כיצד לבחור את הליך הריתוך הנכון עבור צינורות נירוסטה דופלקסים כדי למנוע אובדן עמידות בפני קורוזיה?

כמה דקות של ריתוך לקוי עלולות להרוס לחלוטין את האיכויות העמידות בפני קורוזיה- של צינור נירוסטה דופלקס. כל מפרק המיוצר בחנות או בשטח חייב לשמר בקפידה את המיקרו-מבנה הדו-פאזי המובהק המעניק לדופלקס את החוזק וההתנגדות שלו. שמירה על עמידות הקורוזיה הקשה-של הסגסוגת בתנאי כלוריד וחומצה קשים חשובה יותר מסתם מניעת דליפות.

הקרן המטלורגית: מה שמייחד את הדופלקס
תערובת מאוזנת של כ-50% אוסטניט ו-50% פריט נמצאת בפלדות אל חלד דופלקס (כגון UNS S32205, S31803 או 2205). מבנה דו-שלבי זה מציע:

חוזק מכני גבוה (בערך פעמיים 316L's).

עמידות יוצאת דופן בפני פיצוח קורוזיה במתח הנגרם על ידי כלוריד (SCC).

PREN (מספר שווה ערך של התנגדות לחרחור) של 34-36 מצביע על עמידות טובה בפני קורוזיה וחריצים.

החומר נמס ומתמצק במהירות במהלך תהליך הריתוך. מאזן השלב הסופי במתכת הריתוך ובאזור המושפע מהחום (HAZ) נקבע על פי קצב הקירור וההיסטוריה התרמית. שני דברים מזיקים עלולים לקרות אם התהליך נעשה בצורה לא נכונה:

ייצור יתר של פריט: כאשר פריט שולט עקב קירור איטי או כניסת חום גבוהה, הקשיחות ועמידות בפני קורוזיה פוחתות.

משקעים בין-מתכתיים, במיוחד שלב הסיגמה (σ) (FeCrMo) ושלב הצ'י (χ), המתפתחים בין 600 ל-900 מעלות. הפיתוח של שלבים אלה מדלדל את המטריצה ​​שמסביב של יסודות סגסוג חיוניים אלה מכיוון שהם עשירים בכרום ובמוליבדן. שבריריות חמורה וירידה חדה בעמידות בפני קורוזיה בבור הן התוצאות.

מצד שני, יותר מדי אוסטניט עלול להיווצר כתוצאה מכניסת חום לא מספקת או קירור מהיר במיוחד, מה שיפחית את החוזק. כתוצאה מכך, יש להקפיד על חלון עיבוד מוגבל.

מרכיבים חיוניים בתהליך ריתוך נירוסטה דופלקס
הגורמים הבאים נשלטים במדויק על ידי טכניקת מניעת קורוזיה בשיטת ריתוך נירוסטה דופלקס מתאימה.

1. מבחר מתכת מילוי
כדי לשמור על שיווי משקל פאזה ועמידות בפני קורוזיה, תכולת הסגסוגת של מתכת המילוי חייבת להיות שווה או לעלות על זו של המתכת הבסיסית. חומר המילוי הסטנדרטי עבור דופלקס 2205 הוא ER2209 (UNS S39209). ייצור אוסטניט במשקע הריתוך מעודד על ידי הרכבו, אשר מעט יותר ממסגג- בניקל וחנקן ביחס למתכת הבסיסית. זה מפצה על ההשפעה המעודדת-פריט של התמצקות מהירה.

מתכת מילוי כמו ER2594 משמשת לדרגות סופר דופלקס (כמו 2507). על מתכת בסיס דופלקס, לעולם אל תשתמש בחומר מילוי אוסטניטי (כגון 308L או 316L); לריתוך שיתקבל יהיו מאפייני קורוזיה שגויים והוא עלול להיסדק.

