פלדת פחמן לעמידות בפני קורוזיה

שכבת ריתוך - הנקראת גם חיפוי ריתוך או ציפוי קשיח - היא שיטה מוכחת, תואמת -קוד להחלת שכבת סגסוגת ניקל עמידה בפני קורוזיה- על גבי מצע פלדת פחמן או פלדת סגסוגת- נמוכה. התוצאה: החוזק המכני והעלות הנמוכה של פלדת פחמן, בשילוב עם עמידות בפני קורוזיה של סגסוגות ניקל - בעלות חומר נמוכה ב-40-60% מבניית סגסוגת ניקל מוצקה. מאמר זה מסביר מתי כיסוי ריתוך הוא הבחירה הנכונה, באילו סגסוגות ניקל משתמשים, אילו תקנים חלים וכיצד לציין כיסוי נכון.

Weld Overlay with Nickel Alloys

שכבת ריתוך עם סגסוגות ניקל היא הפתרון הסטנדרטי בתעשייה עבור מכלי לחץ, מחליפי חום ורכיבי צנרת שחייבים לעמוד בפני קורוזיה מגז חמוץ (H₂S), כלורידים, חומצות וחמצון-בטמפרטורה גבוהה - ללא עלות ייצור סגסוגת מוצקה.

שכבת ריתוך היא תהליך של הפקדת שכבה אחת או יותר של סגסוגת-עמידה בפני קורוזיה (בדרך כלל מבוססת ניקל-) על פני השטח של מתכת בסיס זולה יותר (בדרך כלל פלדת פחמן או פלדת סגסוגת-נמוכה) באמצעות תהליכי ריתוך בקשת. שכבת העל - בדרך כלל בעובי 3-6 מ"מ - פועלת כמחסום בין נוזל התהליך המאכל לבין המתכת הבסיסית המבנית.

למה להשתמש בשכבה במקום בסגסוגת מוצקה?

לוּחַ. השוואת עלויות וביצועים - סגסוגת מוצקה לעומת בניית שכבת ריתוך


פָּרָמֶטֶר	סגסוגת ניקל מוצקה	פלדת פחמן + Ni-שכבת סגסוגת	חיסכון בעלויות	ביצועים
עלות חומר ($/ק"ג, טיפוסי)	$35–60	$8–12 (CS) + $15–25 (שכבת על)	נמוך ב-40-60%.	עמידות שוות ערך בפני קורוזיה
זמן ייצור	ארוך יותר (קשה לרתך)	קצר יותר (CS ריתוך בקלות)	20-30% מהר יותר	אותם חיי שירות
תאימות לקוד עיצוב	ASME VIII, ASME B31.3	ASME VIII, ASME B31.3	אוֹתוֹ	אוֹתוֹ
עובי שכבת-על טיפוסית	לא רלוונטי (מוצק)	3-6 מ"מ (2-3 שכבות)	N/A	תוספת קורוזיה כלולה
תיקון ותחזוקה	קשה (רגיש לסדק-)	קל יותר (ניתן להחיל{0}}שכבת-על מחדש)	עלות מחזור חיים נמוכה יותר	חיי שירות ארוכים יותר
מִשׁקָל	גבוה יותר (צפיפות 8.4-8.9 גרם/ס"מ³)	נמוך יותר (צפיפות CS 7.85 גרם/ס"מ³)	5-10% קל יותר	אותו דירוג לחץ

מקור: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1 (2023); ASME B31.3 Process Piping (2022); תאגיד מתכות מיוחדות 'קטלוג מוצרי ריתוך' (2023); נתונים טכניים של Haynes International 'Corrosion- Resistant Alloys'; ניתוח עלויות פנימי של JN Alloys לשנים 2024–2025.

לכלי-קוטר גדולים, קליפות מחליפי חום וסלילי צנרת שבהם התקפת קורוזיה מוגבלת למשטח הפנימי, שכבת ריתוך מספקת את אותם ביצועי קורוזיה כמו סגסוגת מוצקה בעלות חומר נמוכה ב-40-60%.

לא כל סגסוגות הניקל מתאימות לכיסוי ריתוך. חומר השכבה חייב להיות בר ריתוך, תואם לדילול פלדת פחמן ועמיד בפני הסביבה הקורוזיבית הספציפית. שתי סגסוגות שולטות בתעשייה: סגסוגת 625 (UNS N06625) וסגסוגת C-276 (UNS N10276).

