Làm thế nào để chọn quy trình hàn chính xác cho ống thép không gỉ song công để tránh mất khả năng chống ăn mòn?

Một vài phút hàn kém có thể phá hủy hoàn toàn khả năng chống ăn mòn-của ống thép không gỉ song công. Mỗi khớp nối được sản xuất tại xưởng hoặc ngoài hiện trường đều phải bảo quản cẩn thận cấu trúc vi mô hai pha-riêng biệt mang lại độ bền và khả năng chống chịu song công. Việc duy trì khả năng chống ăn mòn cứng-của hợp kim trong điều kiện axit và clorua khắc nghiệt quan trọng hơn việc chỉ ngăn chặn rò rỉ.

Nền tảng luyện kim: Điều gì làm nên sự độc đáo của Duplex
Một hỗn hợp cân bằng gồm khoảng 50% austenite và 50% ferrite được tìm thấy trong thép không gỉ song công (chẳng hạn như UNS S32205, S31803 hoặc 2205). Cấu trúc hai giai đoạn-này cung cấp:

Độ bền cơ học cao (khoảng gấp đôi 316L).

Khả năng chống ăn mòn ứng suất vượt trội do clorua (SCC) gây ra.

PREN (số tương đương với khả năng chống rỗ) là 34–36 cho thấy khả năng chống ăn mòn rỗ và kẽ hở tốt.

Vật liệu tan chảy và đông cứng nhanh chóng trong quá trình hàn. Sự cân bằng pha cuối cùng trong kim loại mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt-(HAZ) được xác định bởi tốc độ làm nguội và lịch sử nhiệt. Hai điều bất lợi có thể xảy ra nếu quá trình này được thực hiện không chính xác:

Sản xuất quá mức ferrite: Khi ferrite chiếm ưu thế do làm lạnh chậm hoặc đầu vào nhiệt cao, độ bền và khả năng chống ăn mòn bị giảm đi.

Kết tủa pha liên kim loại, đặc biệt là pha sigma (σ) (FeCrMo) và pha chi (χ), phát triển trong khoảng từ 600 đến 900 độ. Sự phát triển của các pha này làm cạn kiệt ma trận xung quanh của các nguyên tố hợp kim thiết yếu này vì chúng rất giàu crom và molypden. Hậu quả là tình trạng giòn nghiêm trọng và khả năng chống ăn mòn rỗ giảm mạnh.

Mặt khác, quá nhiều austenite có thể được tạo ra do lượng nhiệt đầu vào không đủ hoặc làm lạnh cực nhanh, điều này sẽ làm giảm độ bền. Do đó, cần phải tuân thủ một cửa sổ xử lý hạn chế.

Các yếu tố quan trọng của quy trình hàn thép không gỉ song công
Các yếu tố sau đây được kiểm soát chính xác bằng kỹ thuật chống ăn mòn ống bằng phương pháp hàn song công bằng thép không gỉ thích hợp.

1. Lựa chọn kim loại phụ
Để duy trì trạng thái cân bằng pha và khả năng chống ăn mòn, hàm lượng hợp kim của kim loại phụ phải bằng hoặc cao hơn hàm lượng hợp kim của kim loại cơ bản. Chất độn tiêu chuẩn cho song công 2205 là ER2209 (UNS S39209). Việc sản xuất austenite trong mỏ hàn được khuyến khích bởi thành phần của nó, có phần-được hợp kim hóa quá mức ở niken và nitơ so với kim loại cơ bản. Điều này bù đắp cho tác dụng có lợi của ferrite-khi đông đặc nhanh chóng.

Kim loại phụ như ER2594 được sử dụng cho các loại siêu song công (như 2507). Trên kim loại cơ bản song công, không bao giờ sử dụng chất độn austenit (chẳng hạn như 308L hoặc 316L); mối hàn thu được sẽ có đặc tính ăn mòn không chính xác và có thể bị nứt.

