Πώς επηρεάζει η ποιότητα της ραφής συγκόλλησης ενός θερμαντικού σωλήνα τιτανίου την αντοχή του στη διάβρωση λόγω καταπόνησης σε θερμά μέσα χλωριδίου;

Το τιτάνιο είναι ευαίσθητο στη διάβρωση λόγω καταπόνησης (SCC) σε μία από τις λίγες συνθήκες, τα θερμά μέσα χλωρίου. Τα θερμά μέσα χλωριούχου ορίζονται γενικά ως άνω των 60 μοιρών και με περιεκτικότητα σε χλωρίδιο μεγαλύτερη από 1.000 ppm. Το SCC εξαπλώνεται γρήγορα μέσω του τοιχώματος του σωλήνα, με μικρή οπτική ένδειξη, σε αντίθεση με τη διάβρωση ή τη γενική διάβρωση. Η ραφή συγκόλλησης ενός θερμαντικού σωλήνα τιτανίου είναι η πιο πιθανή θέση για την έναρξη του SCC. Οι υπολειμματικές τάσεις εφελκυσμού που εισάγονται από τη διαδικασία συγκόλλησης και οι μικροδομικές αλλαγές στη ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα (HAZ), μεταβάλλουν σημαντικά την οριακή τάση του υλικού για ρωγμές. Είναι σημαντικό να κατανοήσετε την επίδραση ορισμένων ποιοτικών χαρακτηριστικών ραφής συγκόλλησης, όπως το χρώμα, η διείσδυση, το επίπεδο οξείδωσης και η επεξεργασία μετά την{8}συγκόλληση, στην αντίσταση SCC, προκειμένου να επιλέξετε θερμαντήρες για τη συντήρηση θερμού χλωριδίου.

Μηχανισμοί Εκκίνησης Μεταλλουργικών SCC σε Συγκολλήσεις Τιτανίου

Η συγκόλληση τιτανίου στον αέρα δημιουργεί μια χαρακτηριστική αλληλουχία χρωμάτων που υποδηλώνει μόλυνση της επιφάνειας. Ασημί ή χλωμή ψάθινη απόχρωση σημαίνει λιγότερη οξείδωση και αρκετή προστασία. Τα μπλε, μοβ ή γκρι χρώματα υποδηλώνουν υπερβολική απορρόφηση οξυγόνου, η οποία έχει ως αποτέλεσμα ένα εύθραυστο στρώμα άλφα-. Αυτό το εμπλουτισμένο με οξυγόνο στρώμα είναι σκληρότερο αλλά ουσιαστικά λιγότερο σκληρό και, κρίσιμα, έχει χαμηλότερη οριακή τάση για σχηματισμό SCC στα χλωρίδια. Ο γρήγορος θερμικός κύκλος στο εσωτερικό του HAZ αποδίδει βελονοειδή άλφα-πρώτο μαρτενσίτη στις εμπορικά καθαρές ποιότητες, ο οποίος είναι πιο επιρρεπής στην απορρόφηση υδρογόνου από το ισοαξονισμένο βασικό μέταλλο. Η μηχανική κινητήρια δύναμη είναι συχνά οι υπολειπόμενες τάσεις εφελκυσμού στο δάκτυλο της συγκόλλησης, οι οποίες είναι της τάξης της αντοχής διαρροής (240-340 MPa για τον βαθμό 2). Η προσρόφηση ιόντων χλωρίου στην οξειδωμένη επιφάνεια λαμβάνει χώρα όταν τα θερμά διαλύματα χλωριδίου έρχονται σε επαφή με την περιοχή συγκόλλησης και αναπτύσσονται μικρορωγμές λόγω της συγκέντρωσης τάσεων στους κυματισμούς ή τις υποχωρήσεις συγκόλλησης. Αυτές οι ρωγμές στη συνέχεια διαδίδονται διακοκκωδώς μέσω του HAZ κατά μήκος της διαδρομής της μέγιστης παραμένουσας τάσης.

