Kā titāna sildcaurules metināšanas šuves kvalitāte ietekmē tās izturību pret korozijas plaisāšanu karstā hlorīda vidē?

Titāns ir jutīgs pret sprieguma korozijas plaisāšanu (SCC) vienā no nedaudzajiem apstākļiem, karstā hlorīda vidē. Karstā hlorīda vide parasti tiek definēta kā temperatūra virs 60 grādiem un ar hlorīda saturu vairāk nekā 1000 ppm. SCC ātri izplatās cauri caurules sieniņai, atšķirībā no punktveida vai vispārējās korozijas, ar nelielu vizuālu norādi. Titāna sildīšanas caurules metinājuma šuve ir visticamākā vieta SCC sākumam. Atlikušie stiepes spriegumi, kas rodas metināšanas procesā, un mikrostrukturālās izmaiņas karstuma ietekmētajā zonā (HAZ), būtiski maina materiāla sliekšņa spriegumu plaisāšanai. Lai izvēlētos sildītājus karstā hlorīda apkalpošanai, ir svarīgi saprast noteiktu metināšanas šuvju kvalitātes raksturlielumu, piemēram, krāsas, iespiešanās, oksidācijas līmeņa un pēc-metināšanas apstrādes, ietekmi uz SCC pretestību.

Metalurģijas SCC ierosināšanas mehānismi titāna šuvēs

Titāna metināšana gaisā rada raksturīgu krāsu secību, kas norāda uz virsmas piesārņojumu. Sudraba vai gaiši salmu nokrāsa nozīmē mazāku oksidēšanos un pietiekamu aizsardzību. Zilā, purpursarkanā vai pelēkā krāsa norāda uz pārāk lielu skābekļa absorbciju, kā rezultātā veidojas trausls alfa{2} apvalka slānis. Šis ar skābekli bagātinātais slānis ir cietāks, bet ievērojami mazāk izturīgs, un tam ir zemāks sliekšņa spriegums SCC veidošanās hlorīdos. Ātrais termiskais cikls HAZ iekšienē rada akūtu alfa{6}}galveno martensītu komerciāli tīrās kategorijās, kas ir vairāk pakļautas ūdeņraža absorbcijai nekā parastais metāls ar vienādsavienojumu. Mehāniskais dzinējspēks bieži ir atlikušie stiepes spriegumi pie metinātās šuves, kas atbilst tecēšanas robežai (240-340 MPa 2. pakāpei). Hlorīda jonu adsorbcija uz oksidētās virsmas notiek, kad karstie hlorīda šķīdumi saskaras ar metināšanas zonu, un veidojas mikroplaisas, ko izraisa spriedzes koncentrācija metināšanas viļņošanās vai apakšējo griezumu vietās. Pēc tam šīs plaisas transgranulāri izplatās caur HAZ pa maksimālā atlikušā sprieguma ceļu.

Metināšanas kvalitātes kvantitatīvie parametri un to sliekšņi SCC

Kontrolētas laboratorijas pārbaudes, kurās tika izmantoti iepriekš-ieplaisājuši kompaktie spriegojuma paraugi verdošā magnija hlorīda (155 grādi, 42% MgCl2), ir pierādījuši kvantitatīvās attiecības:

Metinātās šuves oksidācijas līmenis: Sudraba/salmu metinājuma šuvju sliekšņa sprieguma intensitāte K ISCC ir aptuveni 55 MPa√m. Zilās šuves uzrāda zemāku K_ISCC 30-35 MPa√m. Pelēkām vai baltām šuvēm (spēcīga oksidācija) K_ISCC ir zem 15 MPa√m, un plaisas ātri aug pie zemas pielietotas slodzes.

Metinātās stiegrojuma augstums (pārpildes iespiešanās): katrs 0,5 mm stiegrojuma virs caurules ārējā diametra divkāršo vietējo sprieguma koncentrācijas koeficientu. Metinātām šuvēm ar stiegrojumu, kas mazāks par 0,2 mm, SCC sākuma laiks ir lielāks par 2000 stundām. Pastiprinājums virs 1,0 mm samazina iedarbināšanas laiku līdz zem 200 stundām.

Metināšanas zemgriezuma dziļums: 0,1 mm zemgriezums samazina vietējo šķērsgriezuma laukumu par aptuveni 5%, bet palielina vietējo spriegumu par 15–20%. Karstā hlorīda serviss: nav pieļaujams zemāks griezums, kas lielāks par 0,3 mm.

