Zakaj debelina stene plašča iz nerjavečega jekla 316 pod 1,0 milimetra zahteva posebne varilne postopke za pritrditev prirobnice v električnih potopnih grelnikih?

Eden najpomembnejših postopkov pri proizvodnji električnih potopnih grelnikov za proizvodne inženirje in strokovnjake za zagotavljanje kakovosti je pritrditev montažnih prirobnic na ovoj iz nerjavečega jekla 316. Napačen zvar lahko povzroči vdor procesne tekočine, električne kratke stike ali popolno ločitev grelca. Postopki varjenja za običajne debeline sten nad 1,5 mm so dobro uveljavljeni. Varjenje tankostenskih 316 plaščev pod 1,0 mm povzroča izrazite težave. Nizka toplotna masa tanke stene vodi do hitrega kopičenja toplote-in pregorevanja-skoznjega, prekomerne tvorbe zrn in izgube odpornosti proti koroziji. Ta članek opisuje merjenje težav z varjenjem tankostenskih plaščev 316 in določanje potrebnih postopkovnih sprememb za zagotovitev zanesljivih pritrditev prirobnic.

Težave s toplotnim upravljanjem pri tank{0}}stenskem varjenju 316
To weld a 316 sheath to a mounting flange the base metal is melted using heat to generate a fusion zone. For a thick-walled sheath (>1,6 mm) hladilno telo okoliškega materiala odvaja toploto iz zvarnega bazena in preprečuje čezmerno povišanje temperature. Za tank{2}}ohišje, manjše od 1,0 mm, je učinek odvoda toplote zanemarljiv. Isti varilni tok, ki bi ustvaril nadzorovano zvarno bazo v steni debeline 1,6 mm, se bo v milisekundah stopil skozi steno debeline 0,9 mm. 316 nerjavno jeklo ima toplotno difuzivnost približno 4 mm2/s pri normalni temperaturi. Prevod toplote skozi 0,9 mm debelino traja le 0,02 sekunde. To pomeni, da zadnja stran ovoja doseže tališče praktično takoj po zagonu obloka, razen če dovod toplote ni natančno reguliran. Burnthrough ustvari luknjo v ovoju, ki razkrije izolacijo MgO in uporovno žico. Tudi brez popolnega prežganja-bo precejšen vnos toplote povzročil grobljenje zrn v toplotno{17}}prizadetem območju. Velikost zrn za tankostenske odseke je lahko od ASTM 7-8 (20-30 mikronov) do ASTM 2-3 (100-150 mikronov). Kromovi karbidi se prednostno izločajo na mejah grobih zrn, kar zmanjšuje mehansko trdnost in, kar je še bolj kritično, odpornost proti koroziji 316 v kloridnih pogojih.

Potrebne so spremembe varilnih postopkov za tankostenske 316 plašče
Za pravilno varjenje 0,8–1,0 mm ovoja iz 316 na montažno prirobnico je potrebnih pet modifikacij tipičnega postopka obločnega varjenja s plinskim volframom. Varilni tok je treba najprej znižati za 40–60 % v primerjavi z metodo debeline stene 1,6 mm. Tipični tokovi za 1,6 mm 316 so 60-80 amperov; za 0,9 mm se območje zmanjša na 25-35 amperov. Drugič, potrebujete valovno obliko impulznega toka. Uporablja se tok ozadja 20–30 %, impulzi pa so pri 50–100 Hz, kar omogoča, da se zvarni bazen med impulzi rahlo ohladi, tako da se toplota ne kopiči. Tretjič, hitrost vožnje je treba povečati na 200-300 mm na minuto v primerjavi s 100-150 mm na minuto za debele stene. Pri višji hitrosti se vnese manj toplote na enoto dolžine. Četrtič, uporaba volframove elektrode manjšega premera, 1,0 mm ali 1,6 mm, namesto običajnih 2,4 mm, poveča stabilnost obloka pri nizkih tokovih. Peto in najpomembnejše, v notranjost ovoja je treba namestiti pregrado za podporni plin. Med varjenjem prehod argona v notranjost plašča preprečuje oksidacijo zadnje strani in nudi nekaj hlajenja. Brez podpornega plina je notranja površina izpostavljena in obsežno oksidirana, zaradi česar ostane groba plast brez kroma, ki je nagnjena h koroziji.

