Generuje opakované zapínání{0}}vypínání 316 ponorných ohřívačů s nerezovým pláštěm v neutrální deionizované vodě teplo svaru-senzibilizace postižené zóny a důlková korekce pod 200 stupňů?
Zanechat vzkaz
Elektrické topné trubky z nerezové oceli 316 jsou nejčastějším místem poruchy v systémech s deionizovanou vodou s nízkou -vodivostí, a to i při koncentracích chloridů pod 10 ppm. Údaje z terénních služeb o recirkulačních smyčkách farmaceutické vody-pro-vstřikování (WFI) ukazují, že svary přírub a{6}}svary-koncového uzávěru jsou často vystaveny mezikrystalovému napadení a důlkové korozi po 18-36 měsících provozu, a to i přesto, že objemový odpor vůči vodě je větší než 1 M?cm. Toto chování je v rozporu se společným předpokladem, že voda s nízkým chloridem a neutrálním pH není pro austenitické nerezové oceli významně korozivní. Primární příčinou je kombinace senzibilizace zóny ovlivněné teplem svaru (HAZ) a opakovaných tepelných cyklů při přerušovaném používání ohřívače. Povrchová teplota pláště se u systémů WFI mění mezi okolní a nominální nastavenou hodnotou 150 – 200 stupňů s každým cyklem zapnutí{19}}vypnutí. Tento cyklus vede k lokalizovanému vyčerpání chrómu na hranicích zrn v HAZ, čímž se tyto oblasti stávají náchylnými k napadení i stopovými oxidačními molekulami přítomnými ve vysoce čisté vodě. Tento článek kvantifikuje vztah mezi tepelnou historií svaru, stupněm senzibilizace a iniciací důlkové koroze při nízkoteplotním cyklování, aby poskytl rámec specifikací pro inženýry specifikující svařované ponorné ohřívače z nerezové oceli 316 pro vodu s vysokou čistotou.
Přeformulujte větu
Vrátit se k původní větě
Kopírovat větu
Synonyma
dějiny,
minulost,
věky,
minulé časy,
léta,
čas,
minulé události,
historické události,
minulost,
minulá období,
historie jako celek
běh dějin,
historiografie,
minulá staletí,
naši minulost,
věky,
staletí,
jejich minulost,
dědictví,
pozadí,
historický kontext,
minulé události
běh času,
časy minulé,
historie a
historické události
minulou historii,
jeho historie,
kurz historie,
také historie,
tradice,
Metalurgický mechanismus nízkoteplotní senzibilizace svařovaných plášťů z nerezové oceli 316
Rozumí se, že ke senzibilizaci nerezové oceli 316 dochází, když je vystavena teplotám mezi 450 stupni a 850 stupni po dostatečně dlouhou dobu, aby způsobila vysrážení karbidů chrómu na hranicích zrn. Avšak svařování tenkostěnné trubice s pláštěm (průměrná tloušťka stěny 1,0-1,6 mm) vytváří malé HAZ, které se rychle ochlazuje z roztavené zóny. Tato HAZ má jemnou disperzi karbidů chrómu vytvořenou během tepelného cyklu svařování, přičemž vedle každé hranice zrn zůstává malá zóna ochuzená o chrom. V typickém prostředí s korozivním chloridem nemusí tato světelná senzibilizace způsobit okamžité selhání. Ve vysoce čisté deionizované vodě obsahující rozpuštěný kyslík se však vyvíjí odlišný korozní mechanismus (obvykle 5–8 ppm při teplotě okolí, snížení na 2–3 ppm při 80 stupních).
Opakované tepelné cykly mezi pokojovou teplotou a 150-200 °C urychlují dvě věci. Rozdílné tlaky tepelné roztažnosti mezi svarovým kovem (s mírně vyšším koeficientem kvůli odlévané struktuře) a základním kovem nejprve způsobí mikropraskání tenkých okrajových zón zrn ochuzených o chrom. Za druhé, cyklické vytápění a chlazení pumpuje malá množství deionizované vody dovnitř a ven z povrchu, čímž dochází k poruchám HAZ. Při zahřívání se voda z těchto mikroštěrbin odpařuje a koncentrují jakékoli stopové znečišťující látky (jako zbytky chloridu z výrobních procesů nebo procesů úpravy vody) faktorem 100–1000. Měření elektrochemického potenciálu na cyklovaném svaru z nerezové oceli 316 naznačují, že HAZ se stane anodickým vůči svarovému kovu a základnímu kovu o 150-200 mV během fáze ohřevu cyklu, čímž se vytvoří řízený korozní článek.
