Hogyan befolyásolja a titán fűtőcső hegesztési varratának minősége a forró klorid közegben lévő feszültségkorróziós repedésekkel szembeni ellenállását?

A titán érzékeny a stresszkorróziós repedésekre (SCC) a kevés körülmények egyikében, forró kloridos közegben. A forró kloridos közeget általában 60 fok feletti hőmérsékletűnek és 1000 ppm-nél nagyobb kloridtartalomnak nevezzük. Az SCC gyorsan terjed a cső falán, kevés vizuális jelzéssel, ellentétben a lyukasztással vagy az általános korrózióval. A titán fűtőcső hegesztési varrata a legvalószínűbb hely az SCC kezdetére. A hegesztési folyamat során fellépő maradék húzófeszültségek és a hőhatászónában (HAZ) bekövetkező mikroszerkezeti változások jelentősen megváltoztatják az anyag repedési küszöbfeszültségét. Fontos megérteni bizonyos hegesztési varratminőségi jellemzők, például a szín, a behatolás, az oxidációs szint és a hegesztési varrat utókezelésének hatását az SCC-ellenállásra ahhoz, hogy fűtőberendezéseket válasszon forró kloridos szolgáltatáshoz.

Kohászati ​​SCC iniciációs mechanizmusok titán hegesztésekben

A titán levegőben történő hegesztése jellegzetes színsort hoz létre, amely a felület szennyezettségét jelzi. Az ezüst vagy halvány szalma árnyalat kevesebb oxidációt és elegendő védelmet jelent. A kék, lila vagy szürke színek túl sok oxigénfelvételt jeleznek, ami törékeny alfa-tokréteget eredményez. Ez az oxigénben{4}}dúsított réteg keményebb, de lényegesen kevésbé szívós, és kritikus szempontból alacsonyabb küszöbfeszültséggel rendelkezik a kloridokban történő SCC-képződéshez. A HAZ-on belüli gyors hőciklus a kereskedelemben kapható tiszta minőségekben éles alfa{6}}elsődleges martenzit eredményez, amely hajlamosabb a hidrogénfelvételre, mint az egyenlőtengelyű nemesfém. A mechanikai hajtóerő gyakran a hegesztési szárnál jelentkező maradó húzófeszültség, amely a folyáshatár nagyságrendjébe esik (240-340 MPa a 2. fokozatnál). A kloridionok adszorpciója az oxidált felületen akkor következik be, amikor forró klorid oldatok érintkeznek a hegesztési felülettel, és a hegesztési hullámoknál vagy alámetszéseknél a feszültségkoncentráció következtében mikrorepedések keletkeznek. Ezek a repedések azután transzgranulárisan terjednek a HAZ-on keresztül a maximális maradékfeszültség útján.

A hegesztési minőség kvantitatív paraméterei és küszöbértékeik az SCC-hez

A forrásban lévő magnézium-kloridban (155 fokos, 42%-os MgCl2-ben) elő{0}}repedezett tömör feszített minták felhasználásával végzett ellenőrzött laboratóriumi vizsgálatok kvantitatív összefüggéseket mutattak ki:

Hegesztési varrat oxidációs szintje: Az ezüst/szalma varratok K ISCC feszültségintenzitás küszöbértéke körülbelül 55 MPa√m. A kék varratok alacsonyabb K_ISCC értéket mutatnak, 30-35 MPa√m. Szürke vagy fehér varratok (erős oxidáció) esetén a K_ISCC 15 MPa√m alatt van, és a repedések gyorsan nőnek alacsony terhelés mellett.

Hegesztési vasalás magassága (túltöltési behatolás): A cső külső átmérője felett minden 0,5 mm-es vasalás megduplázza a helyi feszültségkoncentrációs tényezőt. A 0,2 mm-nél kisebb vasalattal rendelkező hegesztési varratok esetében az SCC kialakulásának ideje több, mint 2000 óra. Az 1,0 mm-nél nagyobb merevítés 200 óra alá csökkenti az indítási időt.

Hegesztési alámetszés mélysége: A 0,1 mm-es alámetszés körülbelül 5%-kal csökkenti a helyi keresztmetszeti területet, de 15-20%-kal növeli a helyi feszültséget. Forró klorid szolgáltatás: 0,3 mm-nél nagyobb alávágás nem elfogadható.