בחירת סגסוגת לפי סביבת קורוזיה

לוּחַ. חומרי כיסוי מסגסוגת ניקל - מדריך לבחירה לפי סביבת קורוזיה


סגסוגת (UNS)	יסודות סגסוגת מרכזיים	עמידות בפני קורוזיה ראשונית	יישומי שכבת על אופייניים	תהליך ריתוך	ASME P-מספר
Alloy 625 (N06625)	Ni-22Cr-9Mo-3.5Nb	חמצון, גלעיני כלוריד, H₂S, מי ים	ציוד ראשי באר, מחברים תת-מימיים, מכלי לחץ	GTAW, GMAW, FCAW, SAW	P-לא. 43
Alloy C-276 (N10276)	Ni-16Cr-16Mo-4W	חומצות מפחיתות, HCl, H₂SO4, כלור, גז חמוץ	כורים כימיים, מקרצפים, מערכות FGD, צנרת חומצה	GTAW, GMAW, FCAW, SAW	P-לא. 44
Alloy C-22 (N06022)	Ni-22Cr-13Mo-3W	חומצות מעורבות חמורות, היפוכלוריט, כלור רטוב	תרופות, עיסת נייר, שריפת פסולת	GTAW, GMAW	P-לא. 44
Alloy 825 (N08825)	Ni-22Cr-42Fe-3Mo-1Ti	גז חמוץ (H₂S), חומצה גופרתית/זרחתית	צינורות למטה, עיבוד גז, מחליפי חום	GTAW, GMAW	P-לא. 45
Alloy 600 (N06600)	Ni-16Cr-8Fe	חמצון-בטמפרטורה גבוהה, ניטרידינג, קאוסטית	רכיבי תנור, סלים לטיפול בחום	GTAW, GMAW	P-לא. 43
Alloy X (N06002)	Ni-22Cr-18Fe-9Mo	חמצון ב-1100-1200 מעלות, קרבוריזציה	תאי בעירה, רכיבי טורבינת גז	GTAW, GMAW	P-לא. 43
Alloy 59 (N06059)	Ni-23Cr-16Mo-1Fe	חומצות מפחיתות קיצוניות, תערובות HCI, H₂SO4	תהליך כימי, בקרת זיהום	GTAW, GMAW	P-לא. 44

מקור: גיליונות נתונים של Special Metals Corporation 'INCONEL® Alloy 625' ו-'INCONEL® Alloy 725' (2023); נתונים טכניים של Haynes International 'HASTELLOY® C-276 Alloy' (2023); ASME דוד קוד כלי לחץ סעיף IX (2023) QW-422 P-Number Grouping; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015.

השוואת הרכב כימי

לוּחַ. הרכב כימי של חומרי כיסוי סגסוגת ניקל נפוצים (משקל אחוז, טיפוסי)


סגסוגת (UNS)	ני	Cr	מו	Fe	W	נ.ב	טי	C (מקסימום)
Alloy 625 (N06625)	58–63	20–23	8–10	פחות או שווה ל-5	-	3.15–4.15	פחות או שווה ל-0.4	0.10
Alloy C-276 (N10276)	לְאַזֵן	14.5–16.5	15–17	4–7	3–4.5	-	-	0.01
Alloy C-22 (N06022)	לְאַזֵן	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 דקות	-	-	0.6–1.2	0.05
Alloy 600 (N06600)	72 דקות	14–17	-	6–10	-	-	-	0.15
Alloy X (N06002)	לְאַזֵן	20.5–23	8–10	17–20	0.2–1.0	-	-	0.05–0.15
Alloy 59 (N06059)	לְאַזֵן	22–24	15–16.5	פחות או שווה ל-1.5	-	-	-	0.01

מקור: ASTM B443 (סגסוגת 625); ASTM B575 (סגסוגת C-276, C-22, 59); ASTM B425 (סגסוגת 825); ASTM B168 (סגסוגת 600); ASTM B435 (סגסוגת X); דפי נתונים של Special Metals ו-Hynes International (2023).

Alloy 625 היא ברירת המחדל עבור שירות מי ים, כלוריד וגז חמוץ (H₂S). סגסוגת C-276 היא ברירת המחדל להפחתת חומצות (HCl, H₂SO₄) וסביבות כימיות קשות. למקרים גבוליים, יש להתייעץ עם NACE MR0175 / ISO 15156-3 ולבצע בדיקות קורוזיה.

בחירת תהליך הריתוך משפיעה על איכות שכבת העל, קצב הדילול, קצב השקיעה והעלות. עבור ציוד לחץ קריטי, GTAW (TIG) ו-GMAW (MIG) הן האפשרויות הנפוצות ביותר. עבור חיפוי- גדול, FCAW ו-SAW מציעים פרודוקטיביות גבוהה יותר.