2. Kiểm soát nhiệt đầu vào
Tốc độ di chuyển, điện áp và dòng điện đều ảnh hưởng đến lượng nhiệt đầu vào. Phạm vi đầu vào nhiệt được đề xuất cho thép không gỉ song công thường nằm trong khoảng từ 0,5 đến 2,5 kilôgam trên milimet. Nhiệt đầu vào quá cao sẽ làm nguội chậm, điều này cho phép hình thành pha sigma và làm thô ferit; nhiệt đầu vào quá thấp sẽ có nguy cơ phản ứng tổng hợp không hoàn toàn hoặc quá nhiều ferit.

Hàn hồ quang vonfram khí (GTAW) của 2205 ống thường nhắm tới 0,5–1,5 kJ/mm. Nếu nhiệt độ giữa các lớp được điều chỉnh chặt chẽ, phạm vi lớn hơn một chút (lên tới 2,0 kJ/mm) có thể được chấp nhận đối với hàn hồ quang kim loại khí (GMAW) với truyền phun xung.

3. Đường giao nhau nhiệt độ
Cần phải giữ nhiệt độ giữa các đường hàn-nhiệt độ của khu vực hàn trước lần hàn tiếp theo-dưới 150 độ và thường dưới 100 độ trong các lần hàn đầu tiên. Nhiệt được tích lũy bởi nhiệt độ giữa các lớp cao, kéo dài thời gian làm mát và khuyến khích kết tủa pha sigma. Làm mát không khí tự nhiên giữa các lần đi qua có thể phù hợp với các ống có thành mỏng (ví dụ: 2–3 mm). Làm mát không khí cưỡng bức hoặc thậm chí thời gian chờ đợi lâu hơn giữa các lần truyền là cần thiết đối với các phần dày hơn.

4. Thanh lọc và che chắn lưng
Cả mặt hàn và mặt gốc của mối hàn song công bằng thép không gỉ cần được bảo vệ khỏi oxy xung quanh. Về hàn ống:

Argon với 1-3% nitơ là khí bảo vệ sơ cấp phổ biến. Một lượng nhỏ nitơ, chất ổn định austenit, được thêm vào khí bảo vệ giúp duy trì sự cân bằng pha như mong muốn trong kim loại mối hàn.

Làm sạch ngược: Để ngăn hạt gốc khỏi bị oxy hóa, argon tinh khiết (hoặc argon với 2–5% nitơ) được làm sạch khỏi bên trong ống. Các vảy oxit crom, được tạo ra do ô nhiễm oxy, dẫn đến sự suy giảm crom và giảm khả năng chống ăn mòn.

5. Phương pháp và quy trình hàn
Đối với ống song công, phương pháp hồ quang xung (GTAW xung hoặc GMAW xung) được sử dụng vì chúng

Sử dụng dòng điện cực đại cao, sau đó là dòng điện nền thấp để giảm lượng nhiệt đầu vào.

Tăng cường quản lý vũng hàn và giảm nguy cơ cháy-trên các bức tường hẹp.

Tạo ra một cấu trúc vi mô nhất quán hơn và tốt hơn.

Thay vì sử dụng các hạt dệt rộng, làm tăng nhiệt đầu vào và làm nguội chậm, các hạt có dây (đường thẳng mà không dệt) được sử dụng để hàn thủ công.

Sau{0}}Làm sạch mối hàn (Tẩy và thụ động) là bước quan trọng
Màu nhiệt (thang oxit) sẽ xuất hiện trên bề mặt mối hàn và HAZ xung quanh ngay cả khi nhiệt đầu vào là lý tưởng. Vì crom tương tác tốt hơn với oxy, khiến kim loại bên dưới có ít crom hơn nên lớp oxit này-bị cạn kiệt crom. Sự ăn mòn rỗ và kẽ hở trong dịch vụ clorua dễ dàng bắt đầu ở vùng thiếu hụt này.

Cần phải làm sạch sau khi hàn. Có hai phương pháp hiệu quả:

Loại bỏ bằng hóa chất (Dưa chua)
Bột tẩy hoặc dung dịch ngâm: Màu nhiệt được hòa tan và lớp nghèo crom{0}}được loại bỏ bằng dung dịch axit nitric (HNO₃) và axit flohydric (HF). Chất tẩy rửa được bôi lên mối hàn và vùng -bị ảnh hưởng nhiệt của ống, để trong một khoảng thời gian xác định trước (chẳng hạn như 15 đến 60 phút), sau đó rửa sạch hoàn toàn bằng nước.