Kvantifikace iniciačních časů důlkové koroze ve zkouškách HAZ svaru
Autogenní svary TIG (bez přídavného kovu) byly testovány v de-ionizované vodě (odpor 18 MΩ cm, rozpuštěný kyslík 6 ppm, pH 6,8, žádné další chloridy) s použitím 316 vzorků trubek z nerezové oceli za zrychlených laboratorních podmínek. Vzorky byly tepelně cyklovány od 25 stupňů do 180 stupňů při rychlosti ohřevu 5 stupňů/min, což je typické pro pracovní cyklus ohřívače. Každý úplný cyklus sestával z udržování na 180 stupních po dobu 30 minut s následným nuceným chlazením vzduchem na 25 stupňů. Selhání bylo definováno jako zjevná důlková korekce při 50násobném zvětšení nebo perforace, jak bylo stanoveno kontrolou penetrantu barviva.
Žádné cyklování, nepřetržité ponoření o 180 stupních: Bez důlků po 5000 hodinách. Žádné cyklování tepelného stresu nevedlo k tomu, že HAZ zůstala neaktivní.
50 horkých cyklů (~ 100 hodin vyhřívaného provozu). Žádné zjevné důlky. Testování elektrochemické potenciodynamické reaktivace (EPR) ukázalo stupeň senzibilizace (DOS) 3 %, což je pod obvyklým limitem pro aktivní korozi.
200 tepelných cyklů (přibližně. 400 hodin): Počáteční známky mikro-důlků v HAZ svaru. Dílky o průměru < 20 µm jsou pozorovatelné pouze pomocí SEM. DOS se vyšplhal na 8 procent.
600 tepelných cyklů (přibližně . 1200 hodin) Viditelné důlky na 10-15 místech podél HAZ na obou stranách svarové housenky. Hloubka průniku do nejhlubší jámy: 0,3 mm na vzorku stěny 1,2 mm (25 % průnik stěnou). DOS: 14 procent.
70 % vzorků Vícenásobné perforace důlků 1200 tepelných cyklů (~2400 hodin) Průměrná hloubka důlku: 0,9 mm, Netěsnost stěnou 1,2 mm. DOS > 20 %
Pro srovnání, stejné vzorky vystavené de-vodě s 50 ppm dodatečného chloridu sodného (stále nazývaného nízký chlorid) selhaly po pouhých 250 cyklech, což ukazuje, že mechanismus senzibilizace je synergický i se stopami chloridů. Klíčovým výsledkem je, že i čistá deionizovaná voda bez jakýchkoli detekovatelných chloridů způsobila po 1200 cyklech důlkovou poruchu, čistě kvůli koncentračním účinkům uvnitř tepelných cyklů-indukovaných trhlin v HAZ.
Vliv tepelného vstupu při svařování a zpracování po svařování na životnost cyklu
Procesní parametry svařování podstatně určují stupeň senzibilizace a odolnost proti důlkové korozi při tepelném cyklování. Pro výrobu plášťů z nerezové oceli 316 byly testovány tři typické podmínky svařování:
Stav svařování Tepelný příkon (kJ/cm) Šířka HAZ (mm) Měřeno DOS po svařování Tepelné cykly do perforace Doporučená aplikace
Autogenní TIG s vysokým tepelným příkonem (80-100 A, pomalý pojezd) 1.8 - 2.5 1.2 - 1.8 22% 180 - 300Nedoporučuje se pro žádnou jízdu na kole
Normální dodávka tepla TIG (50 - 70 A, střední pohyb) 1.0 - 1.5 0.6 - 1.0 12% 600 - 900 Přerušovaný provoz pod 150 °C,<1000 cycles total
Pulzní TIG, nízký tepelný příkon (30-50 A, rychlý pojezd, v případě potřeby plnička) 0,5 – 0.8 0.3 – 0.5 5 % 1800 – 2400 Doporučeno pro vysoce čistou vodu, cyklický provoz
Nízký tepelný příkon + rozpouštěcí žíhání po svařování (1050 stupňů, kalení vodou) 0,5 – 0.8 0 (zcela rekrystalizováno)<1% >10 000 (žádná důlková korekce na ukončení testu) Optimální pro kritické farmaceutické aplikace WFI
Stav rozpouštěcího žíhání zcela eliminuje senzibilizaci, ale často není životaschopný pro hotové sestavy ohřívačů, protože vnitřní odporový drát (často NiCr 80/20) nemůže odolat 1050 stupňům bez oxidace a rozměrové deformace. Proto je u většiny vyráběných ohřívačů nejlepším kompromisem mezi vyrobitelností a odolností proti korozi pulzní svařování TIG s nízkým tepelným příkonem s přísnou kontrolou tepelného příkonu pod 0,8 kJ/cm.