Pēc-metinājuma termiskā apstrāde (PWHT): spriedzes mazināšana 540–650 grādos 30 minūtes samazina atlikušo deformāciju metinātajā šuvē par 60–75% un palielina laiku līdz SCC sākumam par 5–10 reizēm.

Pielietojums, pamatojoties uz metināšanas kvalitātes izvēles rokasgrāmatu

Nākamajā tabulā ir parādīta izvēles sistēma titāna sildītāja metinājuma kvalitātes noteikšanai saistībā ar hlorīda lietošanas smaguma pakāpi un drošības standartiem.

Karstā hlorīda apkalpošanas stāvoklis un uzticamība Nepieciešamā prioritātes metināšanas kvalitātes prasība Pamata pamatojums un SCC riska modifikācijas
Hlorīdi 1000-5000 ppm 60-80 grādi Tīrs šķīdums Necikliska darbība Sudraba salmu krāsa, stiegrojums Mazāks par vai vienāds ar 0,3 mm, nav redzama zemgriezuma Standarta autogēnām GTAW šuvēm ir pieļaujami mēreni apstākļi. Vizuāli pārbaudīts atbilstoši AWS D1.6 B klases akceptēšanai.
Hlorīdi 5 000–20 000 ppm, 80–100 grādi, bez plūsmas zonām, iknedēļas termiskie cikli Viegla salmu nokrāsa, pastiprinājums Mazāks vai vienāds ar 0,2 mm, PWHT spriedzes mazināšana (550 grādi, 30 min) PWHT samazina atlikušo spriegumu zem SCC th. Nav pieļaujama zilā oksidēšanās. Visas metinātās šuves pārbauda ar penetrantu.
Continuous Duty, chlorides >20 000 ppm, 100 līdz 120 grādi C, jūras ūdens vai sālsūdens apkalpošanaNav redzama oksīda (atpakaļ attīrīta ar argonu), stiegrojuma slīpējums ±0,1 mm, nepieciešama pilna PWHT Max SCC pretestība Sprieguma pacēlāji tiek noņemti ar pēc-metināšanas slīpēšanu. Priekšroka tiek dota 12. vai 7. pakāpes parastajam metālam.
Karsts hlorīds, 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.
Metināšanas kvalitātes inženierija un citi pakalpojumi

Metināšanas šuves kvalitāte nav atkarīga no caurules sienas biezuma un darba temperatūras. Pat sliktas kvalitātes metināšana var izlauzties cauri biezai sienai (1,5 mm) dažu nedēļu laikā, jo SCC izplatīšanās ātrums titānā var sasniegt 1–2 mm/h, kad tas ir izveidots. Tomēr plāna siena (0,7 mm) ar izcilu metinājumu (sudraba krāsa, PWHT, slīpēta) izturēs vairākus gadus karstā sālījumā. Arī parastā metāla marka ietekmē metināšanas jutību: 12. klases titānam (0,3% Mo un 0,8% Ni) ir daudz labāka metinājuma HAZ izturība nekā 2. pakāpei. Projektējot karstā hlorīda servisu, norādiet krāsu caurlaidības pārbaudi (ASTM E165) visām metinātajām šuvēm, un pieņemt tikai metinātās šuves. Aizmugurējā attīrīšana ar argonu metināšanas laikā nav obligāta, tā ir nepieciešama, lai novērstu iekšējās virsmas oksidēšanos, ko nevar redzēt, veicot ārējo apskati.

Kā izveidot labu specifikāciju

(1) metinājuma krāsa nav tumšāka par gaišo salmu atbilstoši AWS A5.16 krāsu diagrammai; (2) maksimālais metinājuma stiegrojums 0,2 mm; (3) bez samazinājuma; (4) 100 % krāsas caurlaidības pārbaude ar rakstisku ziņojumu; (5) pēc-metinājuma termiskā apstrāde pakalpojumam virs 90 grādiem. Norādot titāna sildīšanas caurules karstai hlorīda videi virs 60 grādiem, iepirkuma specifikācijā ieteicams iekļaut šādas metināšanas kvalitātes prasības: Pieprasīt metināšanas procedūru kvalifikācijas ierakstus (PQR), kas parāda, ka piegādātāja metode atbilst šiem kritērijiem. Tas padara metināšanas šuvju kvalitāti par dominējošo konstrukcijas parametru, kas ļauj inženierim tieši regulēt SCC risku karstā hlorīda ekspluatācijā un pārvērst metinājumu no bojājuma sākuma vietas par uzticamu sildītāja mezgla daļu.