Tại sao độ dày thành vỏ bọc bằng thép không gỉ 316 dưới 1,0 milimét lại yêu cầu quy trình hàn đặc biệt để gắn mặt bích trong lò sưởi ngâm điện?

Một trong những quy trình quan trọng nhất trong quá trình sản xuất lò sưởi ngâm điện dành cho các kỹ sư sản xuất và chuyên gia đảm bảo chất lượng là việc gắn mặt bích lắp vào vỏ thép không gỉ 316. Mối hàn bị lỗi có thể cho phép chất lỏng trong quá trình xâm nhập, đoản mạch điện hoặc tách toàn bộ bộ gia nhiệt. Các quy trình hàn cho độ dày thành thông thường trên 1,5 mm đã được thiết lập tốt. Việc hàn các lớp vỏ 316 có thành mỏng-có chiều dày dưới 1,0 mm gây ra các vấn đề rõ ràng. Khối lượng nhiệt thấp của thành mỏng dẫn đến sự tích tụ nhiệt-và cháy{10}}nhanh, hình thành hạt dư thừa và mất khả năng chống ăn mòn. Bài viết này mô tả việc đo lường các vấn đề hàn của vỏ bọc thành mỏng 316 và xác định các thay đổi quy trình cần thiết để đảm bảo các phụ kiện mặt bích đáng tin cậy.

Các vấn đề về quản lý nhiệt của hàn-tường mỏng 316
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), bộ tản nhiệt của vật liệu xung quanh sẽ loại bỏ nhiệt từ bể hàn và ngăn nhiệt độ tăng quá mức. Đối với vỏ bọc có thành mỏng dưới 1,0 mm thì tác dụng của tản nhiệt là không đáng kể. Dòng điện hàn tương tự sẽ tạo ra vũng hàn được kiểm soát trong bức tường 1,6 mm sẽ tan chảy qua bức tường 0,9 mm trong một phần nghìn giây. 316 thép không gỉ có độ khuếch tán nhiệt khoảng 4 mm2/s ở nhiệt độ bình thường. Quá trình dẫn nhiệt qua độ dày 0,9 mm chỉ mất 0,02 giây. Điều này có nghĩa là trừ khi nhiệt đầu vào được điều chỉnh chặt chẽ, mặt sau của vỏ bọc sẽ đạt được điểm nóng chảy gần như ngay lập tức sau khi bắt đầu hồ quang. Đốt cháy tạo ra một lỗ trên vỏ làm lộ ra dây cách điện và điện trở MgO. Ngay cả khi không bị đốt cháy hoàn toàn, lượng nhiệt đưa vào đáng kể sẽ khiến hạt trở nên thô hơn ở vùng{17}}bị ảnh hưởng nhiệt. Kích thước hạt cho các phần tường mỏng có thể từ ASTM 7-8 (20-30 micron) đến ASTM 2-3 (100-150 micron). Cacbua crom ưu tiên kết tủa ở các ranh giới hạt thô làm giảm độ bền cơ học và quan trọng hơn là khả năng chống ăn mòn của 316 trong điều kiện clorua.

Quy trình hàn tường mỏng 316 cần thay đổi vỏ bọc
Để hàn đúng cách vỏ bọc 316 0,8–1,0 mm vào mặt bích lắp, cần có năm sửa đổi đối với quy trình hàn hồ quang vonfram khí điển hình. Dòng điện hàn trước tiên phải giảm 40–60% so với phương pháp làm dày thành 1,6 mm. Dòng điện điển hình cho 1,6 mm 316 là 60-80 ampe; đối với 0,9mm, phạm vi giảm xuống còn 25-35 ampe. Thứ hai, bạn cần một dạng sóng xung. Dòng điện nền 20–30% được sử dụng và các xung ở mức 50–100 Hz, cho phép bể hàn nguội đi một chút giữa các xung để nhiệt không tích tụ. Thứ ba, tốc độ di chuyển nên tăng lên 200-300 mm mỗi phút so với 100-150 mm mỗi phút đối với tường dày. Với tốc độ cao hơn, lượng nhiệt được đưa vào trên mỗi đơn vị chiều dài sẽ ít hơn. Thứ tư, việc sử dụng điện cực vonfram có đường kính nhỏ hơn, 1,0 mm hoặc 1,6 mm thay vì 2,4 mm thông thường, làm tăng độ ổn định hồ quang ở dòng điện thấp. Thứ năm và quan trọng nhất, lớp chắn khí phía sau phải được đặt vào bên trong vỏ bọc. Trong quá trình hàn, khí argon đi vào bên trong vỏ bọc sẽ tránh quá trình oxy hóa ở mặt sau và mang lại khả năng làm mát phần nào. Nếu không có khí hỗ trợ, bề mặt bên trong sẽ lộ ra và bị oxy hóa mạnh, để lại lớp thô ráp, thiếu crom và dễ bị ăn mòn.

