Kaip titano šildymo vamzdžio suvirinimo siūlės kokybė veikia jo atsparumą korozijos įtrūkimams karštoje chlorido terpėje?

Titanas yra jautrus įtempių korozijos įtrūkimams (SCC) vienoje iš nedaugelio sąlygų, karštoje chlorido terpėje. Karšta chlorido terpė paprastai apibrėžiama kaip aukštesnė nei 60 laipsnių, o chlorido kiekis didesnis nei 1000 ppm. SCC greitai plinta per vamzdžio sienelę ir mažai matosi, skirtingai nei duobė ar bendra korozija. Titano šildymo vamzdžio suvirinimo siūlė yra labiausiai tikėtina SCC pradžios vieta. Suvirinimo proceso metu atsirandantys liekamieji tempimo įtempiai ir mikrostruktūriniai pokyčiai karščio paveiktoje zonoje (HAZ) labai pakeičia medžiagos slenkstinį įtempį įtrūkimui. Svarbu suprasti tam tikrų suvirinimo siūlių kokybės charakteristikų, pvz., spalvos, prasiskverbimo, oksidacijos lygio ir apdorojimo po-suvirinimo, poveikį SCC atsparumui, kad būtų galima pasirinkti šildytuvus karšto chlorido priežiūrai.

Metalurginiai SCC inicijavimo mechanizmai titano suvirinimo siūlėse

Titano suvirinimas ore sukuria būdingą spalvų seką, kuri rodo paviršiaus užterštumą. Sidabrinis arba blyškus šiaudų atspalvis reiškia mažesnę oksidaciją ir pakankamą apsaugą. Mėlyna, violetinė arba pilka spalva rodo per daug deguonies absorbcijos, todėl susidaro trapus alfa{2} dėklo sluoksnis. Šis deguonimi praturtintas sluoksnis yra kietesnis, bet žymiai mažiau tvirtas ir, svarbiausia, turi mažesnį slenkstinį įtempį SCC susidarymui chloriduose. Dėl greito terminio ciklo HAZ viduje gaunamas aštrus alfa{6}}pirminis martensitas komerciškai grynose klasėse, kuris labiau linkęs sugerti vandenilį nei lygiašiai netaurieji metalai. Mechaninė varomoji jėga dažnai yra liekamieji tempimo įtempiai ties suvirinimo smaigaliu, kurie atitinka takumo ribą (240-340 MPa 2 laipsnio atveju). Chlorido jonai adsorbuojasi ant oksiduoto paviršiaus, kai karšti chlorido tirpalai liečiasi su suvirinimo vieta, ir susidaro mikro įtrūkimai dėl įtempių koncentracijos suvirinimo bangose ​​ar įpjovose. Tada šie įtrūkimai transgranuliariai plinta per HAZ didžiausio liekamojo įtempio keliu.

Kiekybiniai suvirinimo kokybės parametrai ir jų SCC slenksčiai

Kontroliuojami laboratoriniai tyrimai, naudojant iš anksto įskilusius kompaktiškus įtemptus bandinius verdančiame magnio chloride (155 laipsniai, 42 % MgCl2), parodė kiekybinius ryšius:

Suvirinimo siūlės oksidacijos lygis: Sidabrinių/šiaudų suvirinimo siūlių slenkstinis įtempių intensyvumas K ISCC yra apie 55 MPa√m. Mėlynos suvirinimo siūlės rodo mažesnį K_ISCC 30-35 MPa√m. Pilkų arba baltų suvirinimo siūlių (stiprios oksidacijos) atveju K_ISCC yra mažesnis nei 15 MPa√m, o įtrūkimai greitai auga esant mažoms apkrovoms.

Suvirinimo armatūros aukštis (perpildymo įsiskverbimas): kiekvienas 0,5 mm armatūros virš vamzdžio išorinio skersmens padvigubina vietinį įtempių koncentracijos koeficientą. Suvirinimo siūlėms, kurių armatūra mažesnė nei 0,2 mm, SCC atsiradimo laikas yra didesnis nei 2000 val. Sutvirtinimas virš 1,0 mm sumažina paleidimo laiką iki mažiau nei 200 valandų.

Suvirinimo įpjovos gylis: 0,1 mm įpjova vietinį skerspjūvio plotą sumažina maždaug 5 %, bet vietinį įtempį padidina 15–20 %. Karšto chlorido aptarnavimas: didesnis nei 0,3 mm pjūvis nepriimtinas.