Hegesztési -hőkezelés (PWHT): Az 540-650 fokos feszültségmentesítés 30 percig 60-75%-kal csökkenti a hegesztési varratban lévő maradék feszültséget, és 5-10-szeresére növeli az SCC kialakulásának idejét.

Alkalmazás a hegesztési minőség kiválasztásának útmutatója alapján

Az alábbi táblázat egy választási keretet mutat be a titán fűtőelemek hegesztési minőségének meghatározásához a kloridos használat súlyosságával és biztonsági szabványaival kapcsolatban.

Hot Chloride szolgáltatás állapota és megbízhatósága A hegesztési minőségi prioritás követelménye Alapvető indoklás és az SCC kockázat módosítása
Kloridok 1000-5000 ppm 60-80 fok Tiszta oldat Nem ciklikus működés Ezüst szalmaszín, erősítés Legfeljebb 0,3 mm, nincs látható alámetszés A normál autogén GTAW hegesztéseknél mérsékelt körülmények elfogadhatók. Szemrevételezéssel ellenőrizve az AWS D1.6 B osztályú elfogadás szerint.
Kloridok 5 000–20 000 ppm, 80–100 fok, áramlási zónák nélkül, heti hőciklusok Könnyű szalmaszín, megerősítés 0,2 mm-nél kisebb, PWHT feszültségcsillapítás (550 fok, 30 perc) A PWHT a maradékfeszültséget SCC th alá csökkenti. Oxidációs kék nem megengedett. Minden hegesztést meg kell vizsgálni penetráns festékkel.
Continuous Duty, chlorides >20 000 ppm, 100-120 °C, tengervíz vagy sóoldat szolgáltatás Nincs látható oxid (argonnal visszaöblített), erősítő köszörülés ±0,1 mm, teljes PWHT Max SCC ellenállás szükséges A feszültségnövelőket utólagos-hegesztési csiszolással távolítják el. A 12. vagy 7. osztályú nem nemesfém előnyös.
Forró klorid, 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.
Hegesztési minőségi tervezés és egyebek

A varrat minősége nem függ a cső falának vastagságától és a munka hőmérsékletétől. Még egy rossz minőségű hegesztés is áttörhet egy vastag falon (1,5 mm) hetek alatt, mivel a titánban az SCC terjedési sebessége akár 1-2 mm/óra is lehet. Azonban egy vékony fal (0,7 mm) kiváló hegesztéssel (ezüst színű, PWHT, csiszolt öblítés) évekig kibírja forró sós lében. A nem nemesfém minősége is befolyással van a hegesztési érzékenységre: A 12. fokozatú titán (0,3% Mo és 0,8% Ni) sokkal jobb hegesztési HAZ szívóssággal rendelkezik, mint a 2. fokozat. Forró kloridos szolgáltatásra való tervezéskor minden hegesztési varratnál adja meg a festék behatolási vizsgálatát (ASTM E165), és csak jelzéssel ellátott hegesztést fogadjon el. Az argonnal történő visszaöblítés hegesztés közben nem kötelező, meg kell akadályozni a belső felület oxidációját, ami a külső vizsgálat során nem látható.

Hogyan készítsünk jó specifikációt

(1) A hegesztési varrat színe nem sötétebb, mint a világos szalma az AWS A5.16 színskála szerint; (2) maximális hegesztési vasalás 0,2 mm; (3) nincs alákínálás; (4) 100%-os festékpenetrációs vizsgálat írásos jelentéssel; (5) utólagos-hegesztési hőkezelés 90 fok feletti kiszolgáláshoz . Amikor titán fűtőcsöveket határoz meg 60 fok feletti forró kloridos környezetben, célszerű a következő hegesztési minőségi követelményeket belefoglalni a beszerzési specifikációba: Kérjen hegesztési eljárás minősítési nyilvántartást (PQR), amely megmutatja, hogy a szállító módszere megfelel ezeknek a hegesztéseknek. Ez teszi a hegesztési varrat minőségét a domináns tervezési paraméterré, amely lehetővé teszi a mérnök számára, hogy közvetlenül szabályozza az SCC kockázatát a forró kloridos üzemben, és a hegesztést a meghibásodási helyről a fűtőegység megbízható részévé alakítsa.