Kuinka titaanilämmitysputken hitsisauman laatu vaikuttaa sen kestävyyteen rasituskorroosion halkeilua vastaan ​​kuumassa kloridiväliaineessa?

Titaani on herkkä jännityskorroosiohalkeilulle (SCC) yhdessä harvoista olosuhteissa, kuumassa kloridiväliaineessa. Kuuma kloridiväliaine määritellään yleensä yli 60 astetta ja kloridipitoisuutta yli 1000 ppm. SCC leviää nopeasti putken seinämän läpi ilman visuaalista merkkiä, toisin kuin pistekorroosio tai yleinen korroosio. Titaanilämmitysputken hitsisauma on todennäköisin paikka SCC:n alkamiselle. Hitsausprosessin aiheuttamat jäännösvetolujoitukset ja lämpövaikutusvyöhykkeen (HAZ) mikrorakenteen muutokset muuttavat merkittävästi materiaalin halkeilun kynnysjännitystä. On tärkeää ymmärtää tiettyjen hitsaussauman laatuominaisuuksien, kuten värin, tunkeutumisen, hapetustason ja jälkikäsittelyn, vaikutus SCC:n kestävyyteen, jotta voit valita lämmittimet kuumakloridihuoltoon.

Metallurgiset SCC-aloitusmekanismit titaanihitsauksissa

Titaanihitsaus ilmassa luo tyypillisen värisarjan, joka osoittaa pinnan kontaminoitumisen. Hopean tai vaalean oljen sävy tarkoittaa vähemmän hapettumista ja riittävää suojaa. Sininen, violetti tai harmaa väri ilmaisee liiallista hapen imeytymistä, mikä johtaa hauraaseen alfa-kotelokerrokseen. Tämä happi-rikastettu kerros on kovempi, mutta olennaisesti vähemmän sitkeä, ja sillä on kriittisesti alempi kynnysjännitys SCC:n muodostumiselle klorideissa. Nopea lämpökierto HAZ:n sisällä tuottaa neulamaisen alfa-prime-martensiitin kaupallisesti puhtaissa laaduissa, joka on alttiimpi vedyn absorptiolle kuin tasaakselinen perusmetalli. Mekaaninen käyttövoima on usein jäännösvetolujuus hitsin kärjessä, jotka ovat myötölujuuden luokkaa (240-340 MPa luokassa 2). Kloridi-ionien adsorptio hapettuneelle pinnalle tapahtuu, kun kuumat kloridiliuokset koskettavat hitsausaluetta, ja hitsin aaltoilussa tai alileikkauksessa syntyy jännityskeskittymistä johtuvia mikrohalkeamia. Nämä halkeamat etenevät sitten rakeiden läpi HAZ:n läpi suurimman jäännösjännityksen reittiä pitkin.

Hitsauksen laadun kvantitatiiviset parametrit ja niiden kynnysarvot SCC:lle

Kontrolloidut laboratoriokokeet, joissa käytettiin esikrakattuja tiiviitä jännitysnäytteitä kiehuvassa magnesiumkloridissa (155 astetta, 42 % MgCl2), ovat osoittaneet kvantitatiivisia suhteita:

Hitsin hapettumisaste: Hopea/olkihitsausten jännitysintensiteetin K ISCC kynnysarvo on noin 55 MPa√m. Siniset hitsit osoittavat alhaisemman K_ISCC:n 30-35 MPa√m. Harmaissa tai valkoisissa hitseissä (vakava hapettuminen) K_ISCC on alle 15 MPa√m ja halkeamat kasvavat nopeasti pienillä kuormituksilla.

Hitsausraudoituksen korkeus (ylitäytön läpitunkeuma): Jokainen 0,5 mm raudoitus putken ulkohalkaisijan yläpuolella kaksinkertaistaa paikallisen jännityskeskittymiskertoimen. Hitsauksilla, joiden vahvike on alle 0,2 mm, SCC:n alkamisaika on yli 2000 tuntia. Yli 1,0 mm:n vahvistus lyhentää käynnistysajan alle 200 tuntiin.

Hitsauksen alileikkaussyvyys: 0,1 mm:n alileikkaus pienentää paikallista poikkileikkausalaa noin 5 %, mutta lisää paikallista jännitystä 15–20 %. Kuumakloridihuolto: yli 0,3 mm:n alileikkaus ei ole hyväksyttävää.