Độ dày thành tối thiểu với các quy trình hàn khác nhau
Bảng sau đây chỉ ra độ dày thành vỏ bọc tối thiểu có thể chấp nhận được đối với 316 đối với các quy trình hàn gắn mặt bích khác nhau và các thay đổi quy trình liên quan cho từng quy trình. Các giá trị dành cho mối hàn ngấu hoàn toàn về độ bền cơ học.

Quy trình hàn Độ dày thành vỏ bọc tối thiểu 316 để hàn nhất quán Thay đổi quy trình bắt buộc Chi phí tương đối|Chất lượng mối hàn tiêu chuẩn
GTAW (tiêu chuẩn), hướng dẫn sử dụng 1,2 mm1,2 mm Không có; không được khuyên ở dưới mức này Tốt ở mức 1,2 mm Thấp
GTAW thủ công (xung) 0,9 mm Khí lùi Ampe thấp hơn Dòng xung vừa phải; yêu cầu chuyên gia điều hành Thấp đến Trung bình
GTAW tự động (xung) 0,8 mmQuy trình đạt tiêu chuẩn đầy đủ:Trung bình Tốt với thiết lập chính xác
Hàn laze 0,6 mm Khớp chính xác-, không có khe hở, căn chỉnh chùm tia quan trọng Đầu vào nhiệt thấpTuyệt vời;
Hàn chùm tia điện tử 0,5 mm Cần có buồng chân không Xuất sắc; không bị oxy hóaRất cao
Hàn điện trở (hình chiếu) 0,8 mm Hình chiếu của mặt bích được thiết kế đặc biệt Tốt cho đường kính nhỏ Thấp đến trung bình
Hàn đồng (không hàn) 0,5 mm Kim loại độn gốc bạc hoặc niken Độ bền vừa phải; không dành cho áp suất cao Thấp
Hầu hết các ứng dụng lò sưởi ngâm điện công nghiệp đều được hàn tốt nhất với vỏ bọc có độ dày thành từ 0,9 mm đến 1,2 mm. GTAW xung tự động với khí ngược là quy trình phổ biến nhất. Vì<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.

Mối hàn trên tường mỏng{0}}: Yêu cầu kiểm tra và chứng nhận
Cần kiểm tra chi tiết hơn đối với vỏ bọc tường mỏng 316 so với các mối hàn trên tường dày vì có ít khả năng xảy ra lỗi hơn. Đối với vỏ bọc dưới 1,2 mm, kiểm tra bằng mắt là không đủ. Việc kiểm tra chất thẩm thấu bằng chụp ảnh phóng xạ hoặc thuốc nhuộm phải được thực hiện trên cơ sở lấy mẫu. Tần suất phải dựa trên khối lượng sản xuất và mức độ quan trọng của ứng dụng. Đối với vỏ bọc nhỏ hơn 1,0 mm, nên kiểm tra độ thẩm thấu của thuốc nhuộm 100%. Các tiêu chuẩn chấp nhận đối với các mối hàn trên tường mỏng phải cho phép một số vết hàn nhỏ (tối đa 10% độ dày của tường) nhưng không có vết nứt, độ xốp có đường kính > 0,2 mm hoặc bị cháy{14}}. Tất cả các tổ hợp hàn thành mỏng được thiết kế để sử dụng trong hoạt động điều áp cũng phải được kiểm tra rò rỉ khí heli. Mối hàn tốt có tốc độ rò rỉ dưới 1 x 10{29}}7 mbar·L/giây. Nếu thiết bị sưởi được sử dụng trong môi trường ăn mòn thì nên thử nghiệm ferit đối với kim loại mối hàn. Hàm lượng ferit > 5% gợi ý khả năng ăn mòn chọn lọc trong môi trường clorua. Để có khả năng chống ăn mòn tốt nhất, nồng độ ferrite kim loại mối hàn cho 316 đến 316 mối hàn phải nằm trong khoảng từ 2% đến 5%. Khi chỉ định lớp vỏ tường mỏng, các kỹ sư nên yêu cầu nhà sản xuất hồ sơ chứng nhận phương pháp hàn cho thấy ảnh chụp mặt cắt vi mô của biên dạng xuyên thấu, kích thước hạt của vùng{32}}bị ảnh hưởng nhiệt và không có bằng chứng về sự cháy{34}}. Nếu một nhà cung cấp do dự trong việc cung cấp những tài liệu này, thì họ không nên được tin cậy để cung cấp máy sưởi vách mỏng. Chi phí cho việc xác nhận lại phương pháp hàn là tối thiểu so với chi phí cho sự cố tại hiện trường do vết nứt hoặc rò rỉ mối hàn.