GTAW and GMAW for High-Integrity Overlay

השוואת תהליכים עבור שכבת-על מסגסוגת ניקל

לוּחַ. תהליכי ריתוך עבור שכבת על מסגסוגת ניקל - השוואה לפי איכות ופרודוקטיביות


תַהֲלִיך	קצב דילול	שיעור ההפקדה	האפליקציה הטובה ביותר	מַצָב	רמת מיומנות	עֲלוּת
GTAW (TIG)	10–25%	0.5-1.5 ק"ג לשעה	שכבה ראשונה, מעבר שורשים, שכבה דקה, קוטר קטן	כל העמדות	גָבוֹהַ	גָבוֹהַ
GMAW (MIG)	20–30%	2-4 ק"ג לשעה	שכבות מילוי ומכסים, שכבת-על בעובי-בינוני	שטוח, אופקי	בֵּינוֹנִי	בֵּינוֹנִי
FCAW (Flux-Cored)	20–35%	3-6 ק"ג לשעה	שכבת-על של-שטח גדול, יישומים לא-קריטיים	שטוח, אופקי	בֵּינוֹנִי	נָמוּך
SAW (קשת שקועה)	30–50%	5-15 ק"ג לשעה	כלים גדולים, חיפוי כבד, פרודוקטיביות גבוהה	שטוח בלבד	בֵּינוֹנִי	הכי נמוך
PAW (קשת פלזמה)	5–15%	1-3 ק"ג לשעה	שכבת-על מדויקת, מערכות אוטומטיות	שטוח, ממוכן	גָבוֹהַ	גָבוֹהַ
חיפוי לייזר	5–10%	1-5 ק"ג לשעה	תיקון מדויק, כיסוי דק, דילול מינימלי	שטוח, ממוכן	גָבוֹהַ	גבוה מאוד

מקור: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section IX (2023); AWS D1.6/D1.6M-22 'קוד ריתוך מבני-נירוסטה'; מתכות מיוחדות 'הנחיות ריתוך לסגסוגות ניקל' (2023); המדריך הטכני של לינקולן אלקטריק 'מוצרי ריתוך סגסוגת ניקל' (2023).

ניהול דילול הוא קריטי לביצועי שכבת-על

דילול מתרחש כאשר המתכת הבסיסית (פלדת פחמן) נמסה ומתערבבת עם מתכת המילוי (סגסוגת ניקל). דילול מוגזם מפחית את עמידות הקורוזיה של שכבת העל על ידי הורדת תכולת הסגסוגת הקריטית (Cr, Mo, Nb). עבור כיסוי סגסוגת 625, יש לשמור על תכולת הברזל מתחת ל-10% בשכבה הראשונה; עבור C-276, מתחת ל-7%.

לוּחַ. דילול מקסימלי מותר - מגבלות תכולת ברזל לפי סגסוגת


סַגסוֹגֶת	Fe מקסימום בשכבת-על (wt%)	Cr מינימלי בשכבת-על (wt%)	חודש מינימלי בשכבת-על (Wt%)	תהליך מומלץ
סגסוגת 625	פחות או שווה ל-10%	גדול או שווה ל-18%	גדול או שווה ל-7%	GTAW או GMAW עבור השכבה הראשונה; FCAW/SAW למילוי
סגסוגת C-276	פחות או שווה ל-7%	גדול או שווה ל-14%	גדול או שווה ל-14%	GTAW עבור השכבה הראשונה; GMAW/FCAW למילוי
סגסוגת C-22	פחות או שווה ל-6%	גדול או שווה ל-19%	גדול או שווה ל-11%	GTAW או GMAW עבור כל השכבות
סגסוגת 825	פחות או שווה ל-15%	גדול או שווה ל-20%	גדול או שווה ל-2.5%	GTAW או GMAW
סגסוגת 600	פחות או שווה ל-10%	גדול או שווה ל-14%	N/A	GTAW או GMAW

מקור: Special Metals 'הנחיות ריתוך עבור INCONEL® Alloy 625' (2023); היינס הבינלאומי 'ריתוך וייצור של HASTELLOY® C-276 Alloy' (2023); ASME סעיף IX QW-404.12 'דילול מתכת מילוי'; AWS A5.14/A5.14M:2018 'מפרט עבור אלקטרודות ומוטות ריתוך חשופים של ניקל וסגסוגת ניקל.'

השתמש ב-GTAW (TIG) עבור השכבה הראשונה כדי למזער את הדילול ולהבטיח תאימות לכימיה. השתמש ב-GMAW, FCAW או SAW עבור השכבות הבאות כדי להגביר את הפרודוקטיביות. אמת תמיד את כימיית שכבת העל על ידי PMI (זיהוי חומר חיובי) או ניתוח מעבדה.

עובי שכבת העל המינימלי נשלט על ידי קצבת קורוזיה, עומק דילול, יכולת תהליך ריתוך ודרישות קוד. עבור רוב מכלי הלחץ והצנרת, 3-6 מ"מ (2-3 שכבות) הוא סטנדרטי. שכבות-על דקות יותר מסכנות פריצת דרך; שכבות עבות יותר מגדילות את העלות ועלולות להכניס בעיות לחץ שיוריות.

