Πώς να επιλέξετε τη σωστή διαδικασία συγκόλλησης για διπλούς σωλήνες από ανοξείδωτο χάλυβα για να αποφύγετε την απώλεια αντοχής στη διάβρωση;

Μερικά λεπτά κακής συγκόλλησης μπορεί να καταστρέψουν εντελώς τις ανθεκτικές στη διάβρωση-ιδιότητες ενός διπλού σωλήνα από ανοξείδωτο χάλυβα. Κάθε σύνδεσμος που κατασκευάζεται στο κατάστημα ή στο χωράφι πρέπει να διατηρεί προσεκτικά τη διακριτή μικροδομή δύο- φάσεων που δίνει στο duplex αντοχή και αντοχή. Η διατήρηση της σκληρής-αντοχής διάβρωσης του κράματος σε σκληρές συνθήκες χλωρίου και οξέος είναι πιο σημαντική από την απλή αποτροπή διαρροών.

The Metallurgical Foundation: What Makes Duplex Unique
Ένα ισορροπημένο μείγμα από περίπου 50% ωστενίτη και 50% φερρίτη βρίσκεται σε διπλούς ανοξείδωτους χάλυβες (όπως UNS S32205, S31803 ή 2205). Αυτή η δομή δύο-φάσεων προσφέρει:

Υψηλή μηχανική αντοχή (περίπου δύο φορές 316L's).

Εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση λόγω καταπόνησης που προκαλείται από το χλωρίδιο (SCC).

Ένας PREN (ισοδύναμος αριθμός αντίστασης λακκούβων) 34–36 υποδηλώνει καλή αντοχή στη διάβρωση με διάτρηση και ρωγμές.

Το υλικό λιώνει και στερεοποιείται γρήγορα κατά τη διαδικασία συγκόλλησης. Η ισορροπία τελικής φάσης στο μέταλλο συγκόλλησης και στην επηρεαζόμενη από τη θερμότητα ζώνη (HAZ) καθορίζεται από τον ρυθμό ψύξης και το θερμικό ιστορικό. Δύο επιζήμια πράγματα θα μπορούσαν να συμβούν εάν η διαδικασία δεν γίνει σωστά:

Υπερπαραγωγή φερρίτη: Όταν ο φερρίτης κυριαρχεί λόγω αργής ψύξης ή υψηλής εισροής θερμότητας, η σκληρότητα και η αντίσταση στη διάβρωση μειώνονται.

Κατακρήμνιση διαμεταλλικής φάσης, ιδιαίτερα η φάση σίγμα (σ) (FeCrMo) και η φάση chi (χ), που αναπτύσσονται μεταξύ 600 και 900 μοιρών. Η ανάπτυξη αυτών των φάσεων εξαντλεί την περιβάλλουσα μήτρα αυτών των βασικών στοιχείων κράματος, καθώς είναι πλούσια σε χρώμιο και μολυβδαίνιο. Η σοβαρή ευθραυστότητα και η απότομη μείωση της αντοχής στη διάβρωση των οπών είναι τα αποτελέσματα.

Από την άλλη πλευρά, πάρα πολύς ωστενίτης μπορεί να παραχθεί από ανεπαρκή εισροή θερμότητας ή εξαιρετικά γρήγορη ψύξη, η οποία θα μείωνε την αντοχή. Ως αποτέλεσμα, πρέπει να τηρηθεί ένα περιορισμένο παράθυρο επεξεργασίας.

Κρίσιμα στοιχεία μιας διεργασίας συγκόλλησης από ανοξείδωτο χάλυβα διπλής όψης
Οι ακόλουθοι παράγοντες ελέγχονται επακριβώς με μια κατάλληλη τεχνική αποτροπής διάβρωσης σωλήνων με μέθοδο συγκόλλησης από ανοξείδωτο χάλυβα διπλής όψης.

1. Επιλογή μετάλλου πλήρωσης
Για να διατηρηθεί η ισορροπία φάσης και η αντίσταση στη διάβρωση, η περιεκτικότητα σε κράμα του μετάλλου πλήρωσης πρέπει να είναι ίση ή να ξεπερνά αυτή του βασικού μετάλλου. Το τυπικό πληρωτικό για το 2205 duplex είναι το ER2209 (UNS S39209). Η παραγωγή ωστενίτη στο κοίτασμα συγκόλλησης ενθαρρύνεται από τη σύνθεσή του, η οποία είναι κάπως υπερβολικά-κράμα σε νικέλιο και άζωτο σε σχέση με το βασικό μέταλλο. Αυτό αντισταθμίζει την ευνοϊκή επίδραση του φερρίτη-της γρήγορης στερεοποίησης.