Jälki-hitsauksen lämpökäsittely (PWHT): Jännitystenpoisto 540–650 asteessa 30 minuutin ajan vähentää hitsin jäännösjännitystä 60–75 % ja pidentää SCC:n alkamisaikaa kertoimella 5–10.

Sovellus perustuu hitsin laadun valintaoppaaseen

Seuraavassa taulukossa esitetään valintakehys titaanilämmittimen hitsin laadun määrittämiseksi suhteessa kloridin käytön vakavuus- ja turvallisuusstandardeihin.

Hot Chloride -huollon kunto ja luotettavuus Vaadittu prioriteetti hitsin laatuvaatimus Perusperusteet ja SCC-riskin muutos
Kloridit 1 000-5 000 ppm 60-80 astetta Puhdas liuos Ei-syklinen toiminta Hopeanvärinen oljenväri, vahvistus Alle tai yhtä suuri kuin 0,3 mm, ei näkyvää alileikkausta. Kohtalaiset olosuhteet ovat hyväksyttäviä tavallisille autogeenisille GTAW-hitsauksille. Silmämääräisesti tarkastettu AWS D1.6 Class B -hyväksynnän mukaisesti.
Kloridit 5 000–20 000 ppm, 80–100 astetta, ei virtausvyöhykkeitä, viikoittaiset lämpösyklit Kevyt olkivärisävy, vahvistus Alle tai yhtä suuri kuin 0,2 mm, PWHT-jännityksen lievitys (550 astetta, 30 min) PWHT vähentää jäännösjännitystä alle SCC th:n. Ei hapettumisen sinistä sallittua. Kaikki hitsit tulee tutkia tunkeutuvalla väriaineella.
Continuous Duty, chlorides >20 000 ppm, 100 - 120 astetta C, merivesi- tai suolaliuoshuolto Ei näkyvää oksidia (takaisin huuhdeltu argonilla), vahvistusjauhettu huuhtelu ±0,1 mm, täysi PWHT Max SCC -vastus vaaditaan Jännityksen nostajat poistetaan jälki{5}}hitsauksella. Grade 12 tai Grade 7 epäjalometalli on edullinen.
Kuuma kloridi, 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.
Hitsauksen laatutekniikka ja paljon muuta

Hitsauksen laatu ei riipu putken seinämän paksuudesta ja työlämpötilasta. Jopa huonolaatuinen-hitsaus voi murtautua paksun seinän (1,5 mm) läpi muutamassa viikossa, koska SCC:n etenemisnopeus titaanissa voi olla jopa 1-2 mm/h, kun se on muodostettu. Kuitenkin ohut seinä (0,7 mm) erinomaisella hitsauksella (hopeavärinen, PWHT, maatasoinen) kestää vuosia kuumassa suolavedessä. Myös perusmetallilaadulla on vaikutusta hitsin herkkyyteen: luokan 12 titaanilla (0,3 % Mo ja 0,8 % Ni) on paljon parempi hitsin HAZ-sitkeys kuin Grade 2:lla. Kun suunnittelet kuumakloridihuoltoa, määritä väriaineen tunkeutumistarkastus (ASTM E165) kaikille hitsauksille ja hyväksy vain hitsaukset. Takaisinhuuhtelu argonilla hitsauksen aikana ei ole valinnaista, se on välttämätön sisäpinnan hapettumisen estämiseksi, jota ei voida nähdä ulkopuolisella tarkastuksella.

Kuinka tehdä hyvä spesifikaatio

(1) hitsin väri ei ole tummempi kuin vaalea olki AWS A5.16 -värikartan mukaan; (2) suurin hitsausvahvistus 0,2 mm; (3) ei alittavuutta; (4) 100 % väriaineen tunkeutumisen tarkastus kirjallisella raportilla; (5) Jälki-hitsauksen lämpökäsittely yli 90 asteen huoltoon. Kun määritetään titaanilämmitysputkia kuumille kloridiympäristöille yli 60 astetta, on suositeltavaa sisällyttää hankintaeritelmään seuraavat hitsin laatuvaatimukset: Pyydä hitsausprosessin kelpoisuustietueita (PQR), jotka osoittavat, että toimittajan menetelmä tuottaa nämä kriteerit vastaavat hitsit. Tämä tekee hitsisauman laadusta hallitsevan suunnitteluparametrin, jonka avulla insinööri voi suoraan säädellä SCC-riskiä kuumakloridihuollossa ja muuttaa hitsin vian alkamispaikasta lämmitinkokoonpanon luotettavaksi osaksi.