הנחיות עיצוב עובי

לוּחַ. עיצוב עובי שכבת-על - ערכים מומלצים לפי יישום


בַּקָשָׁה	חומרת קורוזיה	עובי מינימלי (מ"מ)	שכבות טיפוסיות	הפניה לקוד	הערות
מכלי לחץ (כללי)	בינוני (ללא H₂S)	3.0	2 שכבות	ASME VIII Div. 1 UG-16	1.5 מ"מ דקות לאחר עיבוד
שירות גז חמוץ (H₂S)	חמור (NACE MR0175)	4.0–5.0	2-3 שכבות	NACE MR0175 / ISO 15156	ודא קשיות פחות או שווה ל-22 HRC
מחליפי חום מי ים	גולת Cl⁻ גבוהה	4.0	2-3 שכבות	ASME VIII + מפרט משתמש	השתמש בסגסוגת 625 או 825
עמודות ספיגת גז חומצה	חמור (HCl, H₂SO₄)	5.0–6.0	3 שכבות	ASME VIII + מפרט משתמש	השתמש בסגסוגת C-276 או C-22
ציוד ראש באר תת-ימי	חמור + HPHT	5.0–6.0	3 שכבות	API 6A, API 17D	השתמש בסגסוגת 625, ודא על ידי PMI
FGD (הסרת גזי פליטה)	חמור (SO₂ רטוב, HCl)	5.0	3 שכבות	מפרט משתמש	השתמש בסגסוגת C-276 או C-22
רפורמים קטליטיים	חמצון-בטמפרטורה גבוהה	4.0	2-3 שכבות	API 560 / מפרט משתמש	השתמש ב- Alloy 600 או X

מקור: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1 (2023) UG-16 'Minimum Wall Thickness'; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 'תעשיות נפט וגז טבעי-חומרים לשימוש בסביבות המכילות H₂S'; API 6A (מהדורה 21, 2024) 'ציוד בארות ועץ'; API 17D (מהדורה שלישית, 2021) 'תכנון ותפעול של מערכות ייצור תת-ימיות'.

חישוב קצבת קורוזיה

עובי השכבה חייב לכלול: (1) קצבת קורוזיה (בדרך כלל 1.5-3.0 מ"מ לחיי שירות של 10-20 שנים), (2) תוספת עיבוד (0.5-1.0 מ"מ עבור גימור משטח), ו- (3) עובי אזור דילול (1.0-1.5 מ"מ עבור השכבה הראשונה).

לוּחַ. התמוטטות עובי שכבת העל - קצבת קורוזיה וסובלנות ייצור


רכיב עובי	טווח טיפוסי (מ"מ)	מַטָרָה	שיטת בקרה	הפניה סטנדרטית
קצבת קורוזיה	1.5–3.0	אובדן חומר במהלך חיי עיצוב	מפרט עיצוב תהליך	ASME VIII UG-25
קצבת עיבוד שבבי	0.5–1.0	גימור משטח, הכנת NDE	סובלנות לעיבוד שבבי	ASME B46.1
אזור דילול	1.0–1.5	שכבה ראשונה מעורבבת עם מתכת בסיס	הליך ריתוך (PQR)	ASME IX QW-404
מינימום סאונד מתכת	0.5–1.0	מרווח בטיחות מעל דילול	בדיקת UT או RT	ASME V סעיף 4
עובי עיצוב כולל	3.5–6.5	סכום הרכיבים לעיל	תכנון הנדסי	מפרט פרויקט

מקור: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1 UG-25 'Corrosion Allowance'; ASME B46.1-2019 'טקסטורת פני השטח (חספוס פני השטח, גליות והנחת)'; ASME סעיף V סעיף 4 'שיטות בדיקה על-קולית לריתוכים'; ASME סעיף IX 'כישורי ריתוך, הלחמה ואיחוי'.

מַסְקָנָה:עבור רוב היישומים, ציין עובי שכבה מינימלי של 3.0 מ"מ לאחר העיבוד. עבור סביבות קורוזיה חמורות (גז חמוץ, חומצות, מי ים), ציין 4.0-5.0 מ"מ. כלול תמיד קצבת קורוזיה במפרט התכנון.

מכיוון ששכבת השכבה דקה (3-6 מ"מ) ועמידות בפני קורוזיה תלויה בכימיה מדויקת, בקרת האיכות היא קריטית יותר מאשר לבניית סגסוגת מוצקה. כל שכבת-על חייבת להיות מאומתת על-ידי זיהוי חומר חיובי (PMI) ולהיבדק על-ידי בדיקות אולטרסאונד (UT) או בדיקות רנטגן (RT).

