Kako izbrati pravilen postopek varjenja za dupleks cevi iz nerjavečega jekla, da se izognete izgubi odpornosti proti koroziji?

Nekaj ​​minut slabega varjenja lahko popolnoma uniči korozijsko-odpornost dupleksne cevi iz nerjavečega jekla. Vsak spoj, izdelan v delavnici ali na terenu, mora skrbno ohraniti razločno dvo-fazno mikrostrukturo, ki dupleksu daje moč in odpornost. Ohranjanje trdno{4}}pridobljene korozijske odpornosti zlitine v težkih kloridnih in kislinskih pogojih je pomembnejše kot samo preprečevanje puščanja.

Metalurški temelj: Kaj naredi Duplex edinstven
Uravnotežena mešanica približno 50 % avstenita in 50 % ferita je v dupleks nerjavnih jeklih (kot so UNS S32205, S31803 ali 2205). Ta dvo-fazna struktura ponuja:

Visoka mehanska trdnost (približno dvakrat večja od 316L).

Izjemna odpornost na napetostno korozijsko razpokanje, ki ga povzroča klorid (SCC).

PREN (ekvivalentno število odpornosti na luknjičasto korozijo) 34–36 pomeni dobro odpornost proti luknjičasti in razpokani koroziji.

Material se med postopkom varjenja hitro stopi in strdi. Končno fazno ravnovesje v kovinskem zvaru in toplotno -območju (HAZ) je določeno s hitrostjo ohlajanja in termično zgodovino. Če postopek izvedete nepravilno, se lahko zgodita dve škodljivi stvari:

Prekomerna proizvodnja ferita: Ko prevladuje ferit zaradi počasnega ohlajanja ali visokega vnosa toplote, se žilavost in odpornost proti koroziji zmanjšata.

Izločanje intermetalnih faz, zlasti sigma (σ) faza (FeCrMo) in chi (χ) faza, ki se razvijeta med 600 in 900 stopinjami. Razvoj teh faz osiromaši okoliški matriks teh bistvenih legirnih elementov, saj so bogati s kromom in molibdenom. Rezultat sta močna krhkost in strm upad odpornosti proti jamičasti koroziji.

Po drugi strani pa lahko zaradi premajhnega vnosa toplote ali izjemno hitrega ohlajanja nastane preveč avstenita, kar bi zmanjšalo trdnost. Posledično je treba upoštevati omejeno obdobje obdelave.

Ključni elementi dupleksnega postopka varjenja nerjavečega jekla
Naslednji dejavniki so natančno nadzorovani z ustrezno tehniko za preprečevanje korozije cevi za dvojno varjenje nerjavnega jekla.

1. Izbira polnilne kovine
Za ohranitev faznega ravnovesja in odpornosti proti koroziji mora biti vsebnost zlitine v polnilni kovini enaka ali višja od vsebnosti osnovne kovine. Standardno polnilo za 2205 duplex je ER2209 (UNS S39209). Nastajanje avstenita v zvarnem nanosu spodbuja njegova sestava, ki je nekoliko preveč-legirana z nikljem in dušikom glede na osnovno kovino. To kompenzira feritni-učinek hitrega strjevanja.

Dodatna kovina, kot je ER2594, se uporablja za super dupleksne razrede (kot je 2507). Pri dupleksni navadni kovini nikoli ne uporabljajte avstenitnega polnila (kot je 308L ali 316L); nastali zvar bo imel nepravilne korozijske lastnosti in lahko poči.

2. Nadzor vnosa toplote
Hitrost potovanja, napetost in tok vplivajo na vnos toplote. Predlagano območje vnosa toplote za dupleks nerjavna jekla je običajno med 0,5 in 2,5 kilojoula na milimeter. Previsok vnos toplote spodbuja počasno hlajenje, kar omogoča nastanek sigma faze in grobljenje ferita; prenizek vnos toplote predstavlja tveganje nepopolne fuzije ali prekomernega ferita.

Obločno varjenje s plinskim volframom (GTAW) cevi 2205 običajno cilja na 0,5–1,5 kJ/mm. Če je medprehodna temperatura natančno regulirana, so lahko nekoliko večji razponi (do 2,0 kJ/mm) sprejemljivi za plinsko obločno varjenje (GMAW) s pulznim razpršilnim prenosom.

3. Temperaturni prehod
Potrebno je vzdrževati temperaturo vmesnega prehoda-temperaturo območja zvara pred naslednjim prehodom-pod 150 stopinjami in med začetnimi prehodi pogosto pod 100 stopinjami. Toplota se akumulira z visokimi vmesnimi temperaturami, kar podaljša čas ohlajanja in spodbuja padavine sigma faze. Naravno zračno hlajenje med prehodi je lahko primerno za cevi s tankimi stenami (npr. 2–3 mm). Za debelejše porcije je potrebno prisilno zračno hlajenje ali celo daljše čakalne dobe med prehodi.

