Kako kvaliteta zavarenog šava titanijske cijevi za grijanje utječe na njenu otpornost na pucanje od korozije u vrućem kloridnom mediju?

Titan je osjetljiv na pucanje od korozije pod naponom (SCC) u jednom od rijetkih uvjeta, vrućim kloridnim medijima. Vrući kloridni medij općenito se definira kao iznad 60 stupnjeva i sa sadržajem klorida većim od 1000 ppm. SCC se brzo širi kroz stijenku cijevi, s malo vizualnih indikacija, za razliku od rupičaste ili opće korozije. Zavareni šav titanijske grijaće cijevi najvjerojatnije je mjesto za početak SCC-a. Zaostala vlačna naprezanja nastala postupkom zavarivanja i mikrostrukturne promjene u zoni utjecaja topline (HAZ) značajno mijenjaju prag naprezanja materijala za pucanje. Važno je razumjeti učinak određenih karakteristika kvalitete zavarenog šava, kao što su boja, penetracija, razina oksidacije i obrada nakon -zavarivanja, na otpornost na SCC kako bi se odabrali grijači za rad s vrućim kloridom.

Metalurški SCC inicijacijski mehanizmi u zavarenim spojevima od titana

Zavarivanje titana na zraku stvara karakterističan slijed boja koji ukazuje na kontaminaciju površine. Srebrna ili blijedoslamasta boja znači manje oksidacije i dovoljnu zaštitu. Plave, ljubičaste ili sive boje ukazuju na preveliku apsorpciju kisika, što rezultira lomljivim alfa-slojem kućišta. Ovaj sloj-obogaćen kisikom tvrđi je, ali znatno manje žilav i, kritično, ima niži prag naprezanja za stvaranje SCC-a u kloridima. Brzo toplinsko kruženje unutar ZUT-a daje igličasti alfa-prime martenzit u komercijalno čistim stupnjevima, koji je skloniji apsorpciji vodika od jednakoosnog osnovnog metala. Mehanička pokretačka sila često su zaostala vlačna naprezanja na vrhu zavara, koja su reda granice razvlačenja (240-340 MPa za stupanj 2). Adsorpcija kloridnih iona na oksidiranoj površini događa se kada vruće otopine klorida dođu u dodir s područjem zavara, a mikropukotine se razvijaju zbog koncentracije naprezanja na valovima ili urezima zavara. Te se pukotine zatim transgranularno šire kroz ZUT duž rute maksimalnog zaostalog naprezanja.

Kvantitativni parametri kvalitete zavara i njihovi pragovi za SCC

Kontrolirano laboratorijsko ispitivanje korištenjem prethodno napuknutih kompaktnih zateznih uzoraka u kipućem magnezijevom kloridu (155 stupnjeva, 42% MgCl2) pokazalo je kvantitativne odnose:

Razina oksidacije zavara: Zavari srebra/slamke imaju prag intenziteta naprezanja K ISCC od oko 55 MPa√m. Plavi zavari pokazuju niži K_ISCC od 30-35 MPa√m. Za sive ili bijele zavare (jaka oksidacija), K_ISCC je ispod 15 MPa√m i pukotine brzo rastu pri niskim primijenjenim opterećenjima.

Visina ojačanja zavara (proboj prekomjernog punjenja): svakih 0,5 mm armature iznad vanjskog promjera cijevi udvostručuje lokalni faktor koncentracije naprezanja. Za zavare s ojačanjem manjim od 0,2 mm, vrijeme nastanka SCC-a je veće od 2000 h. Ojačanje veće od 1,0 mm smanjuje vrijeme inicijacije na ispod 200 sati.

Dubina udubljenja zavara: Udubljenje od 0,1 mm smanjuje lokalno područje popre-presjeka za oko 5%, ali povećava lokalno naprezanje za 15–20%. Usluga s vrućim kloridom: udubljenje veće od 0,3 mm nije prihvatljivo.

Toplinska obrada nakon{0}}zavarivanja (PWHT): smanjenje napona na 540-650 stupnjeva tijekom 30 minuta smanjuje zaostala naprezanja u zavaru za 60-75% i povećava vrijeme do pojave SCC-a za faktor 5-10.

