Rury ścianowe kotła pracują w sposób ciągły w wysokiej temperaturze, w obecności żrących gazów spalinowych, osadów popiołu i cząstek erozyjnych. W kotłach przetwarzających odpady na energię, na biomasę i w innych trudnych warunkach pracy, te połączone czynniki mogą powodować przyspieszone ścienianie ścianek rur, miejscową korozję i przedwczesną awarię.

Nakładanie laserowe polega na utworzeniu na powierzchni rury warstwy ochronnego stopu wiązanego metalurgicznie, co zwiększa odporność na korozję i erozję, przy jednoczesnym zachowaniu funkcji strukturalnych oryginalnej rury.

W zastosowaniach związanych z wytwarzaniem energii elektrycznej technologię tę można stosować zarówno do nowych paneli ścianek szczelnych, jak i do lokalnych napraw lub regeneracji odcinków rur uszkodzonych podczas eksploatacji.

Dlaczego rury ścienne kotła ulegają awarii

Rury ścienne z wodą stanowią część powierzchni wymiany ciepła w piecu i są bezpośrednio wystawione na działanie środowiska spalania.

W zależności od składu paliwa i warunków eksploatacji, osady i spaliny mogą zawierać chlor, związki siarki, sole alkaliczne i inne agresywne substancje. W połączeniu z podwyższoną temperaturą i wpływem cząstek, warunki te mogą prowadzić do kilku mechanizmów degradacji:

• Korozja wysokotemperaturowa
• Korozja związana z chlorkami
• Siarczkowanie i utlenianie
• Erozja popiołu lotnego i cząstek
• Lokalne ścieńczenie ścianek rurek
• Połączone uszkodzenia korozyjne i erozyjne

Wraz ze zmniejszaniem się grubości ścianek rur wzrasta częstotliwość konserwacji i ryzyko nieplanowanego wyłączenia.

Zamiast zmieniać cały materiał rury na drogi, odporny na korozję stop, nakładanie powłoki laserowej pozwala na nałożenie materiału ochronnego tylko na powierzchnię narażoną na działanie agresywnego środowiska.

Jak laserowe nakładanie powłok chroni rury wodoszczelne

Podczas napawania laserowego proszek stopowy jest wprowadzany do kontrolowanego, generowanego laserowo jeziorka stopowego na powierzchni rury. Osadzony materiał tworzy gęste wiązanie metalurgiczne z podłożem.

W przypadku zastosowań jako bariery wodne, na powierzchni rury układane są liczne, zachodzące na siebie ścieżki, co zapewnia ciągłą ochronę na wymaganym obszarze.

Celem jest osiągnięcie:

Jednorodne pokrycie + silne wiązanie metalurgiczne + niskie rozcieńczenie + kontrolowane wprowadzanie ciepła + minimalna liczba defektów.

W porównaniu do zastąpienia całej rury materiałem wysokostopowym, podejście to łączy zalety mechaniczne i ekonomiczne rury bazowej z właściwościami powierzchni stopu odpornego na korozję.

Typowe materiały okładzinowe

Inconel 625

Stop niklu 625 jest powszechnie stosowany do ochrony powierzchni w trudnych warunkach przemysłowych ze względu na połączenie odporności na korozję, odporności na wysokie temperatury i właściwości mechanicznych.

Zastosowany w nim stop Ni-Cr-Mo-Nb sprawia, że ​​jest on szczególnie odpowiedni do zastosowań, w których występują agresywne środowiska spalania i podwyższone temperatury.

W przypadku ochrony ścian kotła przed wodą można rozważyć zastosowanie stopu Alloy 625, jeżeli wymagana jest odporność na korozję w wysokiej temperaturze oraz na łączone działanie korozji i erozji.

Alloy 59

Stop 59 to kolejny materiał odporny na korozję na bazie niklu, który można stosować w szczególnie agresywnych środowiskach.

Wysoka zawartość chromu i molibdenu zapewnia wysoką odporność na miejscową korozję i agresywne warunki chemiczne.

Ostateczny wybór stopu nie powinien opierać się wyłącznie na twardości ani nominalnej odporności na korozję. Przed wyborem materiału powłoki należy ocenić skład paliwa, temperaturę pracy, zawartość chloru i siarki, materiał rur, istniejący mechanizm korozji oraz przewidywane warunki eksploatacji.

Kontrola rozcieńczenia jest kluczowa

W przypadku napawania laserowego odpornego na korozję rozcieńczanie jest jedną z najważniejszych zmiennych procesu.

Nadmierne stopienie podłoża ze stali węglowej wprowadza żelazo do osadzanego stopu i zmienia jego projektowany skład chemiczny. Jeśli rozcieńczenie stanie się zbyt duże, odporność korozyjna końcowej warstwy okładzinowej może znacznie spaść.

Z tego powodu moc lasera, prędkość przesuwu, charakterystyka wiązki, szybkość podawania proszku, nakładanie się warstw i strategia warstw muszą być optymalizowane łącznie.

Celem nie jest jedynie osiągnięcie maksymalnej prędkości osadzania. Proces musi zapewnić odpowiednie wiązanie metalurgiczne, minimalizując jednocześnie niepotrzebne topienie się podłoża.

