Kako kvaliteta zavarenog šava titanijumske cijevi za grijanje utječe na njenu otpornost na pucanje od korozije pod stresom u vrućim hloridnim medijima?

Titanijum je osjetljiv na pucanje od korozije pod naponom (SCC) u jednom od rijetkih uvjeta, vrućem hloridnom mediju. Vrući hloridni medij je općenito definiran kao iznad 60 stepeni i sa sadržajem hlorida većim od 1.000 ppm. SCC se brzo širi kroz zid cijevi, s malo vizualnih indikacija, za razliku od pitinga ili opće korozije. Zavareni šav titanijumske grijaće cijevi je najvjerovatnije mjesto za početak SCC-a. Zaostala vlačna naprezanja unesena postupkom zavarivanja i mikrostrukturne promjene u zoni utjecaja topline (HAZ) značajno mijenjaju granično naprezanje materijala za pucanje. Važno je razumjeti uticaj određenih karakteristika kvaliteta šava, kao što su boja, penetracija, nivo oksidacije i tretman nakon -zavara, na SCC otpornost kako bi se odabrali grijači za servis vrućeg klorida.

Metalurški SCC inicijacijski mehanizmi u titanijumskim zavarenim spojevima

Zavarivanje titanijuma na vazduhu stvara karakterističan niz boja koji ukazuje na kontaminaciju površine. Srebrna ili blijedo slamnata nijansa znači manje oksidacije i dovoljnu zaštitu. Plave, ljubičaste ili sive boje ukazuju na preveliku apsorpciju kiseonika, što rezultira krhkim alfa-slojem kućišta. Ovaj sloj obogaćen kiseonikom-je tvrđi, ali znatno manje žilav i, što je kritično, ima niži prag naprezanja za formiranje SCC u hloridima. Brzi termalni ciklusi unutar HAZ-a stvaraju igličasti alfa-primarni martenzit u komercijalno čistim vrstama, koji je skloniji apsorpciji vodonika od ravnoosnog osnovnog metala. Mehanička pokretačka sila često su zaostala vlačna naprezanja na vrhu šava, koja su reda granice popuštanja (240-340 MPa za stepen 2). Adsorpcija kloridnih jona na oksidiranoj površini nastaje kada vruće otopine klorida dođu u kontakt sa područjem vara, a mikro-pukotine se razvijaju zbog koncentracije naprezanja na valovima ili podrezima šava. Ove pukotine se zatim transgranularno šire kroz HAZ duž rute maksimalnog zaostalog naprezanja.

Kvantitativni parametri kvaliteta šava i njihovi pragovi za SCC

Kontrolirano laboratorijsko ispitivanje korištenjem prethodno-napuknutih kompaktnih zateznih uzoraka u ključalom magnezijum hloridu (155 stepeni , 42% MgCl2) pokazalo je kvantitativne odnose:

Nivo oksidacije šava: srebrni/slamni zavari imaju granični intenzitet naprezanja K ISCC od oko 55 MPa√m. Plavi zavari pokazuju niži K_ISCC od 30-35 MPa√m. Za sive ili bijele zavare (teška oksidacija), K_ISCC je ispod 15 MPa√m i pukotine brzo rastu pri niskim primijenjenim opterećenjima.

Visina armature zavara (prodiranje prekomjernog punjenja): Svakih 0,5 mm armature iznad vanjskog promjera cijevi udvostručuje lokalni faktor koncentracije naprezanja. Za zavarene šavove sa armaturom manjom od 0,2 mm vrijeme nastanka SCC je veće od 2000 h. Pojačanje preko 1,0 mm smanjuje vrijeme inicijacije na ispod 200 sati.

Dubina podrezivanja zavara: Podrezivanje od 0,1 mm smanjuje površinu lokalnog poprečnog-poprečnog presjeka za oko 5%, ali povećava lokalni napon za 15-20%. Servis vrućeg klorida: podrezivanje veće od 0,3 mm nije prihvatljivo.