Οι ποσοτικές παράμετροι της ποιότητας συγκόλλησης και τα κατώφλια τους για το SCC

Οι ελεγχόμενες εργαστηριακές δοκιμές που χρησιμοποιούν προ{0}}ρωγμένα δείγματα συμπαγούς τάσης σε βραστό χλωριούχο μαγνήσιο (155 βαθμοί, 42% MgCl2) έχουν δείξει ποσοτικές σχέσεις:

Επίπεδο οξείδωσης συγκόλλησης: Οι συγκολλήσεις αργύρου/άχυρου έχουν οριακή ένταση τάσης K ISCC περίπου 55 MPa√m. Οι μπλε συγκολλήσεις δείχνουν χαμηλότερο K_ISCC 30-35 MPa√m. Για γκρίζες ή λευκές συγκολλήσεις (σοβαρή οξείδωση), το K_ISCC είναι κάτω από 15 MPa√m και οι ρωγμές αναπτύσσονται γρήγορα σε χαμηλά εφαρμοζόμενα φορτία.

Ύψος οπλισμού συγκόλλησης (διείσδυση υπερπλήρωσης): Κάθε 0,5 mm οπλισμού πάνω από την εξωτερική διάμετρο του σωλήνα διπλασιάζει τον τοπικό συντελεστή συγκέντρωσης τάσης. Για συγκολλήσεις με οπλισμό μικρότερο από 0,2 mm, ο χρόνος έναρξης του SCC είναι μεγαλύτερος από 2000 ώρες. Ο οπλισμός άνω του 1,0 mm μειώνει τον χρόνο εκκίνησης κάτω από 200 ώρες.

Βάθος υποκοπής συγκόλλησης: Μια υποκοπή 0,1 mm μειώνει την τοπική-διατομή κατά 5% περίπου, αλλά αυξάνει την τοπική τάση κατά 15–20%. Σέρβις θερμού χλωρίου: η υποκοπή μεγαλύτερη από 0,3 mm δεν είναι αποδεκτή.

Μετά{0}}θερμική επεξεργασία συγκόλλησης (PWHT): Η ανακούφιση από την πίεση στους 540-650 βαθμούς για 30 λεπτά μειώνει τις υπολειπόμενες καταπονήσεις στη συγκόλληση κατά 60-75% και αυξάνει τον χρόνο έως την έναρξη του SCC κατά 5-10.

Εφαρμογή με βάση τον Οδηγό επιλογής ποιότητας συγκόλλησης

Ο παρακάτω πίνακας παρουσιάζει ένα πλαίσιο επιλογής για τον καθορισμό της ποιότητας συγκόλλησης θερμαντήρα τιτανίου σε σχέση με τη σοβαρότητα της υπηρεσίας χλωρίου και τα πρότυπα ασφαλείας.

Ζεστό χλώριο Κατάσταση σέρβις & Απαιτούμενη προτεραιότητα αξιοπιστίας Απαίτηση ποιότητας συγκόλλησης Βασικό σκεπτικό και Τροποποίηση κινδύνου SCC
Χλωρίδια 1.000-5.000 ppm 60-80 μοίρες Καθαρό διάλυμα Μη κυκλική λειτουργία Ασημί χρώμα αχύρου, ενίσχυση Λιγότερο ή ίσο με 0,3 mm, καμία ορατή υποκοπή Μέτριες συνθήκες είναι αποδεκτές για τυπικές αυτογενείς συγκολλήσεις GTAW. Οπτική επιθεώρηση για αποδοχή AWS D1.6 Κατηγορίας Β.
Χλωρίδια 5.000–20.000 ppm, 80–100 μοίρες, χωρίς ζώνες ροής, εβδομαδιαίες θερμικοί κύκλοιΕλαφρύ ψάθινο απόχρωση, ενίσχυση Λιγότερο ή ίσο με 0,2 mm, ανακούφιση της πίεσης PWHT (550 μοίρες , 30 λεπτά) Η τάση PWHT μειώνεται εκ νέου η καταπόνηση PWHT κάτω από το SCC. Δεν επιτρέπεται μπλε οξείδωσης. Όλες οι συγκολλήσεις θα εξετάζονται με διεισδυτικό χρώμα.
Continuous Duty, chlorides >20.000 ppm, 100 έως 120 βαθμοί C, υπηρεσία θαλασσινού νερού ή άλμης Χωρίς ορατό οξείδιο (πίσω καθαρισμός με αργό), οπλισμός εδάφους ±0,1 mm, πλήρης PWHT Μέγιστη αντίσταση SCC Απαραίτητη η αύξηση της πίεσης αφαιρούνται με άλεσμα εκ των υστέρων-συγκόλλησης. Προτιμάται το βασικό μέταλλο βαθμού 12 ή βαθμού 7.
Ζεστό χλωρίδιο, pH<4 or oxidizing species (Fe3+, Cu2+) Silver weld color + Weld toe cold working (shot peening) Compressive surface stress from peening offsets tensile residual stress. Specialized procedure, more expensive.
Μηχανική Ποιότητας Συγκολλήσεων και άλλα