Nickel Alloys PMI Verification and NDE

דרישות בדיקה עבור שכבת ריתוך

לוּחַ. בדיקות בקרת איכות עבור שכבת ריתוך מסגסוגת ניקל


מִבְחָן	מַטָרָה	שִׁיטָה	קריטריוני קבלה	תֶדֶר	תֶקֶן
PMI (מזהה חומר חיובי)	ודא כימיה של שכבת-על	XRF או OES	Cr, Mo, Nb בתוך המפרט; Fe פחות או שווה לגבול	100% משטח השכבה	ASTM E1621
בדיקת אולטרסאונד (UT)	זיהוי חוסר איחוי, נקבוביות	קרן ישרה או קרן זווית	אין אינדיקציות > 20% DAC	100% משטח הכיסוי	ASME V Art. 4, 5
בדיקת רנטגן (RT)	זיהוי פגמים פנימיים	-קרני רנטגן או גמא	לפי ASME VIII UW-51	ספוט או 100% כפי שצוין	ASME V Art. 2
חודר נוזלי (PT)	זיהוי סדקים פני השטח	צבע גלוי או ניאון	אין אינדיקציות ליניאריות > 1.5 מ"מ	100% משטח השכבה	ASME V Art. 6
מבחן קשיות	ודא תאימות ל-NACE MR0175	בודק קשיות נייד	פחות או שווה ל-22 HRC (שירות חמוץ)	לפי NACE MR0175 טבלה א.1	ASTM E10 / E18
מספר פריט (אם רלוונטי)	לא נדרש עבור שכבת-על מסגסוגת Ni-	מד פריט	לא רלוונטי (אוסטניטי)	N/A	ASTM A342
בדיקה מטאלוגרפית	בדוק מבנה מיקרו, דילול	חתך-, וכו'	ללא סדקים, נקבוביות או דילול מוגזם	הסמכה לפי נוהל	ASTM E3, E407

מקור: ASTM E1621-21 'מדריך סטנדרטי לניתוח יסודות לפי אורך גל פיזור X-ספקטרומטריית פלואורסצנטי קרני'; קוד ASME דוודים וכלי לחץ סעיף V (2023) סעיפים 2, 4, 5, 6; ASME Section VIII Div. 1 UW-51 'בדיקה רדיוגרפית של ריתוכים'; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 טבלה א.1 'דרישות קשיות לפלדות פחמן וסגסוגת נמוכה'.

פגמים נפוצים והגורמים להם

לוּחַ. פגמים נפוצים בכיסוי ריתוך - סיבות ומניעה


פְּגָם	הוֹפָעָה	גורם שורש	מְנִיעָה	שיטת איתור
חוסר היתוך	חיווי ליניארי בממשק	קלט חום לא מספיק, טכניקה לקויה	הגדל את הזרם, מהירות נסיעה נכונה	UT, RT
נַקבּוּבִיוּת	כיסי גז עגולים בכיסוי	זיהום (שמן, לחות, תחמוצת)	נקה מתכת בסיס, השתמש במילוי יבש, מגן גז מתאים	RT, UT
פיצוח חם	סדקים בין-גרגיריים בשכבה	איפוק גבוה, רצף חרוזים לא תקין	בקרת כניסת חום, עיצוב מפרק נכון	PT, VT, מטאלוגרפיה
דילול מוגזם	Cr/Mo נמוך בשכבת-על	קלט חום גבוה, טכניקה לא נכונה	הפחת את הזרם, השתמש ב-GTAW עבור השכבה הראשונה	PMI, ניתוח כימי
הכללת טונגסטן	חלקיקים בהירים בשכבת-על	מגע אלקטרודה GTAW עם בריכת ריתוך	שמור על ניתוק נאות, השתמש באלקטרודה מתאימה	RT, VT
הכללת סלג	כתמים כהים לא סדירים	ניקוי בין מעברים לא תקין (FCAW, SAW)	נקי בין מעברים, טיפול נכון בשטף	RT, UT
לְעַרְעֵר	חריץ בבוהן הריתוך	זרם מוגזם, טכניקה לא נכונה	הפחת את העוצמה, זווית לפיד מתאימה	VT, PT

מקור: AWS D1.6/D1.6M-22 'קוד ריתוך מבני-פלדה אל חלד'; מתכות מיוחדות 'הנחיות ריתוך לסגסוגות ניקל' (2023); ASME סעיף IX QW-190 'בדיקה ותיקון ריתוכים'.

אימות PMI של כימיה של שכבת-על הוא חובה עבור כל עבודה. בדיקת UT או RT מאשרת את שלמות הקשר. עבור שירות חמוץ, בדיקת קשיות נדרשת על ידי NACE MR0175. כל תוצאות הבדיקה חייבות להיות מתועדות בדוח בדיקת החומר.

שכבת ריתוך אינה שיטה 'חלופית' - היא מוכרת במפורש ונשלטת על ידי קודי עיצוב ASME. ניתן לספור את שכבת הכיסוי כקצבת קורוזיה אך לא כעובי שומר לחץ-, אלא אם כן היא מוסמכת ומתועדת במיוחד.