Ngâm ngâm: Mặc dù cần thiết bị cụ thể, nhưng việc ngâm các cụm ống nhỏ hoặc các bộ phận ống cuộn trong bể ngâm đã được làm nóng sẽ đồng đều hơn.

Sự thụ động sau khi làm sạch cơ học
Mài hoặc chải: Có thể sử dụng các miếng mài mòn mịn hoặc-bàn chải phi kim loại (chẳng hạn như bàn chải dây thép không gỉ, chỉ được sử dụng trên thép hai mặt và không bao giờ được sử dụng trên thép cacbon) để loại bỏ sắc thái nhiệt. Không để lại các hạt sắt bám vào, toàn bộ lớp sơn màu phải được loại bỏ bằng cách mài.

Thụ động hóa: Để phục hồi lớp phủ oxit crom thụ động, dung dịch axit nitric hoặc axit xitric được áp dụng lên bề mặt sau khi làm sạch cơ học. Việc mài tự nó có thể làm bẩn kim loại và tạo ra bề mặt ít bảo vệ hơn, do đó bước này rất quan trọng.

Sau khi tẩy gỉ thích hợp, mối hàn và HAZ phải có bề ngoài và khả năng chống ăn mòn giống như ống gốc vì mối hàn tốt sẽ không bị ăn mòn. Mối hàn sẽ là điểm hư hỏng đầu tiên nếu vết nhiệt vẫn tồn tại.

Đo Ferrite để xác minh chất lượng mối hàn
Máy hiện sóng ferit, một thiết bị cảm ứng từ, được sử dụng để đo hàm lượng ferit trong kim loại mối hàn và HAZ nhằm xác minh rằng quá trình hàn đã duy trì được sự cân bằng pha thích hợp. Đối với thép không gỉ song, hàm lượng ferrite từ 30–70% (cân bằng austenite) thường được chấp nhận. Rất nhiều thông số kỹ thuật nhắm tới 40–60%.

Sức mạnh bị giảm do austenite quá mức, được biểu thị bằng các giá trị dưới 30%.

Quá nhiều ferrite được biểu thị bằng các giá trị trên 70%, làm giảm độ bền và có thể gợi ý sự tồn tại của pha sigma (sigma không{1}}có từ tính, nhưng phần trăm ferit giảm khi sigma xuất hiện; số đọc ferit thấp bất thường hoặc không nhất quán có thể là một đầu mối).

Trong các ứng dụng quan trọng, phiếu hàn có thể trải qua phân tích vi cấu trúc (kim loại) để phát hiện các pha liên kim loại. Trong các hạt ferit, pha sigma biểu hiện dưới dạng kết tủa hình kim hoặc dạng khối.

Các lỗi điển hình và cách phòng ngừa
Ngăn chặn hậu quả sai lầm
Sử dụng kim loại phụ 308L hoặc 316LWeld dễ bị nứt và có khả năng chống ăn mòn kém. Luôn sử dụng chất độn song công phù hợp (ER2209 cho 2205).
Quá nhiệt (trên 2,5 kJ/mm)PREN thấp, độ giòn và kết tủa trong pha sigmaXác định lượng nhiệt đầu vào, sử dụng hồ quang xung và đặt giới hạn tốc độ.
Giao điểm nhiệt độ trên 150 độ Sự tích tụ nhiệt khuyến khích sigmaSử dụng cặp nhiệt điện để đo; để nó nguội ở giữa các lần đi.
Không cần thanh lọc lại rễ ống Sự suy giảm crom, quá trình oxy hóa hạt gốc và ăn mòn kẽ hởSử dụng argon hoặc tổ hợp nitơ-argon để thanh lọc
Để nguyên lớp sơn nhiệt Tại mép mối hàn, sự ăn mòn cục bộ bắt đầu. Tẩy hoặc thụ động bằng máy.
Sử dụng bánh mài hoặc chổi thép cacbon Ăn mòn điện là do ô nhiễm sắt. Sử dụng các dụng cụ chuyên dụng bằng thép không gỉ, lý tưởng nhất là chỉ dành cho in hai mặt.
Đặc điểm kỹ thuật quy trình hàn và kiểm tra chất lượng (WPS)
Thông số kỹ thuật quy trình hàn chính thức (WPS) phải được tạo và đủ điều kiện theo mã như ASME Phần IX, AWS D1.6 hoặc ISO 15614 cho bất kỳ ứng dụng công nghiệp nào. Những điều sau đây cần được nêu rõ trong WPS dành cho ống thép không gỉ song công:

phạm vi và cấp độ dày của kim loại cơ bản.