Primjena temeljena na vodiču za odabir kvalitete zavara

Sljedeća tablica predstavlja okvir izbora za određivanje kvalitete zavara titanijevim grijačem u odnosu na ozbiljnost klorida i sigurnosne standarde.

Uvjeti usluge vrućeg klorida i prioritet pouzdanosti Potreban zahtjev za kvalitetom zavara Osnovno obrazloženje i SCC izmjena rizika
Kloridi 1,000-5,000 ppm 60-80 stupnjeva Čista otopina Neciklički rad Boja srebrne slame, ojačanje Manje od ili jednako 0,3 mm, bez vidljivog udubljenja Umjerene okolnosti su prihvatljive za standardne autogene GTAW zavare. Vizualno pregledano prema AWS D1.6 Klasi B prihvaćanja.
Kloridi 5.000–20.000 ppm, 80–100 stupnjeva, zone bez protoka, tjedni toplinski ciklusi. Nijansa svijetle slame, ojačanje Manje od ili jednako 0,2 mm, PWHT ublažavanje naprezanja (550 stupnjeva, 30 min) PWHT smanjuje zaostalo naprezanje ispod SCC praga. Nije dopušteno oksidacijsko plavo. Svi zavareni spojevi moraju se ispitati penetrantom.
Continuous Duty, chlorides >20 000 ppm, 100 do 120 stupnjeva C, morska voda ili slana voda Bez vidljivog oksida (povratno pročišćen argonom), izravnavanje armature s brušenjem ±0,1 mm, potrebna puna PWHT Max otpornost na SCC. Povećači naprezanja uklanjaju se brušenjem nakon -zavarivanja. Poželjan je osnovni metal razreda 12 ili razreda 7.
Vrući klorid, 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.
Inženjering kvalitete zavara i više

Kvaliteta zavara ne ovisi o debljini stijenke cijevi i temperaturi rada. Čak i -zavar loše kvalitete može probiti debeo zid (1,5 mm) u roku od nekoliko tjedana, budući da brzine širenja SCC-a u titanu mogu biti čak 1-2 mm/h nakon uspostavljanja. Međutim, tanka stijenka (0,7 mm) s izvrsnim zavarivanjem (srebrna boja, PWHT, isprano s tlom) izdržat će godinama u vrućoj slanoj vodi. Također, klasa osnovnog metala ima utjecaj na osjetljivost zavara: titan stupnja 12 (0,3% Mo i 0,8% Ni) ima daleko bolju žilavost zavara u HAZ-u nego stupanj 2. Prilikom projektiranja za rad s vrućim kloridom, odredite penetrantsku inspekciju boje (ASTM E165) na svim zavarima i prihvatite samo zavare bez indikacija. Povratno pročišćavanje argonom tijekom zavarivanja nije obavezno, potrebno je kako bi se spriječila oksidacija unutarnje površine koja se ne može vidjeti vanjskim pregledom.

Kako napraviti dobru specifikaciju

(1) boja zavara nije tamnija od svijetle slame prema tablici boja AWS A5.16; (2) maksimalno pojačanje zavara 0,2 mm; (3) bez podrezivanja; (4) 100% penetrantska inspekcija s pisanim izvješćem; (5) toplinska obrada nakon -zavarivanja za rad iznad 90 stupnjeva. Kada se specificiraju titanijske grijaće cijevi za okruženja s vrućim kloridom iznad 60 stupnjeva, preporučljivo je uključiti sljedeće zahtjeve kvalitete zavarivanja u specifikaciju nabave: Zatražiti evidenciju o kvalifikaciji postupka zavarivanja (PQR) koja pokazuje da dobavljačeva metoda proizvodi zavare koji odgovaraju ovim kriterijima. To čini kvalitetu zavarenog šava dominantnim projektnim parametrom, što inženjeru omogućuje izravnu regulaciju rizika od SCC u servisu s vrućim kloridom i pretvaranje zavara od mjesta početka kvara do pouzdanog dijela sklopa grijača.