דרישות קוד עבור שכבת ריתוך

לוּחַ. דרישות קוד ASME לבניית שכבת ריתוך


קוד	סָעִיף	דְרִישָׁה	טיפול שכבת-על	הערות מפתח
ASME VIII Div. 1	UG-16, UW-42	עובי מינימלי, הליך ריתוך	תוספת קורוזיה של שכבת-על =	שכבת-על לא כלולה בתכנון הלחץ
ASME VIII Div. 1	UCL-30 עד UCL-46	חיפוי וריתוך כלי כיסוי	ניתן לכלול שכבת-על אם היא מתאימה	חייב לעמוד בדרישות UCL-30
ASME VIII Div. 2	חלק ד', סעיף ד'11	כיסוי חיפוי וריתוך	דומה ל-Div. 1	עיצוב-לפי-ניתוח נדרש עבור שכבת-על
ASME B31.3	פאר. 323.4.2	צנרת חיפוי וריתוך	תוספת קורוזיה של שכבת-על =	ניתן להשתמש בשכבת-על ללחץ אם היא מוסמכת
ASME B31.3	פאר. 328.5.1	הליך שכבת ריתוך	חייב להיות מוסמך לפי ASME IX	PQR נדרש עבור כל תהליך שכבת-על
ASME IX	QW-214, QW-283	הסמכת הליך שכבת ריתוך	שכבת-על PQR דורשת ניתוח כימי	חייב להפגין בקרת דילול
NACE MR0175	ISO 15156-3	חומרי שירות חמוצים	שכבת-על מקובלת עבור בסיס CS	קשיות פחות או שווה ל-22 HRC, הליך מוסמך

מקור: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1 (2023) UG-16, UW-42, UCL-30 to UCL-46; ASME דוודים וכלי לחץ קוד סעיף VIII Div. 2 (2023) חלק ד' סעיף D.11; ASME B31.3-2022 'צנרת תהליך' סעיפים 323.4.2, 328.5.1; קוד ASME דוד וכלי לחץ סעיף IX (2023) QW-214, QW-283; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015.

כאשר ניתן לכלול שכבת-על בעובי העיצוב

כברירת מחדל, קודי ASME מתייחסים לשכבת ריתוך כאל מתן קורוזיה - זה לא כלול בחישוב עובי השמירה של הלחץ-. עם זאת, אם הליך השכבה מוסמך להדגים קשר מתכתי מלא ומפרט התכנון מתיר זאת במפורש, ניתן לזכות את עובי השכבה (מינוס קצבת קורוזיה).

לוּחַ. תנאים להכללת שכבת-על בעיצוב לחץ


מַצָב	דְרִישָׁה	אימות	הַפנָיָה
קשר מטלורגי מלא	לא חסר היתוך, היתוך מוחלט בממשק	בדיקת UT, כיסוי של 100%.	ASME VIII UCL-30
הליך שכבת-על מוסמך	PQR עם ניתוח כימי, בדיקות מכניות	הסמכה ASME IX QW-283	ASME IX QW-214
אישור מפרט עיצוב	המהנדס חייב לאשר אשראי שכבת-על	נדרש מפרט כתוב	ASME VIII UG-22
מנוכה דמי קורוזיה	רק מתכת קולית מעל קצבת קורוזיה זוכה	קצבת קורוזיה לכל UG-25	ASME VIII UG-25

מקור: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1 UCL-30 'Clad and Weld-Metal-Siled Vessels'; ASME סעיף IX QW-283 'משתני ריתוך לכיסוי עמיד בפני קורוזיה'; עלון WRC 447 'הנחיות להערכת חיפוי ריתוך בציוד לחץ' (1999).

שכבת הריתוך תואמת קוד מלא-. כברירת מחדל, הוא מטופל כקצבת קורוזיה ואינו כלול בתכנון הלחץ. אם מפרט התכנון מאפשר, שכבת-על עשויה להיזקף לזכות עובי הלחץ - אך הדבר דורש נהלים מוסמכים ואישור הנדסי מפורש.

שכבת ריתוך עם סגסוגות ניקל משמשת לרוב בתעשיות שבהן סביבת התהליך קורוזיבית מאוד אך גודל הציוד הופך את בניית סגסוגת מוצקה ללא אטרקטיבית מבחינה כלכלית. תעשיית הנפט והגז היא המשתמש הגדול ביותר, ואחריה עיבוד כימי וייצור חשמל.