W zależności od systemu materiałowego i specyfikacji procesu, w przypadku powłok odpornych na korozję o wysokiej wydajności zwykle stosuje się niskie, jednocyfrowe poziomy rozcieńczenia , ale ostatecznie dopuszczalną wartość należy określić na podstawie wymaganego składu chemicznego powłoki i warunków eksploatacji.

Grubość powłoki i osadzanie wielowarstwowe

Wymagana grubość powłoki zależy od odporności na korozję, środowiska pracy i przewidywanego okresu eksploatacji.

W niektórych zastosowaniach wystarczająca może być pojedyncza warstwa, natomiast w bardziej wymagających przypadkach konieczne może być nałożenie wielu warstw.

Efektywną grubość końcową należy zatem określić łącznie z:

• Oczekiwana szybkość korozji
• Wymagany okres użytkowania
• Skład stopu po rozcieńczeniu
• Wymagania dotyczące obróbki powierzchni
• Geometria rur
• Wydajność produkcji

W przypadku dużych paneli ściennych szczególnie ważne jest zachowanie jednakowej grubości powłoki na całej długości rur.

Automatyczne laserowe nakładanie okładzin na panele ścienne wodne

Panele ścienne wodne zawierają powtarzalne, równoległe geometrie rur, co sprawia, że ​​doskonale nadają się do zautomatyzowanego napawania laserowego.

Prawidłowo skonfigurowany system może koordynować głowicę napawania laserowego, podawanie proszku i platformę ruchu w celu wytwarzania ciągłych, zachodzących na siebie ścieżek wzdłuż wielu rur.

W przypadku większych paneli, przetwarzanie automatyczne zapewnia szereg korzyści:

• Stabilna prędkość jazdy
• Spójne nakładanie się utworów
• Powtarzalna dostawa proszku
• Kontrolowana odległość odstająca
• Bardziej jednolita grubość powłoki
• Poprawiona wydajność przetwarzania na dużych obszarach

W zależności od wymiarów panelu i wymagań produkcyjnych, system może wykorzystywać architekturę ruchu bramowego, wieloosiowego lub robotycznego.

Przygotowanie powierzchni i kontrola jakości

Udane nakładanie powłok na rury kotłowe rozpoczyna się przed procesem laserowym.

Należy usunąć z obszaru obróbki rdzę, osad tlenkowy, olej, wilgoć i inne zanieczyszczenia. Niewłaściwe przygotowanie powierzchni może prowadzić do porowatości, niestabilnego topienia i wad wiązania.

Po wykonaniu okładziny kontrola jakości może obejmować:

Kontrola wizualna wad powierzchni i spójności toru.

Pomiar grubości w celu sprawdzenia wymaganej efektywnej osadzonej warstwy.

W razie potrzeby przeprowadza się badanie penetracyjne w celu wykrycia uszkodzeń powierzchniowych.

Badania metalograficzne mające na celu kwalifikację procesu oraz ocenę rozcieńczenia, wiązania i mikrostruktury.

Dodatkowe metody kontroli mogą zostać określone zgodnie z obowiązującą normą projektu i wymaganiami dotyczącymi usługi.

Ciągłe pęknięcia, znaczna porowatość, brak fuzji lub inne wady, które mogą zagrozić integralności powłoki, nie powinny być akceptowane w obszarach o krytycznym znaczeniu.

Gdzie nakładanie laserowe zapewnia największą wartość

Nakładanie laserowe jest szczególnie korzystne w przypadku elementów kotłów, w których podłoże nadal zapewnia odpowiednie parametry strukturalne, ale odsłonięta powierzchnia wymaga znacznie lepszej odporności na korozję i erozję.

Typowe zastosowania obejmują:

• Ściany wodne kotła na odpady energetyczne
• Rury kotłów na biomasę
• Strefy pieców o wysokiej korozji
• Przekroje rur przegrzewacza i wymiennika ciepła
• Lokalna naprawa rurki
• Nowa ochrona powierzchni paneli ścian wodnych
• Elementy kotła narażone na korozję i erozję

Dzięki temu nakładanie laserowe jest zarówno technologią ochrony powierzchni nowych podzespołów, jak i rozwiązaniem umożliwiającym regenerację uszkodzonych podzespołów.

Rozwiązania GREENSTONE Laser Cladding do zastosowań w ścianach wodnych kotłów

GREENSTONE dostarcza systemy laserowego powlekania i rozwiązania procesowe dla rur kotłowych, paneli ekranowych i innych komponentów przemysłowych wymagających powierzchni metalowych odpornych na korozję i zużycie.

Konfigurację systemu można dostosować do średnicy rury, wymiarów panelu, materiału podłoża, stopu powłoki, wymaganej grubości powłoki, obszaru przetwarzania i wydajności produkcyjnej.

W zależności od zastosowania rozwiązania mogą obejmować źródła laserowe dużej mocy, automatyczne podawanie proszku, systemy ruchu wieloosiowego lub robotycznego oraz dostosowane strategie przetwarzania dla ciągłego powlekania rur i paneli.

W przypadku projektu laserowego nanoszenia powłoki wodnej należy dostarczyć rysunki rur lub paneli, materiał bazowy, środowisko pracy, mechanizm korozji, preferowany stop (jeśli określono), wymaganą grubość powłoki oraz docelową wydajność produkcyjną . Parametry te można następnie wykorzystać do oceny odpowiedniego materiału, procesu nanoszenia powłoki i konfiguracji urządzeń.