Το μέταλλο πλήρωσης όπως το ER2594 χρησιμοποιείται για ποιότητες super duplex (όπως το 2507). Σε διπλό βασικό μέταλλο, μην χρησιμοποιείτε ποτέ ωστενιτικό πληρωτικό (όπως 308L ή 316L). η συγκόλληση που θα προκύψει θα έχει λανθασμένα χαρακτηριστικά διάβρωσης και μπορεί να ραγίσει.

2. Έλεγχος Εισόδου Θερμότητας
Η ταχύτητα διαδρομής, η τάση και το ρεύμα επηρεάζουν την είσοδο θερμότητας. Το προτεινόμενο εύρος εισροής θερμότητας για ανοξείδωτους χάλυβες διπλής όψης είναι συνήθως μεταξύ 0,5 και 2,5 κιλοτζάουλ ανά χιλιοστό. Μια πολύ υψηλή εισροή θερμότητας ενθαρρύνει την αργή ψύξη, η οποία επιτρέπει το σχηματισμό της φάσης σίγμα και τη χονδροποίηση του φερρίτη. μια πολύ χαμηλή εισροή θερμότητας διατρέχει τον κίνδυνο ατελούς σύντηξης ή υπερβολικού φερρίτη.

Η συγκόλληση τόξου με αέριο βολφραμίου (GTAW) των 2205 σωλήνων στοχεύει συνήθως σε 0,5–1,5 kJ/mm. Εάν η θερμοκρασία ενδιάμεσης διέλευσης ρυθμίζεται στενά, κάπως μεγαλύτερα εύρη (έως 2,0 kJ/mm) μπορεί να είναι αποδεκτά για συγκόλληση με τόξο μετάλλου αερίου (GMAW) με παλμική μεταφορά ψεκασμού.

3. Θερμοκρασία Interpass
Είναι απαραίτητο να διατηρείται η θερμοκρασία μεταξύ διέλευσης-η θερμοκρασία της περιοχής συγκόλλησης πριν από το επόμενο πέρασμα-κάτω από 150 μοίρες και συχνά κάτω από 100 μοίρες κατά τα αρχικά περάσματα. Η θερμότητα συσσωρεύεται από υψηλές θερμοκρασίες μεταξύ διέλευσης, οι οποίες επιμηκύνουν την περίοδο ψύξης και ενθαρρύνουν την κατακρήμνιση της φάσης σίγμα. Η φυσική ψύξη αέρα μεταξύ των περασμάτων μπορεί να είναι επαρκής για σωλήνες με λεπτά τοιχώματα (π.χ. 2–3 mm). Η εξαναγκασμένη ψύξη με αέρα ή ακόμη και μεγαλύτεροι χρόνοι αναμονής μεταξύ των περασμάτων είναι απαραίτητη για παχύτερες μερίδες.

4. Καθάρισμα πλάτης και θωράκιση
Τόσο η επιφάνεια συγκόλλησης όσο και η ρίζα των συγκολλήσεων διπλής όψης από ανοξείδωτο χάλυβα πρέπει να προστατεύονται από το οξυγόνο του περιβάλλοντος. Σχετικά με τη συγκόλληση σωλήνων:

Το αργό με 1-3% άζωτο είναι ένα κοινό πρωτογενές αέριο θωράκισης. Μια μικρή ποσότητα αζώτου, ένας σταθεροποιητής ωστενίτη, που προστίθεται στο προστατευτικό αέριο βοηθά στη διατήρηση της επιδιωκόμενης ισορροπίας φάσης στο μέταλλο συγκόλλησης.

Πίσω καθαρισμός: Για να σταματήσει η οξείδωση του σφαιριδίου της ρίζας, καθαρό αργό (ή αργό με 2–5% άζωτο) απομακρύνεται από το εσωτερικό του σωλήνα. Οι κλίμακες οξειδίου του χρωμίου, που παράγονται από τη ρύπανση με οξυγόνο, οδηγούν σε εξάντληση χρωμίου και μείωση της αντοχής στη διάβρωση.

5. Μέθοδος και διαδικασία συγκόλλησης
Για σωλήνες διπλής όψης, χρησιμοποιούνται μέθοδοι παλμικού τόξου (παλμικό GTAW ή παλμικό GMAW), επειδή

Χρησιμοποιήστε ρεύμα υψηλής αιχμής ακολουθούμενο από χαμηλό ρεύμα φόντου για να μειώσετε την εισροή θερμότητας.

