Kako odabrati ispravan postupak zavarivanja dupleksnih cijevi od nehrđajućeg čelika da se izbjegne gubitak otpornosti na koroziju?

Nekoliko minuta lošeg zavarivanja može u potpunosti uništiti-otpornost na koroziju dvostruke cijevi od nehrđajućeg čelika. Svaki spoj proizveden u radionici ili na terenu mora pažljivo sačuvati jasnu dvo-faznu mikrostrukturu koja dupleksu daje snagu i otpornost. Održavanje tvrdo{4}}stečene otpornosti legure na koroziju u oštrim kloridnim i kiselim uvjetima važnije je od pukog sprječavanja curenja.

Metalurški temelj: što Duplex čini jedinstvenim
Uravnotežena mješavina otprilike 50% austenita i 50% ferita nalazi se u dvostrukim nehrđajućim čelicima (kao što su UNS S32205, S31803 ili 2205). Ova dvo{6}}fazna struktura nudi:

Visoka mehanička čvrstoća (oko dva puta veća od 316L).

Izvanredna otpornost na pucanje od korozije izazvano kloridom (SCC).

PREN (ekvivalentni broj otpornosti na rupičastu koroziju) od 34–36 ukazuje na dobru otpornost na rupičastu i pukotinsku koroziju.

Materijal se topi i brzo skrućuje tijekom procesa zavarivanja. Konačna ravnoteža faza u metalu zavara i zoni utjecaja topline (HAZ) određena je brzinom hlađenja i toplinskom poviješću. Dvije se štetne stvari mogu dogoditi ako se postupak neispravno izvede:

Prekomjerna proizvodnja ferita: Kada ferit prevladava zbog sporog hlađenja ili velikog unosa topline, žilavost i otpornost na koroziju su smanjeni.

Taloženje intermetalne faze, posebno sigma (σ) faza (FeCrMo) i chi (χ) faza, koje se razvijaju između 600 i 900 stupnjeva. Razvoj ovih faza iscrpljuje okolnu matricu ovih bitnih legirajućih elemenata budući da su bogati kromom i molibdenom. Ishodi su teška krtost i nagli pad otpornosti na rupičastu koroziju.

S druge strane, previše austenita može nastati zbog nedovoljnog unosa topline ili iznimno brzog hlađenja, što bi smanjilo čvrstoću. Kao rezultat toga, treba se pridržavati ograničenog vremenskog okvira za obradu.

Ključni elementi postupka dupleksnog zavarivanja nehrđajućeg čelika
Sljedeći čimbenici točno se kontroliraju odgovarajućom tehnikom za sprječavanje korozije cijevi za dvostrano zavarivanje nehrđajućeg čelika.

1. Izbor metala za punjenje
Kako bi se očuvala fazna ravnoteža i otpornost na koroziju, sadržaj legure u metalu za punjenje mora biti jednak ili veći od sadržaja osnovnog metala. Standardno punilo za 2205 duplex je ER2209 (UNS S39209). Proizvodnja austenita u zavarenom sloju potiče se njegovim sastavom, koji je donekle više-legiran niklom i dušikom u odnosu na osnovni metal. To nadoknađuje ferit-učinak brzog skrućivanja.

Dodatni metal kao što je ER2594 koristi se za super dupleks kvalitete (kao što je 2507). Na dupleks osnovnom metalu nikada nemojte koristiti austenitno punilo (kao što je 308L ili 316L); rezultirajući zavar će imati pogrešne karakteristike korozije i može popucati.

2. Kontrola unosa topline
Brzina putovanja, napon i struja utječu na unos topline. Predloženi raspon unosa topline za duplex nehrđajuće čelike obično je između 0,5 i 2,5 kilojoula po milimetru. Unos topline koji je previsok potiče sporo hlađenje, što dopušta stvaranje sigma faze i ogrubljivanje ferita; prenizak unos topline predstavlja rizik od nepotpune fuzije ili prekomjerne količine ferita.

Plinski volfram zavarivanje (GTAW) cijevi 2205 obično ima za cilj 0,5–1,5 kJ/mm. Ako je međuprolazna temperatura strogo regulirana, nešto veći rasponi (do 2,0 kJ/mm) mogu biti prihvatljivi za plinsko elektrolučno zavarivanje (GMAW) s prijenosom impulsnog raspršivanja.

3. Temperaturni međuprolaz
Potrebno je održavati međuprolaznu temperaturu-temperaturu područja zavarivanja prije sljedećeg prolaza-ispod 150 stupnjeva, a često ispod 100 stupnjeva tijekom početnih prolaza. Toplina se akumulira visokim međuprolaznim temperaturama, što produljuje razdoblje hlađenja i potiče taloženje sigma faze. Prirodno hlađenje zrakom između prolaza moglo bi biti prikladno za cijevi s tankim stijenkama (npr. 2–3 mm). Prisilno hlađenje zrakom ili čak duže vrijeme čekanja između prolaza potrebno je za deblje dijelove.