Phân loại kim loại phụ (ví dụ ER2209).

Kỹ thuật hàn GTAW, GMAW hoặc SMAW.

thành phần và tốc độ dòng khí bảo vệ.

khí và kỹ thuật thanh lọc ngược.

Phạm vi đầu vào nhiệt và các thông số điện (điện áp, dòng điện và tốc độ di chuyển).

vượt quá giới hạn nhiệt độ, chẳng hạn như tối đa 150 độ.

Việc làm nóng trước thường không cần thiết đối với song công trừ khi nhiệt độ môi trường xung quanh dưới 5 độ.

Dán tẩy, ngâm hoặc cơ học + thụ động là các phương pháp làm sạch sau mối hàn.

Tiêu chuẩn chấp nhận hàm lượng ferit (ví dụ: 30–70% ferit trong kim loại mối hàn).

Các thử nghiệm kéo và uốn cũng như thử nghiệm ăn mòn (chẳng hạn như thử nghiệm rỗ clorua sắt theo tiêu chuẩn ASTM G48) là những ví dụ về thử nghiệm chất lượng. Việc kiểm tra dòng điện xoáy hoặc thử nghiệm thủy tĩnh cũng có thể cần thiết đối với các mối hàn ống.

Những cân nhắc cho việc hàn hiện trường
Vì việc kiểm soát môi trường khó khăn hơn nên việc hàn các ống song công tại hiện trường (chẳng hạn như để nối hoặc sửa chữa) khó hơn so với hàn tại xưởng. Cần đặc biệt tập trung vào:

Việc sử dụng các ống kính và màn chắn khí để ngăn chặn sự gián đoạn của khí che chắn được gọi là che chắn gió.

Giám sát nhiệt độ: Sử dụng nhiệt kế tiếp xúc hoặc nhiệt kế hồng ngoại để đo nhiệt độ giữa các điểm.

Làm sạch: Có thể không khả thi khi làm trống toàn bộ chiều dài của các ống có đường kính-lớn; thay vào đó, có thể sử dụng đập thanh lọc hạn chế làm bằng phích cắm cao su bơm hơi.

Tẩy chua: Để tránh đổ tràn vào các thiết bị gần đó, phải bôi và trung hòa bột nhão tẩy rửa tại hiện trường một cách cẩn thận.

Tóm lại, chất lượng của vật liệu phụ thuộc vào bàn tay làm việc trên nó.
Đối với ống thép không gỉ song công, việc lựa chọn kỹ thuật hàn phù hợp là rất quan trọng để ngăn ngừa sự mất khả năng chống ăn mòn nghiêm trọng. Nhiệt đầu vào quá mức, nhiệt độ giữa các lớp cao, kim loại phụ không khớp hoặc sự hiện diện của sắc thái nhiệt-cạn kiệt crom đều có thể làm suy yếu cấu trúc vi mô ferit austenite-cân bằng mang lại độ bền và khả năng chống rỗ cho song công. Vùng hàn duy trì hiệu suất ăn mòn tương tự như ống gốc nhờ quy trình có phương pháp kiểm soát nhiệt đầu vào (thường là 0,5–2,5 kJ/mm), nhiệt độ giữa các lớp dưới 150 độ, chất độn ER2209 cho kim loại cơ bản 2205, tẩy rửa trơ và tẩy gỉ sau mối hàn-nghiêm ngặt. Thành công được xác nhận bằng phép đo ferrite (30–70% ferrite). Một mối hàn được thực hiện tốt sẽ không bị ăn mòn; chất liệu chỉ tốt khi có bàn tay tham gia vào nó.