Ενισχύστε τη διαχείριση της πισίνας συγκόλλησης και μειώστε την πιθανότητα εγκαύματος-σε στενούς τοίχους.

Δημιουργήστε μια μικροδομή που είναι πιο συνεπής και λεπτότερη.

Αντί να χρησιμοποιούνται σφαιρίδια ευρείας ύφανσης, τα οποία αυξάνουν την εισροή θερμότητας και επιβραδύνουν την ψύξη, χρησιμοποιούνται κορδόνια (ευθεία χωρίς ύφανση) για χειροκίνητη συγκόλληση.

Ο καθαρισμός μετά-Ο καθαρισμός της συγκόλλησης (πίκρωση και παθητικοποίηση) είναι το κρίσιμο βήμα
Η απόχρωση θερμότητας (κλίμακα οξειδίου) θα εμφανιστεί στην επιφάνεια της συγκόλλησης και στο περιβάλλον HAZ ακόμα κι αν η είσοδος θερμότητας είναι ιδανική. Επειδή το χρώμιο αλληλεπιδρά κατά προτίμηση με το οξυγόνο, αφήνοντας το υποκείμενο μέταλλο με λιγότερο χρώμιο, αυτό το στρώμα οξειδίου είναι εξαντλημένο από χρώμιο-. Η διάβρωση οπών και ρωγμών στην υπηρεσία χλωρίου ξεκινά εύκολα σε αυτήν την ελλιπή ζώνη.

Απαιτείται καθαρισμός μετά τη συγκόλληση. Υπάρχουν δύο αποτελεσματικές μέθοδοι:

Χημική αφαίρεση (τουρσί)
Πάστα τουρσί ή λουτρό: Η θερμική απόχρωση διαλύεται και η στιβάδα που έχει εξαντληθεί το χρώμιο- αφαιρείται χρησιμοποιώντας ένα διάλυμα νιτρικού οξέος (HNO3) και υδροφθορικού οξέος (HF). Η πάστα τουρσί εφαρμόζεται στη συγκόλληση και στην περιοχή των σωλήνων που έχει επηρεαστεί από τη θερμότητα, αφήνεται για προκαθορισμένο χρονικό διάστημα (όπως 15 έως 60 λεπτά) και στη συνέχεια ξεπλένεται πλήρως με νερό.

Πίκρωση με εμβάπτιση: Παρόλο που χρειάζεται ειδικό εξοπλισμό, η βύθιση μικρών συγκροτημάτων σωλήνων ή τμημάτων καρουλιού σε θερμαινόμενο λουτρό αποστράγγισης είναι πιο ομοιόμορφη.

Παθητικοποίηση μετά από μηχανικό καθαρισμό
Τρίψιμο ή βούρτσισμα: Λεπτά λειαντικά μαξιλάρια ή μη{0}}μη μεταλλικές βούρτσες (όπως συρμάτινες βούρτσες από ανοξείδωτο χάλυβα, που χρησιμοποιούνται μόνο σε duplex και ποτέ σε ανθρακούχο χάλυβα) μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αφαίρεση της θερμικής απόχρωσης. Χωρίς να αφήνονται ενσωματωμένα σωματίδια σιδήρου, ολόκληρο το χρωματισμένο στρώμα πρέπει να αφαιρεθεί με λείανση.

Παθητικοποίηση: Για την αποκατάσταση της παθητικής επίστρωσης οξειδίου του χρωμίου, εφαρμόζεται ένα διάλυμα νιτρικού ή κιτρικού οξέος στην επιφάνεια μετά από μηχανικό καθαρισμό. Η λείανση από μόνη της μπορεί να λερώσει το μέταλλο και να δημιουργήσει μια λιγότερο προστατευτική επιφάνεια, επομένως αυτό το βήμα είναι ζωτικής σημασίας.

Μετά την κατάλληλη αποξήρανση, η συγκόλληση και το HAZ θα πρέπει να έχουν την ίδια εμφάνιση και αντοχή στη διάβρωση με τον μητρικό σωλήνα, καθώς μια καλή συγκόλληση είναι αδιαπέραστη από τη διάβρωση. Η συγκόλληση θα είναι το πρώτο σημείο αστοχίας εάν η θερμική απόχρωση παραμένει.