4. Čiščenje in zaščita
Pred kisikom iz okolja je treba zaščititi tako stran zvara kot stran korena dupleksnih zvarov iz nerjavečega jekla. Glede varjenja cevi:

Argon z 1-3 % dušika je pogost primarni zaščitni plin. Majhna količina dušika, stabilizatorja avstenita, dodanega zaščitnemu plinu, pomaga pri ohranjanju želenega faznega ravnovesja v zvaru.

Povratno čiščenje: Da bi preprečili oksidacijo koreninske kroglice, se iz notranjosti cevi odstrani čisti argon (ali argon z 2–5 % dušika). Lestvice kromovega oksida, ki nastanejo zaradi onesnaženosti s kisikom, vodijo do zmanjšanja količine kroma in zmanjšane odpornosti proti koroziji.

5. Metoda in postopek varjenja
Za dupleksne cevi se uporabljajo metode impulznega obloka (impulzni GTAW ali impulzni GMAW), ker

Za zmanjšanje dovoda toplote uporabite visok konični tok, ki mu sledi nizek tok ozadja.

Izboljšajte upravljanje zvarnega bazena in zmanjšajte možnost prežganja{0}}na ozkih stenah.

Ustvarite mikrostrukturo, ki je bolj skladna in fina.

Namesto širokih tkanih kroglic, ki povečajo vnos toplote in počasno ohlajanje, se za ročno varjenje uporabljajo nizke vezice (ravni prehod brez tkanja).

Čiščenje po-varu (luženje in pasiviranje) je ključni korak
Toplotni odtenek (oksidna lestvica) se bo pojavil na površini zvara in okoliškem HAZ, tudi če je vnos toplote idealen. Ker krom medsebojno deluje prednostno s kisikom, zaradi česar je v spodnji kovini manj kroma, je ta oksidna plast-osiromašena s kromom. V tej pomanjkljivi coni se zlahka sprožita luknjičasta in razpokana korozija pri kloridni uporabi.

Po varjenju je potrebno čiščenje. Obstajata dve učinkoviti metodi:

Kemično odstranjevanje (luženje)
Lužilna pasta ali kopel: Toplotno barvilo se raztopi in plast-osiromašena s kromom se odstrani z raztopino dušikove kisline (HNO₃) in fluorovodikove kisline (HF). Dekapirno pasto nanesemo na zvar in toplo{2}}prizadeta območja cevi, pustimo vnaprej določen čas (npr. 15 do 60 minut) in nato popolnoma speremo z vodo.

Potopno luženje: čeprav potrebuje posebno opremo, je potopitev majhnih sklopov cevi ali delov tuljave v ogrevano lužilno kopel bolj enakomerna.

Pasivacija po mehanskem čiščenju
Brušenje ali ščetkanje: za odstranjevanje toplotnega odtenka lahko uporabite fine abrazivne blazinice ali ne-kovinske ščetke (kot so žične ščetke iz nerjavečega jekla, ki se uporabljajo samo za dupleks in nikoli za ogljikovo jeklo). Celoten obarvani sloj je treba odstraniti z brušenjem, ne da bi ostali vgrajeni delci železa.

Pasivacija: Za ponovno vzpostavitev pasivne prevleke iz kromovega oksida se na površino po mehanskem čiščenju nanese raztopina dušikove ali citronske kisline. Samo brušenje lahko razmaže kovino in povzroči manjšo zaščito površine, zato je ta korak ključnega pomena.

Po ustreznem luženju morata imeti zvar in HAZ enak videz in odpornost proti koroziji kot matična cev, saj je dober zvar neprepusten za korozijo. Zvar bo prva točka okvare, če toplotni odtenek ne izgine.

Merjenje ferita za preverjanje kakovosti zvara
Feritni daljnogled, naprava za magnetno indukcijo, se uporablja za merjenje vsebnosti ferita v zvaru in HAZ, da se preveri, ali je varilni proces ohranil ustrezno fazno ravnovesje. Za dupleks nerjavna jekla je pogosto sprejemljiva vsebnost ferita 30–70 % (uravnavanje avstenita). Veliko specifikacij cilja na 40–60 %.

Trdnost zmanjša presežek avstenita, kar kažejo vrednosti pod 30 %.

Prekomerni ferit je označen z vrednostmi nad 70 %, kar zmanjša žilavost in lahko kaže na obstoj sigma faze (sigma ni -magnetna, vendar se odstotek ferita zmanjšuje, ko se pojavi sigma; nenavadno nizek ali nedosleden odčitek ferita je lahko namig).

V kritičnih aplikacijah je lahko zvarjen kupon podvržen mikrostrukturni analizi (metalografija) za odkrivanje intermetalnih faz. Znotraj feritnih zrn se sigma faza kaže kot iglasta ali kockasta oborina.