4. Pročišćavanje leđa i zaštita
I strana zavara i strana korijena dupleksnih zavara od nehrđajućeg čelika moraju biti zaštićene od kisika iz okoline. Što se tiče zavarivanja cijevi:

Argon s 1-3% dušika uobičajeni je primarni zaštitni plin. Mala količina dušika, stabilizatora austenita, dodana zaštitnom plinu pomaže u očuvanju željene fazne ravnoteže u metalu zavara.

Povratno pročišćavanje: Kako bi se zaustavila oksidacija zrnca korijena, čisti argon (ili argon s 2–5% dušika) se ispušta iz unutrašnjosti cijevi. Ljuskice kromovog oksida, koje nastaju onečišćenjem kisikom, dovode do smanjenja količine kroma i smanjenja otpornosti na koroziju.

5. Metoda i postupak zavarivanja
Za dupleksne cijevi koriste se metode pulsnog luka (impulsni GTAW ili pulsni GMAW) jer

Koristite visoku vršnu struju praćenu niskom pozadinskom strujom kako biste smanjili unos topline.

Poboljšajte upravljanje bazenom za zavarivanje i smanjite mogućnost progorevanja-na uskim zidovima.

Stvorite mikrostrukturu koja je dosljednija i finija.

Umjesto upotrebe širokih perli, koje povećavaju unos topline i usporavaju hlađenje, za ručno zavarivanje koriste se zrnca (ravni prolaz bez tkanja).

Čišćenje -zavara (luženje i pasiviranje) je ključni korak
Toplinska boja (oksidni kamenac) pojavit će se na površini zavara i okolnom ZUT-u čak i ako je unos topline idealan. Budući da krom preferira interakciju s kisikom, ostavljajući ispod metala manje kroma, ovaj je oksidni sloj-osiromašen kromom. Jamičasta i pukotinska korozija u radu s kloridom lako se pokreće u ovoj zoni nedostatka.

Potrebno je čišćenje nakon zavarivanja. Postoje dvije učinkovite metode:

Kemijsko uklanjanje (kiseljenje)
Pasta za dekapiranje ili kupka: Toplinska boja se otapa i sloj-osiromašen kromom se uklanja pomoću otopine dušične kiseline (HNO₃) i fluorovodične kiseline (HF). Pasta za dekapiranje nanosi se na zavar i područje cijevi -zahvaćeno toplinom, ostavlja se unaprijed određeno vrijeme (kao što je 15 do 60 minuta), a zatim se potpuno ispire vodom.

Dekapiranje uranjanjem: iako zahtijeva posebnu opremu, uranjanje malih sklopova cijevi ili dijelova kalema u zagrijanu kupku za dekapiranje je jednoličnije.

Pasiviranje nakon mehaničkog čišćenja
Brušenje ili četkanje: Fini abrazivni jastučići ili ne-metalne četke (kao što su žičane četke od nehrđajućeg čelika, koje se koriste samo na dupleksu, a nikad na ugljičnom čeliku) mogu se koristiti za uklanjanje toplinske boje. Bez ostavljanja ukočenih čestica željeza, cijeli obojeni sloj mora se ukloniti brušenjem.

Pasivacija: Za ponovno uspostavljanje pasivnog sloja krom oksida, nakon mehaničkog čišćenja na površinu se nanosi otopina dušične ili limunske kiseline. Samo brušenje može razmazati metal i proizvesti manje zaštitnu površinu, stoga je ovaj korak ključan.

Nakon odgovarajućeg luženja, zavar i ZUT trebali bi imati isti izgled i otpornost na koroziju kao matična cijev budući da je dobar zavar otporan na koroziju. Zavar će biti prva točka kvara ako toplinska nijansa potraje.

Mjerenje ferita za provjeru kvalitete zavara
Feritni opseg, uređaj za magnetsku indukciju, koristi se za mjerenje sadržaja ferita u metalu zavara i ZUT-a kako bi se potvrdilo da je proces zavarivanja održao odgovarajuću ravnotežu faza. Za duplex nehrđajuće čelike često je prihvatljiv udio ferita od 30–70% (uravnotežujući austenit). Mnoge specifikacije ciljaju na 40–60%.

Čvrstoća je smanjena prekomjernim austenitom, što je naznačeno vrijednostima ispod 30%.

Prekomjerna količina ferita naznačena je vrijednostima iznad 70%, što smanjuje žilavost i može sugerirati postojanje sigma faze (sigma nije-magnetna, ali postotak ferita opada kako se pojavljuje sigma; neuobičajeno nisko ili nedosljedno očitanje ferita može biti znak).

U kritičnim primjenama, zavareni kupon može biti podvrgnut mikrostrukturnoj analizi (metalografija) kako bi se otkrile intermetalne faze. Unutar feritnih zrna, sigma faza se manifestira kao igličasti ili blokoviti talog.