Μέτρηση φερρίτη για επαλήθευση ποιότητας συγκόλλησης
Ένα πεδίο φερρίτη, μια συσκευή μαγνητικής επαγωγής, χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της περιεκτικότητας σε φερρίτη του μετάλλου συγκόλλησης και του HAZ προκειμένου να επαληθευτεί ότι η διαδικασία συγκόλλησης έχει διατηρήσει τη σωστή ισορροπία φάσης. Για διπλούς ανοξείδωτους χάλυβες, η περιεκτικότητα σε φερρίτη 30–70% (ωστενίτης εξισορρόπησης) είναι συχνά αποδεκτή. Πολλές προδιαγραφές στοχεύουν στο 40-60%.

Η αντοχή μειώνεται από τον υπερβολικό ωστενίτη, ο οποίος υποδεικνύεται με τιμές κάτω από 30%.

Η υπερβολική ποσότητα φερρίτη υποδεικνύεται με τιμές άνω του 70%, γεγονός που μειώνει τη σκληρότητα και μπορεί να υποδηλώνει την ύπαρξη φάσης σίγμα (το σίγμα δεν είναι-μαγνητικό, αλλά το ποσοστό φερρίτη μειώνεται καθώς εμφανίζεται το σίγμα. Μια ασυνήθιστα χαμηλή ή ασυνεπής ένδειξη φερρίτη μπορεί να αποτελεί ένδειξη).

Σε κρίσιμες εφαρμογές, ένα συγκολλημένο κουπόνι μπορεί να υποβληθεί σε μικροδομική ανάλυση (μεταλογραφία) για την ανίχνευση διαμεταλλικών φάσεων. Εντός των κόκκων φερρίτη, η φάση σίγμα εκδηλώνεται ως βελονοειδή ή μπλοκ ίζημα.

Τυπικά λάθη και πώς να τα αποτρέψετε
Πρόληψη συνεπειών λάθους
Η χρήση ενός μετάλλου πλήρωσης 308L ή 316L Η συγκόλληση είναι επιρρεπής σε ρωγμές και έχει χαμηλή αντοχή στη διάβρωση. Χρησιμοποιείτε ταιριαστό πληρωτικό διπλής όψης (ER2209 για 2205) ανά πάσα στιγμή.
Υπερθέρμανση (πάνω από 2,5 kJ/mm) Χαμηλό PREN, ευθραυστότητα και κατακρήμνιση στη φάση σίγμα Καθορίστε την είσοδο θερμότητας, χρησιμοποιήστε ένα παλμικό τόξο και ορίστε έναν περιορισμό ταχύτητας.
Ενδιάμεση διάβαση θερμοκρασίας πάνω από 150 μοίρες Η συσσώρευση θερμότητας ενθαρρύνει το sigmaΧρησιμοποιήστε ένα θερμοστοιχείο για μέτρηση. το αφήνουμε να κρυώσει ανάμεσα στα περάσματα.
Χωρίς εκκένωση ριζών σωλήνα Εξάντληση χρωμίου, οξείδωση σφαιριδίων ρίζας και διάβρωση ρωγμώνΧρησιμοποιήστε αργό ή συνδυασμό αργού-για την κάθαρση
Αφήνοντας τη θερμική απόχρωση στη θέση της Στο άκρο της συγκόλλησης, αρχίζει η τοπική διάβρωση. Πασπαλίστε ή παθητικοποιήστε χρησιμοποιώντας μια μηχανή.
Χρησιμοποιώντας τροχούς λείανσης ή βούρτσες από ανθρακούχο χάλυβα Η γαλβανική διάβρωση προκαλείται από ρύπανση από σίδηρο. Χρησιμοποιήστε εξειδικευμένα εργαλεία από ανοξείδωτο χάλυβα, ιδανικά μόνο για duplex.
Προδιαγραφή πιστοποίησης και διαδικασίας συγκόλλησης (WPS)
Πρέπει να δημιουργηθεί και να πιστοποιηθεί μια επίσημη προδιαγραφή διαδικασίας συγκόλλησης (WPS) σύμφωνα με έναν κώδικα όπως το ASME Section IX, AWS D1.6 ή ISO 15614 για οποιαδήποτε βιομηχανική εφαρμογή. Τα ακόλουθα πρέπει να αναφέρονται ξεκάθαρα στο WPS για σωλήνες από ανοξείδωτο χάλυβα διπλής όψης:

Εύρος πάχους και ποιότητας βασικού μετάλλου.

Ταξινόμηση μετάλλου πλήρωσης (π.χ. ER2209).