Termička obrada nakon-varenja (PWHT): Spuštanje naprezanja na 540-650 stepeni u trajanju od 30 minuta smanjuje zaostala naprezanja u zavaru za 60-75% i povećava vrijeme do pojave SCC-a za faktor 5-10.

Primjena na temelju vodiča za odabir kvalitete zavarivanja

Sljedeća tabela predstavlja okvir izbora za uspostavljanje kvaliteta zavara titanijumskog grijača u odnosu na ozbiljnost usluge hlorida i sigurnosne standarde.

Servisni uvjeti i pouzdanost vrućeg klorida Prioritet Potreban zahtjev za kvalitetom zavarivanja Osnovni obrazloženje i SCC modifikacija rizika
Hloridi 1.000-5.000 ppm 60-80 stepeni Čisto rješenje Neciklični rad Srebrna slamnata boja, ojačanje Manje od ili jednako 0,3 mm, bez vidljivog podreza. Umjerene okolnosti su prihvatljive za standardne autogene GTAW zavare. Vizuelno pregledan u skladu sa prihvatljivošću AWS D1.6 klase B.
Hloridi 5.000–20.000 ppm, 80–100 stepeni, bez zona protoka, nedeljni termički ciklusi Lagana slamnata boja, ojačanje Manje od ili jednako 0,2 mm, PWHT ublažavanje naprezanja (550 stepeni, 30 min) PWHT smanjuje zaostalo naprezanje ispod SCC. Nije dozvoljena oksidacija plave boje. Svi zavareni spojevi se ispituju penetrantom boje.
Continuous Duty, chlorides >20.000 ppm, 100 do 120 °C, morska voda ili slana voda Bez vidljivog oksida (pozadi pročišćen argonom), armatura uzemljena ±0,1 mm, potrebna maksimalna PWHT otpornost na SCC Pojačivači naprezanja se uklanjaju naknadnim-brušenjem zavarivanja. Poželjan je osnovni metal stepena 12 ili razreda 7.
Vrući hlorid, 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 kvaliteta zavarivanja i više

Kvalitet vara ne zavisi od debljine stijenke cijevi i temperature rada. Čak i -zavar lošeg kvaliteta može probiti debeli zid (1,5 mm) u roku od nekoliko sedmica, jer brzine širenja SCC u titanijumu mogu biti i do 1-2 mm/h kada se jednom uspostavi. Međutim, tanak zid (0,7 mm) sa odličnim zavarenim spojem (srebrna boja, PWHT, ujednačeno sa zemljom) će trajati godinama u vrućoj salamuri. Takođe, razred osnovnog metala ima uticaj na osetljivost zavara: titanijum stepena 12 (0,3% Mo i 0,8% Ni) ima daleko bolju žilavost zavarenih havarija od stepena 2. Prilikom projektovanja za servis vrućeg hlorida, navedite inspekciju penetranta boje (ASTM E165) na svim zavarenim spojevima, a ne prihvatite samo zavare. Povratno pročišćavanje argonom tokom zavarivanja nije obavezno, potrebno je kako bi se spriječila oksidacija unutrašnje površine koja se ne može vidjeti vanjskim pregledom.

Kako napraviti dobru specifikaciju

(1) boja zavara koja nije tamnija od svetle slame prema AWS A5.16 tabeli boja; (2) maksimalna armatura zavara 0,2 mm; (3) nema podrezivanja; (4) 100% inspekcija penetranta boje sa pisanim izvještajem; (5) termička obrada nakon-zavarivanja za servis iznad 90 stepeni. Prilikom specificiranja titanijumskih grijaćih cijevi za okruženja s vrućim hloridom iznad 60 stepeni, preporučljivo je uključiti sljedeće zahtjeve za kvalitet šava u specifikaciju nabavke: Zahtjev za kvalifikacionu evidenciju postupka zavarivanja (PQR) koji pokazuje da metoda zavarivanja dobavljača odgovara ovim kriterijumima. Ovo čini kvalitet šava dominantnim parametrom dizajna, koji omogućava inženjeru da direktno reguliše rizik od SCC-a u servisu vrućeg klorida i da pretvori zavar od mjesta početka kvara u pouzdani dio sklopa grijača.