2. בקרת כניסת חום
מהירות הנסיעה, המתח והזרם משפיעים כולם על כניסת החום. טווח כניסת החום המוצע עבור פלדות אל חלד דופלקסות הוא בדרך כלל בין 0.5 ל-2.5 קילוג'אול למילימטר. כניסת חום גבוהה מדי מעודדת קירור איטי, המאפשר היווצרות של שלב סיגמה והתגבשות של פריט; קלט חום נמוך מדי מסתכן בהיתוך לא שלם או פריט מוגזם.

ריתוך קשת טונגסטן בגז (GTAW) של 2205 צינורות מכוון בדרך כלל ל-0.5-1.5 קילו-ג'יי/מ"מ. אם טמפרטורת המעבר מווסתת מקרוב, טווחים קצת יותר גדולים (עד 2.0 קילו ג'ל/מ"מ) עשויים להיות מקובלים עבור ריתוך גז מתכת קשת (GMAW) עם העברת ריסוס פעימות.

3. מעבר טמפרטורה
יש צורך לשמור את טמפרטורת המעבר-את הטמפרטורה של אזור הריתוך לפני המעבר הבא- מתחת ל-150 מעלות, ולעתים קרובות מתחת ל-100 מעלות במהלך המעבר הראשוני. חום נצבר על ידי טמפרטורות מעבר גבוהות, מה שמאריך את תקופת הקירור ומעודד משקעים בשלב סיגמא. קירור אוויר טבעי בין מעברים עשוי להתאים לצינורות עם קירות דקים (למשל, 2-3 מ"מ). קירור אוויר מאולץ או אפילו זמני המתנה ארוכים יותר בין מעברים נחוצים למנות עבות יותר.

4. טיהור גב וסיכוך
גם פני הריתוך וגם הצד השורשי של ריתוכים דופלקסים מנירוסטה צריכים להיות מוגנים מפני חמצן הסביבה. לגבי ריתוך צינורות:

ארגון עם 1-3% חנקן הוא גז מיגון ראשוני נפוץ. כמות זעירה של חנקן, מייצב אוסטניט, הנוספת לגז המגן מסייעת בשימור איזון הפאזות המיועד במתכת הריתוך.

טיהור גב: כדי לעצור את חמצון חרוז השורש, ארגון טהור (או ארגון עם 2-5% חנקן) מטוהר מבפנים הצינור. קשקשי תחמוצת כרום, המיוצרים על ידי זיהום חמצן, מביאים לדלדול הכרום ולהפחתה בעמידות בפני קורוזיה.

5. שיטת ונוהל ריתוך
עבור צינורות דופלקסים, נעשה שימוש בשיטות קשת פעימות (GTAW פעימות או GMAW פעימות) מכיוון שהן

השתמש בזרם שיא גבוה ואחריו זרם רקע נמוך כדי להפחית את כניסת החום.

שפר את ניהול בריכת הריתוך והורד את הסיכוי לצריבה-על קירות צרים.

צור מבנה מיקרו שהוא עקבי ועדין יותר.

במקום להשתמש בחרוזי אריגה רחבים, המגבירים את כניסת החום והקירור האיטי, מנוצלים חרוזי stringer (מעבר ישר ללא אריגה) לריתוך ידני.

לאחר-ניקוי ריתוך (כבישה והפסיביות) הוא השלב המכריע
גוון חום (אבנית תחמוצת) יופיע על פני הריתוך וה-HAZ שמסביב גם אם כניסת החום אידיאלית. מכיוון שכרום יוצר אינטראקציה מועדפת עם חמצן, ומשאיר את המתכת הבסיסית עם פחות כרום, שכבת התחמוצת הזו מדולדלת -כרום. פיתולים וקורוזיה של חריצים בשירות כלוריד מופעלים בקלות באזור החסר הזה.