Η ποιότητα της συγκόλλησης δεν εξαρτάται από το πάχος του τοιχώματος του σωλήνα και τη θερμοκρασία εργασίας. Ακόμη και μια συγκόλληση κακής-ποιότητας μπορεί να σπάσει ένα παχύ τοίχωμα (1,5 mm) μέσα σε λίγες εβδομάδες, καθώς οι ρυθμοί διάδοσης του SCC σε τιτάνιο μπορεί να φτάσουν τα 1-2 mm/h μόλις δημιουργηθεί. Ωστόσο, ένα λεπτό τοίχωμα (0,7 χλστ.) με εξαιρετική συγκόλληση (ασημί χρώμα, PWHT, εδάφιση) θα διαρκέσει χρόνια σε ζεστή άλμη. Επίσης η ποιότητα του βασικού μετάλλου επηρεάζει την επιδεκτικότητα της συγκόλλησης: Το τιτάνιο βαθμού 12 (0,3% Mo και 0,8% Ni) έχει πολύ καλύτερη σκληρότητα συγκόλλησης HAZ από το βαθμό 2. Όταν σχεδιάζετε για υπηρεσία θερμού χλωριδίου, καθορίστε την επιθεώρηση διείσδυσης βαφής (ASTM E165) σε όλες τις συγκολλήσεις και αποδεχτείτε μόνο ενδείξεις συγκόλλησης. Ο καθαρισμός πλάτης με αργό κατά τη συγκόλληση δεν είναι προαιρετικός, απαιτείται για την αποφυγή οξείδωσης της εσωτερικής επιφάνειας που δεν μπορεί να φανεί με εξωτερική επιθεώρηση.

Πώς να κάνετε μια καλή προδιαγραφή

(1) χρώμα συγκόλλησης όχι πιο σκούρο από ανοιχτό άχυρο ανά χρωματολόγιο AWS A5.16. (2) μέγιστη ενίσχυση συγκόλλησης 0,2 mm. (3) δεν υπάρχει χαμηλότερη τιμή. (4) 100% επιθεώρηση διεισδυτικού χρώματος με γραπτή έκθεση. (5) μετά-θερμική επεξεργασία συγκόλλησης για σέρβις άνω των 90 μοιρών . Όταν καθορίζετε σωλήνες θέρμανσης τιτανίου για περιβάλλοντα θερμού χλωρίου άνω των 60 μοιρών, συνιστάται να συμπεριλάβετε τις ακόλουθες απαιτήσεις ποιότητας συγκόλλησης στις προδιαγραφές προμήθειας: Ζητήστε αρχεία πιστοποίησης διαδικασίας συγκόλλησης (PQR) που δείχνουν ότι τα κριτήρια του προμηθευτή ταιριάζουν με αυτές τις μεθόδους. Αυτό καθιστά την ποιότητα της ραφής συγκόλλησης κυρίαρχη παράμετρο σχεδίασης, η οποία επιτρέπει στον μηχανικό να ρυθμίζει άμεσα τον κίνδυνο SCC στην υπηρεσία θερμού χλωρίου και να μετατρέπει τη συγκόλληση από θέση έναρξης αστοχίας σε αξιόπιστο μέρος του συγκροτήματος θερμαντήρα.