Τεχνικές συγκόλλησης GTAW, GMAW ή SMAW.

σύνθεση και ρυθμός ροής προστατευτικών αερίων.

αέριο και τεχνική για πίσω καθαρισμό.

Εύρος εισόδου θερμότητας και ηλεκτρικές παράμετροι (τάση, ρεύμα και ταχύτητα διαδρομής).

υπερβείτε τον περιορισμό θερμοκρασίας, όπως το μέγιστο 150 μοίρες .

Η προθέρμανση δεν είναι συνήθως απαραίτητη για διπλή όψη, εκτός εάν η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι κάτω από 5 βαθμούς.

Η πάστα τουρσί, η εμβάπτιση ή η μηχανική + παθητικοποίηση είναι μέθοδοι καθαρισμού μετά{1}}συγκόλλησης.

Πρότυπα αποδοχής περιεκτικότητας σε φερρίτη (π.χ. 30–70% φερρίτης σε μέταλλο συγκόλλησης).

Οι δοκιμές εφελκυσμού και κάμψης καθώς και οι δοκιμές διάβρωσης (όπως η δοκιμή διάτρησης με χλωριούχο σίδηρο σύμφωνα με το ASTM G48) αποτελούν παραδείγματα δοκιμών πιστοποίησης. Μπορεί επίσης να απαιτείται επιθεώρηση δινορευμάτων ή υδροστατική δοκιμή για συγκολλήσεις σωλήνων.

Θεωρήσεις για τη συγκόλληση πεδίου
Επειδή ο περιβαλλοντικός έλεγχος είναι πιο δύσκολος, η συγκόλληση σωλήνων διπλής όψης στο χωράφι (για δέσιμο-ή επισκευές, για παράδειγμα) είναι πιο δύσκολη από τη συγκόλληση στο κατάστημα. Ιδιαίτερη έμφαση πρέπει να δοθεί σε:

Η χρήση φακών αερίου και οθονών για να σταματήσει η θωράκιση του αερίου είναι γνωστή ως προστασία από τον αέρα.

Παρακολούθηση θερμοκρασίας: Χρησιμοποιήστε πυρόμετρα επαφής ή θερμόμετρα υπερύθρων για τη μέτρηση της θερμοκρασίας μεταξύ διέλευσης.

Εκκαθάριση: Μπορεί να μην είναι εφικτό να αδειάσετε ολόκληρο το μήκος σωλήνων μεγάλης-διαμέτρου. Αντίθετα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα περιορισμένο φράγμα καθαρισμού από φουσκωτά ελαστικά βύσματα.

Αποστράγγιση: Για να αποφευχθεί η διαρροή σε κοντινό εξοπλισμό, οι πάστες τουρσί πρέπει να εφαρμόζονται και να εξουδετερώνονται προσεκτικά.

Συμπερασματικά, η ποιότητα του υλικού εξαρτάται από τα χέρια που το δουλεύουν.
Για διπλούς σωλήνες από ανοξείδωτο χάλυβα, η επιλογή της σωστής τεχνικής συγκόλλησης είναι ζωτικής σημασίας για την αποφυγή καταστροφικής απώλειας αντοχής στη διάβρωση. Η υπερβολική εισροή θερμότητας, οι υψηλές θερμοκρασίες ενδιάμεσης διέλευσης, τα αταίριαστα μέταλλα πλήρωσης ή η παρουσία χρωμίου-εξαντλημένης απόχρωσης θερμότητας μπορούν όλα να υπονομεύσουν την ισορροπημένη μικροδομή του ωστενίτη-φερρίτη που προσδίδει στο duplex αντοχή και αντίσταση στη διάτρηση. Η ζώνη συγκόλλησης διατηρεί την ίδια απόδοση διάβρωσης με τον μητρικό σωλήνα χάρη σε μια μεθοδική διαδικασία που ελέγχει την εισροή θερμότητας (συνήθως 0,5–2,5 kJ/mm), τη θερμοκρασία ενδιάμεσης διέλευσης κάτω από 150 μοίρες, το υλικό πλήρωσης ER2209 για βασικό μέταλλο 2205, το αδρανές οπίσθιο καθαρισμό και την αυστηρή συγκόλληση{{9}. Η επιτυχία επιβεβαιώνεται με μέτρηση φερρίτη (30–70% φερρίτης). Μια καλά κατασκευασμένη συγκόλληση{14}}είναι αδιαπέραστη από τη διάβρωση. το υλικό είναι τόσο καλό όσο τα χέρια που το ενώνουν.