Miksi 316:n ruostumattomasta teräksestä valmistettu vaippa, jonka seinämän paksuus on alle 1,0 millimetriä, vaatii erityisiä hitsausmenetelmiä laippakiinnitykseen sähkövastuksen lämmittimissä?

Yksi tärkeimmistä toimenpiteistä valmistusinsinööreille ja laadunvarmistuksen ammattilaisille tarkoitettujen sähkövastusten valmistuksessa on asennuslaippojen kiinnittäminen ruostumattoman teräksen 316 vaippaan. Viallinen hitsaus voi mahdollistaa prosessinesteen tunkeutumisen, sähköoikosulkujen tai lämmittimen täyden erotuksen. Hitsausprosessit normaaleille yli 1,5 mm:n seinämäpaksuuksille ovat vakiintuneet. Alle 1,0 mm:n ohuiden -seinämäisten 316 vaipan hitsaus aiheuttaa selviä ongelmia. Ohut seinämän alhainen lämpömassa johtaa nopeaan lämmön kertymiseen-ja palamiseen-, ylimääräiseen rakeiden muodostumiseen ja korroosionkestävyyden heikkenemiseen. Tässä artikkelissa kuvataan ohutseinäisten 316 vaippien hitsausongelmien mittaamista ja tarvittavien prosessimuutosten määrittämistä luotettavien laippakiinnitysten varmistamiseksi.

Ohut{0}}seinän 316-hitsauksen lämmönhallintaongelmat
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) ympäröivän materiaalin jäähdytyselementti poistaa lämmön hitsausaltaalta ja estää liiallisen lämpötilan nousun. Alle 1,0 mm:n ohuessa -seinämäisessä vaipassa jäähdytyselementin vaikutus on mitätön. Sama hitsausvirta, joka loisi hallitun hitsisulan 1,6 mm:n seinämään, sulaa 0,9 mm:n seinämän läpi millisekunneissa. 316. Ruostumattoman teräksen lämpödiffuusio on noin 4 mm2/s normaalilämpötilassa. Lämmönjohtavuus 0,9 mm:n paksuuden läpi kestää vain 0,02 sekuntia. Tämä tarkoittaa, että ellei lämmöntuottoa säädetä tarkasti, vaipan takapuoli saavuttaa sulamispisteen käytännössä välittömästi kaaren syttymisen jälkeen. Burnthrough luo vaippaan reiän paljastaen MgO-eristeen ja vastuslangan. Jopa ilman täydellistä palamista{16}}huima lämmöntuotto aiheuttaa jyvien karkenemista lämmön{17}}vaikutusalueella. Ohut seinäosien raekoko voi olla ASTM 7-8 (20-30 mikronia) ASTM 2-3 (100-150 mikronia). Kromikarbidit saostuvat ensisijaisesti karkeilla raerajoilla, mikä heikentää 316:n mekaanista lujuutta ja, mikä kriittisemmin, korroosionkestävyyttä kloridiolosuhteissa.

Ohutseinämäisten 316 vaippaiden hitsaustoimenpiteet vaativat muutoksia
Jotta 0,8–1,0 mm:n 316 vaippa voidaan hitsata kunnolla kiinnityslaippaan, tyypilliseen kaasuvolframikaarihitsausprosessiin tarvitaan viisi muutosta. Hitsausvirtaa tulee ensin alentaa 40–60 % verrattuna menetelmään 1,6 mm seinäpaksuudella. Tyypilliset virrat 1,6 mm 316:lle ovat 60-80 ampeeria; 0,9 mm:n alue pienenee 25-35 ampeeriin. Toiseksi tarvitset pulssivirran aaltomuodon. Käytetään 20–30 %:n taustavirtaa ja pulssit ovat 50–100 Hz, jolloin hitsausuima jäähtyy hieman pulssien välissä, jotta lämpöä ei muodostu. Kolmanneksi kulkunopeutta tulisi lisätä 200-300 mm:iin minuutissa verrattuna 100-150 mm:iin minuutissa paksuilla seinillä. Suuremmalla nopeudella syötetään vähemmän lämpöä pituusyksikköä kohti. Neljänneksi halkaisijaltaan pienemmän, 1,0 mm tai 1,6 mm:n volframielektrodin käyttö tyypillisen 2,4 mm:n sijaan lisää valokaaren vakautta pienillä virroilla. Viidenneksi ja tärkein, suojakaasusulku on asetettava vaipan sisäpuolelle. Hitsauksen aikana argonin kulku vaipan sisäpuolelle estää takapuolen hapettumisen ja tarjoaa jonkin verran jäähdytystä. Ilman tukikaasua sisäpinta paljastuu ja hapettuu voimakkaasti jättäen karkean, kromivapaan kerroksen, joka on altis korroosiolle.

