Kako odabrati ispravan postupak zavarivanja za dupleks cijevi od nehrđajućeg čelika kako biste izbjegli gubitak otpornosti na koroziju?

Nekoliko minuta lošeg zavarivanja može u potpunosti uništiti otpornost na koroziju-odlike dupleks cijevi od nehrđajućeg čelika. Svaki spoj proizveden u radnji ili na terenu mora pažljivo očuvati izrazitu dvofaznu mikrostrukturu koja dupleksu daje snagu i otpornost. Održavanje tvrdo{4}}osvojene otpornosti legure na koroziju u teškim hloridnim i kiselim uvjetima važnije je od samo sprječavanja curenja.

Metalurška fondacija: Šta Duplex čini jedinstvenim
Izbalansirana mješavina otprilike 50% austenita i 50% ferita nalazi se u dupleks nerđajućim čelicima (kao što su UNS S32205, S31803 ili 2205). Ova-dvofazna struktura nudi:

Visoka mehanička čvrstoća (otprilike dva puta od 316L).

Izvanredna otpornost na korozijsko pucanje uzrokovano hloridom (SCC).

PREN (ekvivalentni broj otpornosti na udubljenje) od 34–36 ukazuje na dobru otpornost na koroziju udubljenja i pukotina.

Materijal se topi i brzo stvrdnjava tokom procesa zavarivanja. Konačna ravnoteža faze u metalu šava i zoni -zahvaćene toplinom (HAZ) određena je brzinom hlađenja i termičkom istorijom. Dvije štetne stvari mogu se desiti ako se proces obavi pogrešno:

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

Intermetalna faza precipitacije, posebno sigma (σ) faza (FeCrMo) i chi (χ) faza, koje se razvijaju između 600 i 900 stepeni. Razvoj ovih faza iscrpljuje okolnu matricu ovih esencijalnih legirajućih elemenata jer su bogati hromom i molibdenom. Ishodi su jako krhkost i oštar pad otpornosti na koroziju.

S druge strane, previše austenita može biti proizvedeno nedovoljnim unosom topline ili izuzetno brzim hlađenjem, što bi smanjilo čvrstoću. Kao rezultat toga, potrebno je pridržavati se ograničenog okvira obrade.

Ključni elementi procesa dupleksnog zavarivanja nerđajućeg čelika
Sljedeći faktori su precizno kontrolirani odgovarajućom metodom dupleksnog zavarivanja cijevi od korozije.

1. Izbor dodatnog metala
Da bi se očuvala fazna ravnoteža i otpornost na koroziju, sadržaj legure dodatnog metala mora biti jednak ili veći od osnovnog metala. Standardni punilac za 2205 duplex je ER2209 (UNS S39209). Proizvodnja austenita u naslaga šava je podstaknuta njegovim sastavom, koji je nešto više-legiran u niklu i dušiku u odnosu na osnovni metal. Ovo nadoknađuje feritni{7}}efekat brzog skrućivanja.

Dodatni metal poput ER2594 se koristi za super dupleks tipove (kao 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 dupleks nehrđajući čelik je obično između 0,5 i 2,5 kilodžula po milimetru. Previsok unos toplote podstiče sporo hlađenje, što dozvoljava formiranje sigma faze i grubljenje ferita; prenizak unos topline dovodi do rizika od nepotpune fuzije ili prekomjernog ferita.

Zavarivanje gasnim volframovim lukom (GTAW) cijevi od 2205 obično ima za cilj 0,5-1,5 kJ/mm. Ako je međuprolazna temperatura blisko regulirana, nešto veći rasponi (do 2,0 kJ/mm) mogu biti prihvatljivi za plinsko elektrolučno zavarivanje (GMAW) s impulsnim prijenosom spreja.

3. Temperaturni međuprolaz
Potrebno je održavati međuprolaznu temperaturu-temperaturu područja zavara prije sljedećeg prolaza-ispod 150 stepeni, a često ispod 100 stepeni tokom početnih prolaza. Toplota se akumulira visokim međuprolaznim temperaturama, što produžava period hlađenja i podstiče precipitaciju sigma faze. Prirodno hlađenje zraka između prolaza može biti adekvatno za cijevi sa tankim zidovima (npr. 2-3 mm). Za deblje porcije potrebno je prisilno hlađenje zrakom ili čak duže vrijeme čekanja između prolaza.