Technická řešení pro prodloužení životnosti svarů v de{0}}cyklování deionizované vody
Pět metod návrhu a specifikace může zabránit nebo oddálit selhání důlkové koroze HAZ, když provozní prostředí obsahuje deionizovanou vodu nebo vodu s reverzní osmózou s přerušovaným cyklováním ohřívače. Každá šarže svarů musí být výrobcem ohřívače kvalifikována testem EPR podle ASTM G108 s maximální povolenou DOS 8 % pro všeobecné použití nebo 5 % pro farmaceutické aplikace. 2. Vyžadovat svařování s vlečným plynovým štítem (argonem nebo dusíkem) na vnitřním průměru trubice pláště, kde je přístupný. To zabraňuje oxidaci vnitřního kořene svaru, která lokálně ochuzuje chrom. Za třetí předepište mechanické leštění po svaření vnější oblasti HAZ na povrchovou úpravu Ra < 0,4 µm. Leštěním se odstraní tenká povrchová vrstva, kde je vyčerpání chrómu nejzávažnější. Elektrochemické testování odhalilo, že leštění svaru s počátečním DOS 12 % snižuje efektivní DOS na povrchu na 6 %, čímž se zdvojnásobuje životnost tepelného cyklu. Za čtvrté, vyvinout provozní rutinu pro snížení počtu tepelných cyklů. To by mělo zahrnovat nepřetržitou cirkulaci nebo-pohotovostní-režim nízké spotřeby, nikoli úplné vypnutí-ohřívače. Farmaceutické zařízení přešlo z řízení zapnuto{19}}vypnuto na proporcionální řízení s 60stupňovou pohotovostní teplotou a selhání svarů se snížilo z 15 % ročně na méně než 1 %. Za páté, vyžadovat rozpouštěcí žíhání všech svarových spojů po svařování a před konečnou montáží u nových instalací, u nichž se očekává více než 2 000 teplotních cyklů během deseti-letého života, i když je vyžadován dvou-výrobní postup s převařením{27}}interiérových součástí.
Specifikace kvality svařování pro dlouhodobou spolehlivost ohřívačů vody s vysokou čistotou
Při specifikaci elektrických ponorných ohřívačů z nerezové oceli 316 pro deionizovanou vodu, permeát s reverzní osmózou nebo destilovanou vodu by inženýři měli specifikovat standardy kvality svarů v nákupní specifikaci. Poskytněte prosím kopie záznamů o kvalifikaci svařovacího postupu (WPQR), které obsahují parametry tepelného vstupu a uvádějí výsledky testu EPR na kupónu svařeném se stejným nastavením. Pro situace, kdy je projektovaná frekvence cyklování ohřívače větší než dva cykly za den, je vyžadováno pulzní svařování TIG s nízkým tepelným příkonem s maximálním tepelným příkonem 1,0 kJ/cm a maximální šířkou HAZ 0,7 mm. V oblastech, kde je měrný odpor vody vyšší než 1 MΩ.cm (vodivost menší než 1 µS/cm), požadujte, aby byly všechny mokré svary elektrolyticky vyleštěny, aby se odstranilo 20-}30 µm povrchového materiálu. Tím se odstraní vrstva nejvíce ochuzená o chrom. Tím, že se senzibilizace svaru považuje za hlavní mechanismus selhání, spíše než aby se předpokládalo, že nízký obsah chloridů zajišťuje odolnost proti korozi, mohou inženýři získat životnost ohřívače delší než deset let v náročných aplikacích s vysoce čistým vodním cyklem.