Tipične pogreške i kako ih spriječiti
Sprječavanje posljedica pogreške
Korištenje dodatnog metala od 308L ili 316LWeld je osjetljivo na pucanje i ima slabu otpornost na koroziju. U svakom trenutku koristite odgovarajuće dupleksno punilo (ER2209 za 2205).
Pregrijavanje (preko 2,5 kJ/mm) Nizak PREN, krtost i taloženje u sigma fazi Odredite unos topline, upotrijebite pulsni luk i postavite ograničenje brzine.
Temperaturni međuprolaz iznad 150 stupnjeva. Nakupljanje topline potiče sigmaUpotrijebite termoelement za mjerenje; pustite da se ohladi između prolaza.
Nema pročišćavanja korijena cijevi. Osiromašenje kroma, oksidacija zrna korijena i korozija pukotina Za pročišćavanje koristite argon ili kombinaciju dušika argona-
Ostavljanje toplinske boje na mjestuNa rubu zavara počinje lokalizirana korozija. Piklirajte ili pasivirajte pomoću stroja.
Korištenje brusnih ploča ili četkica od ugljičnog čelika Galvanska korozija uzrokovana je onečišćenjem željezom. Koristite specijalizirane alate od nehrđajućeg čelika, idealno samo za dupleks.
Specifikacija kvalifikacije i postupka zavarivanja (WPS)
Formalna specifikacija postupka zavarivanja (WPS) mora se izraditi i kvalificirati u skladu s kodeksom kao što je ASME odjeljak IX, AWS D1.6 ili ISO 15614 za bilo koju industrijsku primjenu. Sljedeće treba biti jasno navedeno u WPS-u za duplex cijevi od nehrđajućeg čelika:

raspon i stupanj debljine osnovnog metala.

Klasifikacija dodatnog metala (npr. ER2209).

GTAW, GMAW ili SMAW tehnike zavarivanja.

sastav i brzina protoka zaštitnih plinova.

plin i tehnika za povratno pročišćavanje.

Raspon unosa topline i električni parametri (napon, struja i brzina kretanja).

prekoračiti temperaturno ograničenje, kao što je maksimalno 150 stupnjeva.

Predgrijavanje obično nije potrebno za duplex osim ako je temperatura okoline ispod 5 stupnjeva.

Pasta za dekapiranje, uranjanje ili mehaničko + pasiviranje metode su čišćenja nakon -zavarivanja.

Standardi prihvatljivosti sadržaja ferita (npr. 30–70% ferita u metalu šava).

Ispitivanja rastezanja i savijanja, kao i ispitivanja korozije (kao što je ispitivanje željeznim kloridom udubljenja prema ASTM G48) primjeri su ispitivanja kvalifikacije. Inspekcija vrtložnim strujama ili hidrostatsko ispitivanje također mogu biti potrebni za zavarene cijevi.

Razmatranja za zavarivanje na terenu
Budući da je kontrola okoliša teža, zavarivanje dvostrukih cijevi na terenu (za -veze ili popravke, na primjer) teže je od zavarivanja u radionici. Poseban fokus treba posvetiti:

Korištenje plinskih leća i zaslona za zaustavljanje poremećaja zaštitnog plina poznato je kao zaštita od vjetra.

Praćenje temperature: Koristite kontaktne pirometre ili infracrvene termometre za mjerenje međuprolazne temperature.

Čišćenje: možda neće biti izvedivo isprazniti cijelu duljinu cijevi velikog-promjera; umjesto toga, može se koristiti ograničena brana za pročišćavanje napravljena od gumenih čepova na napuhavanje.

Dekapiranje: Kako bi se spriječilo prolijevanje na obližnju opremu, paste za dekapiranje moraju se pažljivo nanijeti i neutralizirati.

Zaključno, kvaliteta materijala ovisi o rukama koje rade na njemu.
Za dvostruke cijevi od nehrđajućeg čelika, odabir prave tehnike zavarivanja ključan je za sprječavanje katastrofalnog gubitka otpornosti na koroziju. Prekomjerni unos topline, visoke međuprolazne temperature, neusklađeni metali za punjenje ili prisutnost toplinske nijanse-osiromašene kromom mogu narušiti uravnoteženu mikrostrukturu austenita-ferita koja dupleksu daje snagu i otpornost na rupičastu pojavu. Zona zavara održava istu korozijsku izvedbu kao i matična cijev zahvaljujući metodičnom procesu koji kontrolira unos topline (obično 0,5–2,5 kJ/mm), međuprolaznu temperaturu ispod 150 stupnjeva, ER2209 punilo za osnovni metal 2205, inertno pročišćavanje i rigorozno dekapiranje nakon-zavarivanja. Uspjeh se potvrđuje mjerenjem ferita (30–70% ferita). Dobro-zavar je otporan na koroziju; materijal je dobar onoliko koliko su dobre ruke koje ga spajaju.