Najmanjša debelina stene pri različnih postopkih varjenja
Naslednja tabela prikazuje najmanjše sprejemljive debeline stene plašča za 316 za različne postopke varjenja prirobnice in povezane spremembe postopka za vsakega. Vrednosti veljajo za mehansko trdnost zvara s popolnim prebojem.

Postopek varjenja Najmanjša debelina stene plašča 316 za dosledno varjenje Zahtevane spremembe postopka Relativni stroški|Standardna kakovost zvara
GTAW (standardno), ročno 1,2 mm1,2 mm Brez; ni priporočljivo pod to Dobro pri 1,2 mm Nizko
Ročni GTAW (impulzni) 0,9 mm Povratni plin Nižji amperi Impulzni tok Zmeren; zahteva strokovnega operaterja Nizka do Zmerna
Avtomatizirani GTAW (impulzni) 0,8 mm Postopki, ki jih je treba popolnoma kvalificirati: Srednje dobro s pravilno nastavitvijo
Lasersko varjenje 0,6 mm Natančno prileganje, brez vrzeli, poravnava snopa pomembna Nizek dovod toplote Odlično;
Varjenje z elektronskim žarkom 0,5 mm Potrebna je vakuumska komora Odlično; brez oksidacije Zelo visoka
Uporovno varjenje (štrljenje) 0,8 mm Štrljenje posebej oblikovanih prirobnic Dobro za majhne premere Nizke do srednje
Spajkanje (ne varjenje) 0,5 mm Dodatna kovina na osnovi srebra ali niklja Zmerna trdnost; ni za visok tlak Nizek
Večino industrijskih električnih potopnih grelnikov je najbolje variti s plašči z debelino stene med 0,9 mm in 1,2 mm. Avtomatski impulzni GTAW s povratnim plinom je najpogostejši postopek. Za<0.9 mm, laser welding is the most reliable, although the capital equipment cost is much higher. For flanged heaters, manufacturers without laser welding capabilities shall provide a minimum wall thickness of 1.0 mm to assure weld reliability.

Tankostenski-zvari: Inšpekcijske in kvalifikacijske zahteve
Podrobnejši pregled je potreben za tanko-plaste 316 kot za debelo{2}}stenske zvare, saj je manj prostora za napake. Pri plaščih pod 1,2 mm vizualni pregled ne zadostuje. Radiografski ali penetrantni pregled se izvede na podlagi vzorčenja. Pogostost temelji na obsegu proizvodnje in kritičnosti aplikacije. Za plašče, manjše od 1,0 mm, priporočamo 100-odstotno penetrantno preiskavo z barvilom. Standardi sprejemljivosti za tankostenske-zvare morajo dovoljevati nekaj manjšega polnjenja (do 10 % debeline stene), vendar brez razpok, poroznosti > 0,2 mm premera ali prežganosti-. Vsi tankostenski varjeni sklopi, zasnovani za delovanje pod tlakom, se prav tako podvržejo helijevemu preskusu tesnjenja. Dober zvar ima stopnjo puščanja manjšo od 1 x 10-7 mbar·L/s. Če bo grelnik uporabljen v jedki atmosferi, je priporočljiv feritni test zvara. Vsebnost ferita > 5 % kaže na možnost selektivne korozije pri uporabi klorida. Za najboljšo odpornost proti koroziji mora biti koncentracija ferita v zvaru za zvare 316 do 316 v območju od 2 % do 5 %. Pri določanju tankostenskih ovojov bi morali inženirji od proizvajalca zahtevati zapise o kvalifikaciji metode varjenja, ki prikazujejo mikrofotografije prečnih-prerezov profila penetracije, velikost zrn toplotno-prizadetega območja in brez dokazov o-prežganosti. Če dobavitelj okleva pri predložitvi teh dokumentov, mu ne smemo zaupati, da bo zagotovil tankostenske grelnike. Stroški prekvalifikacije metode varjenja so minimalni v primerjavi s stroški napak na terenu zaradi razpok ali puščanja zvara.