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

Argon sa 1-3% azota je uobičajen primarni zaštitni gas. Mala količina azota, stabilizatora austenita, dodata zaštitnom gasu pomaže u očuvanju predviđene ravnoteže faza u metalu šava.

Povratno pročišćavanje: Da bi se spriječilo oksidiranje zrna korijena, čisti argon (ili argon sa 2-5% dušika) se ispušta iz unutrašnjosti cijevi. Krmovine oksida, koje nastaju zagađenjem kiseonikom, dovode do iscrpljivanja hroma i smanjenja otpornosti na koroziju.

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

Koristite visoku vršnu struju praćenu niskom pozadinskom strujom da smanjite unos topline.

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

Stvorite mikrostrukturu koja je konzistentnija i finija.

Umjesto korištenja širokih perli tkanja, koje povećavaju unos topline i sporo hlađenje, za ručno zavarivanje se koriste stringer perle (ravni prolaz bez tkanja).

Naknadno-Čišćenje zavara (kiseljenje i pasivacija) je ključni korak
Toplotna nijansa (oksidna skala) pojavit će se na površini zavara i okolnom HAZ-u čak i ako je unos topline idealan. Budući da hrom prvenstveno stupa u interakciju s kisikom, ostavljajući osnovni metal sa manje hroma, ovaj oksidni sloj je -osiromašen hromom. U ovoj defektnoj zoni lako se pokreće korozija udubljenja i pukotina u hloridnom servisu.

Obavezno čišćenje nakon zavarivanja. Postoje dvije efikasne metode:

Hemijsko uklanjanje (kiseljenje)
Pasta za kiseljenje ili kupka: Toplotna nijansa se rastvara i sloj osiromašeni hromom- uklanja se pomoću rastvora azotne kiseline (HNO₃) i fluorovodonične kiseline (HF). Pasta za kiseljenje se nanosi na zavar i područje cijevi{2}}zahvaćeno toplinom, ostavlja se na unaprijed određeno vrijeme (kao što je 15 do 60 minuta), a zatim se potpuno ispere vodom.

Kiseljenje potapanjem: Iako je potrebna posebna oprema, potapanje malih sklopova cijevi ili dijelova kalema u zagrijanu kupku za kiseljenje je ujednačenije.

Pasivacija nakon mehaničkog čišćenja
Brušenje ili četkanje: Fini abrazivni jastučići ili nemetalne četke (kao što su žičane četke od nehrđajućeg čelika, koje se koriste samo na dupleks, a nikada na ugljičnom čeliku) mogu se koristiti za uklanjanje toplinske boje. Bez ostavljanja ugrađenih čestica željeza, cijeli obojeni sloj se mora ukloniti brušenjem.

Pasivacija: Da bi se ponovo uspostavio pasivni premaz hrom oksida, nakon mehaničkog čišćenja na površinu se nanosi rastvor azotne ili limunske kiseline. Samo brušenje može razmazati metal i proizvesti manje zaštitnu površinu, stoga je ovaj korak ključan.

Nakon odgovarajućeg kiseljenja, zavar i HAZ bi trebali imati isti izgled i otpornost na koroziju kao matična cijev pošto je dobar zavar neotporan na koroziju. Zavar će biti prva tačka kvara ako toplotna nijansa potraje.

Feritno mjerenje za verifikaciju kvaliteta zavara
Feritni opseg, uređaj za magnetnu indukciju, koristi se za mjerenje sadržaja ferita u metalu šava i HAZ-u kako bi se potvrdilo da je proces zavarivanja održao odgovarajuću faznu ravnotežu. Za dupleksne nerđajuće čelike, sadržaj ferita od 30-70% (uravnotežujući austenit) je često prihvatljiv. Mnoge specifikacije imaju za cilj 40-60%.

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

Prekomjerni ferit je označen vrijednostima iznad 70%, što smanjuje žilavost i može sugerirati postojanje sigma faze (sigma nije-magnetna, ali postotak ferita opada kako se javlja sigma; neobično nisko ili nedosljedno očitavanje ferita može biti trag).

U kritičnim aplikacijama, zavareni kupon može biti podvrgnut mikrostrukturnoj analizi (metalografiji) da bi se otkrile intermetalne faze. Unutar zrna ferita, sigma faza se manifestuje kao iglasti ili kockasti precipitat.