Tipične napake in kako jih preprečiti
Preprečevanje posledic napak
Uporaba polnilne kovine 308L ali 316LWeld je dovzetna za razpoke in ima slabo odpornost proti koroziji. Vedno uporabljajte ujemajoče se dupleksno polnilo (ER2209 za 2205).
Pregrevanje (nad 2,5 kJ/mm) Nizek PREN, krhkost in izločanje v sigma fazi. Določite vnos toplote, uporabite pulzni oblok in nastavite omejitev hitrosti.
Temperaturni vmesni prehod nad 150 stopinj Kopičenje toplote spodbuja sigmaUporabite termočlen za merjenje; pustite, da se ohladi vmes.
Brez čiščenja korenine nazaj Pomanjkanje kroma, oksidacija kroglice korenine in korozija v razpokah Za čiščenje uporabite argon ali kombinacijo argon-dušika
Pustite toplotno barvo na mestu. Na robu zvara se začne lokalizirana korozija. Dekapirajte ali pasivirajte s strojem.
Uporaba brusov ali ščetk iz ogljikovega jekla Galvansko korozijo povzroča onesnaženje z železom. Uporabite specializirana orodja iz nerjavečega jekla, idealno samo za duplex.
Specifikacija kvalifikacije in postopka varjenja (WPS)
Formalno specifikacijo varilnega postopka (WPS) je treba ustvariti in kvalificirati v skladu s kodo, kot je ASME oddelek IX, AWS D1.6 ali ISO 15614 za katero koli industrijsko uporabo. Naslednje je treba jasno navesti v WPS za dupleks cevi iz nerjavečega jekla:

razpon in razred debeline navadne kovine.

Razvrstitev dodajne kovine (npr. ER2209).

Tehnike varjenja GTAW, GMAW ali SMAW.

sestava in hitrost pretoka zaščitnih plinov.

plin in tehnika za povratno čiščenje.

Območje vnosa toplote in električni parametri (napetost, tok in potovalna hitrost).

presežejo temperaturno omejitev, na primer največ 150 stopinj.

Predgretje običajno ni potrebno za dupleks, razen če je temperatura okolja pod 5 stopinj.

Dekapirna pasta, potopitev ali mehanska + pasivizacija so metode čiščenja po-varjenju.

Standardi sprejemljivosti vsebnosti ferita (npr. 30–70 % ferita v zvaru).

Natezni in upogibni preskusi ter korozijski preskusi (kot je preskus železovega klorida v luknjah v skladu z ASTM G48) so primeri kvalifikacijskega testiranja. Pregled z vrtinčnimi tokovi ali hidrostatični preskus bo morda potreben tudi za zvare cevi.

Premisleki za varjenje na terenu
Ker je nadzor nad okoljem težji, je varjenje dupleksnih cevi na terenu (na primer za -veze ali popravila) težje kot varjenje v delavnici. Posebno pozornost je treba nameniti:

Uporaba plinskih leč in zaslonov za zaustavitev motenj zaščitnega plina je znana kot zaščita pred vetrom.

Spremljanje temperature: Za merjenje temperature vmesnega prehoda uporabite kontaktne pirometre ali infrardeče termometre.

Čiščenje: morda ne bo mogoče izprazniti celotne dolžine cevi z velikim-premerom; namesto tega se lahko uporabi omejen čistilni jez iz napihljivih gumijastih čepov.

Luženje: Da preprečite razlitje na bližnjo opremo, je treba pasto za luženje nanesti in previdno nevtralizirati.

Skratka, kakovost materiala je odvisna od rok, ki ga delajo.
Za dupleksne cevi iz nerjavečega jekla je izbira prave tehnike varjenja ključnega pomena za preprečevanje katastrofalne izgube odpornosti proti koroziji. Prekomerni vnos toplote, visoke medprehodne temperature, neujemajoče se polnilne kovine ali prisotnost -toplotnega odtenka, ki je osiromašen s kromom, lahko spodkopljejo uravnoteženo mikrostrukturo avstenita-ferita, ki daje dupleksu njegovo trdnost in odpornost proti luknjanju. Območje zvara ohranja enako korozijsko učinkovitost kot matična cev zahvaljujoč metodičnemu postopku, ki nadzoruje vnos toplote (običajno 0,5–2,5 kJ/mm), temperaturo vmesnega prehoda pod 150 stopinj, polnilo ER2209 za navadno kovino 2205, inertno povratno čiščenje in strogo dekapiranje po -varju. Uspeh je potrjen z meritvijo ferita (30–70 % ferita). Dobro{14}}izveden zvar je neprepusten za korozijo; material je tako dober, kot so dobre roke, ki ga spojijo.