Seinän vähimmäispaksuus erilaisilla hitsausprosesseilla
Seuraavassa taulukossa esitetään pienimmät hyväksyttävät vaipan seinämäpaksuudet 316:lle eri laippakiinnityshitsausprosesseille ja niihin liittyvät menettelymuutokset kullekin. Arvot koskevat mekaanisen lujuuden täyttä läpitunkeumaa.

Hitsausprosessi Vähintään 316 vaipan seinämäpaksuus tasaisen hitsauksen edellyttämät toimenpiteet. Suhteellinen hinta|Vakiohitsauksen laatu
GTAW (vakio), manuaalinen 1,2 mm1,2 mm Ei mitään; ei suositella tämän alapuolelle Hyvä 1,2 mm Matala
Manuaalinen GTAW (pulssi) 0,9 mm Takakaasu Alempi ampeeri Pulssivirta Kohtalainen; vaatii asiantuntevan operaattorin matalasta kohtalaiseen
Automatisoitu GTAW (pulssi) 0,8 mm Täysin kelpuutettavat menettelyt: Keskitaso Hyvä oikealla asetuksella
Laserhitsaus 0,6 mm Tarkka sovitus-ylös, ei rakoa, säteen kohdistus tärkeä Alhainen lämmöntuottoErinomainen;
Elektronisuihkuhitsaus 0,5 mm Tarvitaan tyhjiökammiota Erinomainen; ei hapettumista Erittäin korkea
Vastushitsaus (projektio) 0,8 mm Erityisesti suunniteltujen laippojen ulkonema Hyvä pienille halkaisijoille Pieni tai keskikokoinen
Juotos (ei hitsaus) 0,5 mm Hopea- tai nikkelipohjainen lisäainemetalli Keskivahva lujuus; ei korkealle paineelle Matala
Useimmat teollisuussähköiset sähkövastuksen sovellukset hitsataan parhaiten vaipilla, joiden seinämän paksuus on 0,9–1,2 mm. Automaattinen pulssimainen GTAW takakaasulla on yleisin prosessi. varten<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.

Ohut{0}}Seinähitsaukset: tarkastus- ja pätevyysvaatimukset
Ohuet{0}}seinämäiset 316-vaipat on tutkittava tarkemmin kuin paksuseinämäisten-seinien hitsit, koska niissä on vähemmän tilaa virheille. Alle 1,2 mm:n vaippojen silmämääräinen tarkastus ei riitä. Röntgenkuvaus tai väriaineen tunkeutumisen tarkastus on tehtävä näytteenottoperusteisesti. Toistuvuus perustuu tuotantomäärään ja sovelluksen kriittisyyteen. Alle 1,0 mm:n kuorille suositellaan 100 %:n väriaineen tunkeutumiskykyä. Ohuiden seinien hitsien hyväksymisstandardien tulisi sallia pieni pohjatäyttö (jopa 10 % seinämän paksuudesta), mutta ei halkeamia, halkaisijaltaan yli 0,2 mm:n huokoisuutta tai läpipalamista. Kaikille ohutseinämäisille hitsatuille kokoonpanoille, jotka on suunniteltu käytettäväksi paineistetussa käytössä, on myös tehtävä heliumvuototesti. Hyvän hitsin vuotonopeus on alle 1 x 10-7 mbar·L/s. Jos lämmitintä käytetään syövyttävässä ympäristössä, suositellaan hitsausmetallin ferriittitestiä. Ferriittipitoisuus > 5 % viittaa mahdolliseen valikoivaan korroosioon kloridikäytössä. Parhaan korroosionkestävyyden saavuttamiseksi hitsin metalliferriittipitoisuuden tulisi olla 2–5 % 316–316 hitsauksissa. Määritellessään ohut{30}}seinävaippaa insinöörien tulee pyytää valmistajalta hitsausmenetelmän hyväksyntätietueet, joissa näkyy poikkileikkausmikrokuvat tunkeutumisprofiilista, lämpö{32}}vaikutusalueen raekoko ja ei todisteita läpipalamisesta. Jos toimittaja epäröi toimittaa näitä asiakirjoja, hänen ei pitäisi luottaa ohutseinäisten lämmittimien toimittamiseen. Hitsausmenetelmän uudelleenkvalifioinnin kustannukset ovat minimaaliset verrattuna hitsaushalkeamien tai -vuotojen aiheuttamiin kenttävikojen kustannuksiin.