Tipične greške i kako ih spriječiti
Sprečavanje posledica grešaka
Upotreba dodatnog metala od 308L ili 316LWeld je podložan pucanju i ima slabu otpornost na koroziju. U svakom trenutku koristite odgovarajući dupleks punilac (ER2209 za 2205).
Pregrijavanje (preko 2,5 kJ/mm) Nizak PREN, krhkost i precipitacija u sigma fazi Odredite unos topline, koristite pulsni luk i postavite ograničenje brzine.
Temperaturni međuprolaz iznad 150 stepeni Nakupljanje toplote podstiče sigmu. Koristite termoelement za merenje; pustite da se ohladi između prolaza.
Nema pročišćavanja korijena cijevi Potrošnja kroma, oksidacija zrna korijena i korozija u pukotinama Koristite argon ili kombinaciju argona-azota za pročišćavanje
Ostavljajući toplotnu nijansu na mjestu na rubu zavara, počinje lokalizirana korozija. Pikirajte ili pasivirajte pomoću stroja.
Korištenje brusnih ploča ili četkica od ugljičnog čelika Galvanska korozija je uzrokovana zagađenjem željezom. Koristite specijalizirane alate od nehrđajućeg čelika, idealno samo za dupleks.
Kvalifikacija i specifikacija postupka zavarivanja (WPS)
Formalna specifikacija postupka zavarivanja (WPS) mora biti kreirana i kvalificirana u skladu sa kodom kao što je ASME odjeljak IX, AWS D1.6 ili ISO 15614 za bilo koju industrijsku primjenu. U WPS-u za dupleks cijevi od nehrđajućeg čelika treba jasno navesti sljedeće:

Raspon debljine i kvaliteta osnovnog metala.

Klasifikacija dodatnog metala (npr. ER2209).

GTAW, GMAW ili SMAW tehnike zavarivanja.

sastav i brzina protoka zaštitnih gasova.

gas i tehnika za čišćenje leđa.

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

prekoračiti temperaturno ograničenje, kao što je maksimalno 150 stepeni.

Predgrijavanje obično nije potrebno za dupleks osim ako je temperatura okoline ispod 5 stepeni.

Pasta za kiseljenje, potapanje ili mehanička + pasivizacija su metode čišćenja nakon -zavara.

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

Testovi na zatezanje i savijanje, kao i testovi korozije (kao što je test pittinga sa željeznim hloridom prema ASTM G48) su primjeri kvalifikacionog ispitivanja. Kontrola vrtložnim strujama ili hidrostatičko ispitivanje također može biti potrebno za zavarene cijevi.

Razmatranja za zavarivanje na terenu
Budući da je kontrola okoline teža, zavarivanje dupleks cijevi na terenu (za vezivanje-i popravke, na primjer) je teže od zavarivanja u radnji. Poseban fokus treba posvetiti:

Korištenje plinskih sočiva i zaslona za zaustavljanje ometanja zaštitnog plina poznato je kao zaštita od vjetra.

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

Pražnjenje: Možda neće biti izvodljivo isprazniti cijelu dužinu cijevi velikog-promjera; umjesto toga, može se koristiti ograničena brana za pročišćavanje napravljena od gumenih čepova na naduvavanje.

Kiseljenje: Da bi se spriječilo prosipanje na obližnju opremu, paste za kiseljenje na polju moraju se primijeniti i pažljivo neutralizirati.

Zaključno, kvaliteta materijala ovisi o rukama koje rade na njemu.
Za dupleks cijevi od nehrđajućeg čelika, odabir prave tehnike zavarivanja je ključan za sprječavanje katastrofalnog gubitka otpornosti na koroziju. Prekomjeran unos topline, visoke međuprolazne temperature, neusklađeni metali punila ili prisustvo hroma-osiromašene toplinske nijanse mogu potkopati uravnoteženu austenit-feritnu mikrostrukturu koja dupleksu daje snagu i otpornost na točenje. Zona zavarivanja održava iste performanse korozije kao matična cijev zahvaljujući metodičkom procesu koji kontrolira unos topline (obično 0,5-2,5 kJ/mm), međuprolaznu temperaturu ispod 150 stepeni, ER2209 punilo za osnovni metal 2205, inertno pročišćavanje stražnje strane i rigorozno{9}dekapiranje nakon zavarivanja. Uspeh je potvrđen merenjem ferita (30–70% ferita). Dobro{14}}urađen zavar je otporan na koroziju; materijal je dobar onoliko koliko su dobre ruke koje ga spajaju.