נדרש ניקוי לאחר ריתוך. ישנן שתי שיטות יעילות:

הסרת כימיקלים (כבישה)
משחת כבישה או אמבט: גוון החום מומס והשכבה המדולדלת -מסירה באמצעות תמיסה של חומצה חנקתית (HNO₃) וחומצה הידרופלואורית (HF). משחת כבישה מוחלת על הריתוך ועל האזור המושפע-החום של הצינורות, משאירים למשך זמן קבוע מראש (כגון 15 עד 60 דקות), ולאחר מכן שוטפים לחלוטין במים.

כבישה בטבילה: למרות שהיא זקוקה לציוד ספציפי, השקעת מכלולי צינורות קטנים או חלקי סליל באמבט כבישה מחומם היא אחידה יותר.

פסיביות לאחר ניקוי מכני
שחיקה או הברשה: ניתן להשתמש ברפידות שוחקות עדינות או במברשות לא-מתכתיות (כגון מברשות תיל מנירוסטה, המשמשות רק על דופלקס ולעולם לא על פלדת פחמן) כדי להסיר את גוון החום. מבלי להשאיר חלקיקי ברזל משובצים, יש להסיר את כל השכבה הכהה בטחינה.

פסיבציה: כדי להחזיר את ציפוי תחמוצת הכרום הפסיבי, מורחים תמיסת חומצה חנקתית או לימון על פני השטח לאחר ניקוי מכני. השחזה בפני עצמה יכולה למרוח מתכת ולייצר משטח פחות מגן, לכן שלב זה הוא קריטי.

לאחר כבישה מתאימה, הריתוך וה-HAZ צריכים להיות בעלי אותו מראה ועמידות בפני קורוזיה כמו צינור האב, שכן ריתוך טוב אטום בפני קורוזיה. הריתוך יהיה נקודת הכישלון הראשונה אם גוון החום נמשך.

מדידת פריט לאימות איכות ריתוך
סקופ פריט, מכשיר אינדוקציה מגנטי, משמש למדידת תכולת הפריט של מתכת הריתוך וה-HAZ על מנת לוודא שתהליך הריתוך שמר על איזון פאזות תקין. עבור פלדות אל חלד דופלקס, תכולת פריט של 30-70% (איזון אוסטניט) מקובלת לעתים קרובות. הרבה מפרטים שואפים ל-40-60%.

החוזק מופחת על ידי אוסטניט מוגזם, המצוין על ידי ערכים מתחת ל-30%.

פריט מוגזם מסומן על ידי ערכים מעל 70%, מה שמפחית את הקשיחות ועלול לרמוז על קיומו של שלב הסיגמה (סיגמה אינה-מגנטית, אך אחוז הפריט יורד ככל שהסיגמא מתרחשת; קריאת פריט נמוכה או לא עקבית יכולה להיות רמז).

ביישומים קריטיים, קופון מרותך עשוי לעבור ניתוח מיקרו-מבנה (מטאלוגרפיה) כדי לזהות שלבים בין-מתכתיים. בתוך גרגירי הפריט, שלב הסיגמה מתבטא כמשקע אצילי או גוש.

שגיאות אופייניות וכיצד למנוע אותן
מניעת השלכות טעויות
שימוש במתכת מילוי של 308L או 316LWeld רגיש לסדקים ובעל עמידות לקורוזיה ירודה. השתמש בכל עת בחומר מילוי דופלקס תואם (ER2209 עבור 2205).
התחממות יתר (מעל 2.5 kJ/mm) PREN נמוך, שבריריות ומשקעים בשלב הסיגמה קבעו את כניסת החום, השתמשו בקשת פעימה והגדרו הגבלת מהירות.
מעבר טמפרטורה מעל 150 מעלות הצטברות חום מעודדת את sigmaהשתמש בצמד תרמי למדידה; לתת לזה להתקרר בין מעברים.
ללא טיהור שורש צינור בחזרה דלדול כרום, חמצון חרוזי שורש וקורוזיה של חריצים השתמש בארגון או בשילוב חנקן- של ארגון לטיהור
השארת גוון החום במקומו בקצה הריתוך, מתחילה קורוזיה מקומית. כבישה או פסיבית באמצעות מכונה.
שימוש בגלגלי שחיקה או מברשות מפלדת פחמן קורוזיה גלוונית נגרמת על ידי זיהום ברזל. השתמש בכלי נירוסטה מיוחדים, באופן אידיאלי רק עבור דופלקס.
מפרט הסמכה ונוהל ריתוך (WPS)
יש ליצור מפרט נוהל ריתוך רשמי (WPS) ולהיות מוסמך בהתאם לקוד כמו ASME Section IX, AWS D1.6 או ISO 15614 עבור כל יישום תעשייתי. יש לציין את הדברים הבאים בבירור ב-WPS עבור צינורות נירוסטה דופלקסים:

טווח עובי מתכת בסיס ודרגה.

סיווג מתכת מילוי (למשל, ER2209).

טכניקות ריתוך GTAW, GMAW או SMAW.

הרכב וקצב הזרימה של גזי המגן.

גז וטכניקה לטיהור גב.

טווח כניסת חום ופרמטרים חשמליים (מתח, זרם ומהירות נסיעה).

חורג ממגבלת הטמפרטורה, כגון מקסימום של 150 מעלות.

בדרך כלל אין צורך בחימום מוקדם עבור דופלקס, אלא אם טמפרטורת הסביבה נמוכה מ-5 מעלות.

משחת כבישה, טבילה או פסיבציה מכנית+ הן שיטות לניקוי ריתוך לאחר-.

תקני קבלת תכולת פריט (למשל, 30-70% פריט במתכת ריתוך).

מבחני מתיחה וכפיפה כמו גם מבחני קורוזיה (כגון בדיקת בור כלוריד ברזל לפי ASTM G48) הם דוגמאות לבדיקות הסמכה. בדיקת זרם מערבולת או בדיקה הידרוסטטית עשויה להיות נחוצה גם עבור ריתוך צינורות.

שיקולים לריתוך שדה
מכיוון ששליטה סביבתית קשה יותר, ריתוך צינורות דופלקסים בשטח (לחיבור- או תיקונים, למשל) קשה יותר מאשר ריתוך בחנות. יש להתמקד במיוחד ב:

שימוש בעדשות גז ומסכים להפסקת שיבוש גז מגן ידוע בשם מיגון רוח.

ניטור טמפרטורה: השתמש בפירומטרי מגע או במדחום אינפרא אדום כדי למדוד את טמפרטורת המעבר.

טיהור: ייתכן שלא יהיה אפשרי לרוקן את כל האורך של צינורות בקוטר- גדולים; במקום זאת, ניתן להשתמש בסכר טיהור מוגבל העשוי מפקקי גומי מתנפחים.

כבישה: כדי למנוע שפיכה על ציוד סמוך, יש למרוח משחות כבישה בשטח ולנטרל בזהירות.

לסיכום, איכות החומר תלויה בידיים שעובדות עליו.
עבור צינורות נירוסטה דופלקסים, בחירת טכניקת הריתוך הנכונה היא חיונית למניעת אובדן אסון של עמידות בפני קורוזיה. הזנת חום מוגזמת, טמפרטורות מעבר גבוהות, מתכות מילוי שאינן תואמות, או נוכחות של גוון חום מדולדל בכרום עלולים לערער את המיקרו-מבנה המאוזן של austenite-פריט המעניק לדופלקס את חוזקו ועמידות הבור. אזור הריתוך שומר על ביצועי קורוזיה זהים לצינור האב הודות לתהליך מתודי השולט בקלט חום (בדרך כלל 0.5–2.5 קילו ג'ל/מ"מ), טמפרטורת מעבר מתחת ל-150 מעלות, חומר מילוי ER2209 למתכת בסיס 2205, טיהור גב אינרטי וכבישה קפדנית לאחר-ריתוך. ההצלחה מאושרת על ידי מדידת פריט (30-70% פריט). ריתוך עשוי היטב- אטום בפני קורוזיה; החומר טוב רק כמו הידיים שמצטרפות אליו.