Nickel Alloys for Oil Gas Chemical and Power Generation

דוגמאות ליישום לפי תעשייה

לוּחַ. יישומי שכבת ריתוך לפי תעשייה וסביבת שירות


תַעֲשִׂיָה	צִיוּד	מצב קורוזיה	שכבת סגסוגת טיפוסית	עובי (מ"מ)	קוד/תקן
נפט וגז (במעלה הזרם)	ראש באר, X-עץ, שסתומי חנק	H₂S, CO₂, Cl⁻, מי ים	סגסוגת 625	5–6	API 6A, API 17D, NACE MR0175
נפט וגז (אמצע הזרם)	צינור, גופי שסתומים, מארזי משאבה	H₂S, CO₂, גז רטוב	סגסוגת 625 או 825	3–5	ASME B31.3, NACE MR0175
נפט וגז (בהמשך)	הידרוקרקר, כורי HDS	H₂, H₂S, טמפ' גבוהה	סגסוגת 625 או 825	4–5	API 934-A, NACE RP045
פטרוכימי	כלי כור, מחליפי חום	חומצות, כלורידים, H₂S	סגסוגת C-276 או C-22	4–6	ASME VIII, מפרט משתמש
תהליך כימי	כורי חומצה, מקרצפים, צנרת	HCl, H₂SO₄, H₃PO₄, Cl₂	סגסוגת C-276 או C-22	5–6	ASME VIII, מפרט משתמש
ייצור חשמל	בולמי FGD, תעלות, מאווררים	SO₂, HCl, מקרצף רטוב	סגסוגת C-276 או C-22	4–6	ASTM, מפרט משתמש
הַתפָּלָה	יריעות צינורות מחליף חום	מי ים, טמפ' גבוהה	סגסוגת 625 או 825	3–4	ASTM, מפרט משתמש
ימית/מחוץ לחוף	משאבות, שסתומים, צנרת מי ים	מי ים, גידול ביולוגי	סגסוגת 625	4–5	DNV, ABS, מפרט משתמש
עיסת נייר	מעכלים, מכונות כביסה אקונומיקה	NaOH, ClO₂, H₂SO4	סגסוגת C-276 או C-22	4–6	TAPPI, מפרט משתמש

מקור: API 6A (מהדורה 21, 2024) 'ציוד בארות ועץ'; API 17D (מהדורה שלישית, 2021) 'מערכות ייצור תת-ים'; API 934-A (מהדורה שלישית, 2019) 'חומרים וייצור של 2¼Cr-1Mo ו-3Cr-1Mo Steel Heavy Wall Pressure Veseles for High-Temperatur, High Pressure Hydrogen Service'; NACE RP045-2003 'ריתוך שכבות לשירות מימן'; ASME B31.3-2022 'צנרת תהליך'; DNVGL-OS-F101 (2021) 'מערכות צינור צוללות'.

מקרה מבחן: שכבת כיסוי לציוד ראש באר

ציוד ראש באר תת-ימי ועצי חג המולד פועלים בכמה מסביבות הקורוזיה האגרסיביות ביותר: מי ים מבחוץ, גז חמוץ (H₂S) ותמלחת בפנים, וטמפרטורות של עד 200 מעלות. בניית סגסוגת מוצקה 625 תעלה פלדת פחמן בגודל 5-8×. שכבת ריתוך של Alloy 625 על פלדת פחמן או פלדת סגסוגת- נמוכה (למשל, AISI 4130, F22) מספקת את אותה עמידות בפני קורוזיה בעלות נמוכה ב-40-50%.

לוּחַ. תיאור מקרה - Subsea Wellhead Hub: Alloy 625 Overlay on F22 Steel


פָּרָמֶטֶר	סגסוגת מוצקה 625	F22 + Alloy 625 Overlay	חיסכון	הערות
עלות חומר בסיס	55 דולר לק"ג	$4/ק"ג (F22)	נמוך ב-90%.	F22 היא פלדה נמוכה-מסגסוגת Cr-Mo
עלות שכבת-על	N/A	$18/ק"ג (625 חומר מילוי + עבודה)	N/A	תהליך GTAW + GMAW
עלות מפוברקת כוללת	$180,000	$95,000	נמוך ב-47%.	לפי מפרט API 6A
זמן אספקה	16 שבועות	10 שבועות	6 שבועות יותר מהר	F22 מרתך בקלות, שכבת-על היא שגרתית
ביצועי קורוזיה	מְעוּלֶה	מעולה (שווה ערך)	אוֹתוֹ	שכבת-על מתאימה לפי API 6A
תאימות קוד	API 6A, NACE MR0175	API 6A, NACE MR0175	אוֹתוֹ	קשיות שכבת על פחות או שווה ל-22 HRC

מקור: API 6A (מהדורה 21, 2024) 'ציוד בארות ועץ'; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015; נתוני פרויקט פנימיים של JN Alloys עבור רכזת ראש באר תת-מימי שיוצרה בשנת 2023; גיליון נתונים של מתכות מיוחדות 'INCONEL® Alloy 625' (2023).

עבור ציוד גדול ועבה-בקירות שבהם התקפת קורוזיה מוגבלת למשטח הפנימי, שכבת ריתוך היא הבחירה העדיפה מבחינה כלכלית. סגסוגת מוצקה צריכה להיות שמורה לרכיבים קטנים (חלקים פנימיים של שסתומים, אביזרי מכשירים) שבהם השכבה אינה מעשית.