Terminis apdorojimas po-suvirinimo siūlės (PWHT): 30 minučių sumažinus įtampą 540–650 laipsnių kampu, liekamieji įtempimai suvirinimo siūlėje sumažėja 60–75 %, o laikas iki SCC pradžios padidėja 5–10 kartų.

Taikymas, pagrįstas suvirinimo kokybės pasirinkimo vadovu

Toliau pateiktoje lentelėje pateikta pasirinkimo sistema, skirta nustatyti titano šildytuvo suvirinimo kokybę, atsižvelgiant į chlorido naudojimo sunkumą ir saugos standartus.

Karšto chlorido aptarnavimo būklė ir patikimumas, būtinas prioritetas, suvirinimo kokybės reikalavimasPagrindinis loginis pagrindas ir SCC rizikos modifikavimas
Chloridai 1000-5000 ppm 60-80 laipsnių Švarus tirpalas Neciklinis veikimas Sidabrinė šiaudų spalva, sutvirtinimas Mažiau nei 0,3 mm arba lygus, nėra matomo įpjovimo Standartinėms autogeninėms GTAW siūlėms priimtinos vidutinės aplinkybės. Vizualiai patikrinta pagal AWS D1.6 B klasės priimtinumą.
Chloridai 5 000–20 000 ppm, 80–100 laipsnių, nėra srauto zonų, savaitės terminiai ciklai Šviesus šiaudų atspalvis, sutvirtinimas Mažesnis arba lygus 0,2 mm, PWHT įtempių mažinimas (550 laipsnių, 30 min.) PWHT sumažina liekamąjį įtempį žemiau SCC th. Mėlyna oksidacija neleidžiama. Visos suvirinimo siūlės turi būti apžiūrimos dažais.
Continuous Duty, chlorides >20 000 ppm, nuo 100 iki 120 laipsnių C, jūros vandens arba sūrymo paslaugos Nėra matomo oksido (išvalytas argonu), sutvirtinimo šlifavimo lygis ±0,1 mm, būtinas pilnas PWHT Max SCC atsparumas. Įtempių keliamieji elementai pašalinami šlifuojant po-suvirinimo siūlę. Pageidautina 12 arba 7 klasės netauriųjų metalų.
Karštas chloridas, 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.
Kokybiška suvirinimo inžinerija ir kt

Suvirinimo kokybė nepriklauso nuo vamzdžio sienelės storio ir darbo temperatūros. Netgi prastos kokybės suvirinimo siūlė gali prasibrauti per storą sieną (1,5 mm) per kelias savaites, nes SCC plitimo greitis titane gali siekti 1–2 mm/val. Tačiau plona sienelė (0,7 mm) su puikia suvirinimo siūle (sidabro spalva, PWHT, šlifuota) tarnaus ilgus metus karštame sūryme. Taip pat netauriųjų metalų klasė turi įtakos suvirinimo siūlių jautrumui: 12 klasės titano (0,3% Mo ir 0,8% Ni) suvirinimo HAZ atsparumas yra daug geresnis nei 2 laipsnio. Projektuodami karšto chlorido eksploataciją, nurodykite dažų įsiskverbimo patikrinimą (ASTM E165) visoms suvirintoms siūlėms ir nepriimkite tik suvirintų siūlių. Atgalinis prapūtimas argonu suvirinimo metu neprivalomas, būtina užkirsti kelią vidinio paviršiaus oksidacijai, kurios nematyti apžiūrint išorę.

Kaip sukurti gerą specifikaciją

(1) suvirinimo spalva ne tamsesnė už šviesų šiaudą pagal AWS A5.16 spalvų diagramą; (2) maksimalus suvirinimo sutvirtinimas 0,2 mm; (3) nėra sumažinimo; (4) 100 % dažų įsiskverbimo patikrinimas ir rašytinė ataskaita; (5) po-suvirinimo siūlės terminis apdorojimas, skirtas aptarnavimui aukštesnėje nei 90 laipsnių temperatūroje. Nurodant titano šildymo vamzdžius karštai chlorido aplinkai virš 60 laipsnių, į pirkimo specifikaciją patartina įtraukti šiuos suvirinimo kokybės reikalavimus: Prašyti suvirinimo procedūros kvalifikacijos įrašų (PQR), rodančių, kad tiekėjo metodas atitinka šiuos kriterijus. Dėl to suvirinimo siūlės kokybė yra dominuojantis projektinis parametras, leidžiantis inžinieriui tiesiogiai reguliuoti SCC riziką karšto chlorido eksploatacijoje ir paversti suvirinimo siūlę iš gedimo pradžios vietos į patikimą šildytuvo mazgo dalį.