מפרט מתכת המילוי (סיווג AWS) קובע את הכימיה של שכבת העל ועמידות בפני קורוזיה. עבור שכבת-על Alloy 625, השתמש ב-ERNiCrMo-3 או ERNiCrMo-4; עבור שכבת-על C-276, השתמש ב-ERNiCrMo-4. לסיווג -4 יש תכולת Mo גבוהה יותר והוא מועדף לשירות חומצה מפחית חמור.

סיווגי מתכת מילוי לכיסוי סגסוגת ניקל

לוּחַ. סיווגי מתכת מילוי AWS עבור שכבת ריתוך מסגסוגת ניקל


סיווג AWS	UNS	סגסוגת תואמת	Cr (%)	מו (%)	Nb+Ta (%)	יישום ראשוני
ERNiCr-3	N06082	סגסוגת 600, 601	18–22	-	2.0–3.0	חמצון-בטמפרטורה גבוהה, ריתוכים שונים
ERNiCrMo-3	N06625	סגסוגת 625	20–23	8–10	3.15–4.15	מי ים, H₂S, כלורידים, שכבה כללית
ERNiCrMo-4	N10276	סגסוגת C-276	14.5–16.5	15–17	-	הפחתת חומצות, קורוזיה חמורה
ERNiCrMo-10	N06022	סגסוגת C-22	20–22.5	12.5–14.5	-	חומצות מעורבות, היפוכלוריט
ERNiCrMo-14	N06686	סגסוגת 686	19–23	15–17	-	חומצות קיצוניות, מי ים
ERNiFeCr-1	N08065	סגסוגת 825	19.5–23.5	2.5–3.5	-	גז חמוץ, חומצה גופרתית
ERNiMo-7	N10665	סגסוגת B-2, B-3	פחות או שווה ל-1.0	26–30	-	חומצה הידרוכלורית, מצמצמת סביבות

מקור: AWS A5.14/A5.14M:2018 'מפרט עבור ניקל וניקל-אלקטרודות ומוטות ריתוך חשופים מסגסוגת'; AWS A5.11/A5.11M:2017 'מפרט עבור ניקל וניקל-אלקטרודות לריתוך סגסוגת לריתוך קשת מתכת מוגנת'; 'קטלוג מוצרי ריתוך' של מתכות מיוחדות (2023); נתונים טכניים של Haynes International 'Welding Filler Metals' (2023).

בחירת מתכת מילוי לפי סביבת שירות

לוּחַ. מדריך לבחירת מתכת מילוי - כיסוי סגסוגת ניקל לפי סביבת קורוזיה


סביבת שירות	מצב קורוזיה	חומר מילוי מומלץ	חֲלוּפָה	הערות
מי ים, מי מלח	גולת Cl⁻, חריץ	ERNiCrMo-3 (625)	ERNiCrMo-4	625 הוא תקן עבור מי ים
גז חמוץ (H₂S)	SSC, HIC, SOHIC	ERNiCrMo-3 או ERNiFeCr-1	ERNiCrMo-4	ודא קשיות פחות או שווה ל-22 HRC
חומצה הידרוכלורית	קורוזיה כללית	ERNiMo-7 (B-2/B-3)	ERNiCrMo-4	B-3 עדיף עבור HCl
חומצה גופרתית	קורוזיה כללית	ERNiCrMo-4 או ERNiFeCr-1	ERNiCrMo-10	C-276 עבור < 50% H₂SO₄
חומצות מעורבות (HCl + H₂SO₄)	קורוזיה חמורה	ERNiCrMo-4 או ERNiCrMo-10	ERNiCrMo-14	C-22 או 686 לשירות אקסטרים
חמצון-בטמפרטורה גבוהה	חמצון, קרבוריזציה	ERNiCr-3	ERNiCrCoMo-1	השתמש עבור שירות > 900 מעלות
קאוסטית (NaOH, KOH)	סדקים קאוסטיים	ERNiCr-3	ERNiCrMo-3	חומר מילוי סגסוגת 600 עבור קאוסטית
הסרת גזי פליטה	SO₂, HCl, מקרצף רטוב	ERNiCrMo-4	ERNiCrMo-10	C-276 הוא תקן עבור FGD

מקור: NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 'תעשיות נפט וגז טבעי-חומרים לשימוש בסביבות מכילות H₂S-; מתכות מיוחדות 'מדריך לבחירת סגסוגות עמידות בפני קורוזיה' (2023); החוברת הטכנית של היינס הבינלאומית 'נתוני קורוזיה' (2023); Outokumpu 'מדריך קורוזיה לנירוסטה וסגסוגות ניקל' (2021).

ERNiCrMo-3 (חומר מילוי Alloy 625) הוא הבחירה המגוונת ביותר עבור יישומי שכבות כלליים. ERNiCrMo-4 (חומר מילוי C-276) מועדף עבור שירות הפחתה חמור של חומצה. ודא תמיד את כימיה של שכבת-על על-ידי PMI כדי להבטיח שהליך המילוי והריתוך מספקים את תכולת ה-Cr, Mo ו-Fe הנדרשת.