Jak ovlivňuje kvalita svaru titanové topné trubice její odolnost vůči praskání korozním napětím v horkém chloridovém médiu?

Titan je citlivý na korozní praskání pod napětím (SCC) v jedné z mála podmínek, v horkém chloridovém médiu. Horké chloridové médium je obecně definováno jako nad 60 stupňů a s obsahem chloridů vyšším než 1000 ppm. SCC se rychle šíří stěnou trubky, s malou vizuální indikací, na rozdíl od důlkové nebo obecné koroze. Nejpravděpodobnějším místem pro začátek SCC je svar titanové topné trubky. Zbytková tahová napětí vyvolaná procesem svařování a mikrostrukturální změny v tepelně ovlivněné zóně (HAZ) významně mění prahové napětí materiálu pro praskání. Aby bylo možné vybrat ohřívače pro použití s ​​horkými chloridy, je důležité porozumět vlivu určitých charakteristik kvality svaru, jako je barva, penetrace, úroveň oxidace a úprava po-svaru, na odolnost SCC.

Metalurgické iniciační mechanismy SCC v titanových svarech

Svařování titanu na vzduchu vytváří charakteristickou sekvenci barev, která indikuje znečištění povrchu. Stříbrný nebo světlý slámový odstín znamená menší oxidaci a dostatečnou ochranu. Modré, fialové nebo šedé barvy naznačují přílišnou absorpci kyslíku, což má za následek křehkou vrstvu alfa-případu. Tato kyslíkem-obohacená vrstva je tvrdší, ale podstatně méně houževnatá a, co je kritické, má nižší prahové napětí pro tvorbu SCC v chloridech. Rychlý tepelný cyklus uvnitř HAZ poskytuje jehlicovitý alfa-primární martenzit v komerčně čistých jakostech, který je náchylnější k absorpci vodíku než rovnoosý základní kov. Mechanickou hnací silou jsou často zbytková tahová napětí ve špičce svaru, která jsou řádově mez kluzu (240-340 MPa pro stupeň 2). K adsorpci chloridových iontů na oxidovaném povrchu dochází, když se horké roztoky chloridů dostanou do kontaktu s oblastí svaru, a vzniknou mikrotrhliny v důsledku koncentrace napětí ve zvlnění nebo podříznutí svaru. Tyto trhliny se pak šíří transgranulárně HAZ po trase maximálního zbytkového napětí.

Kvantitativní parametry kvality svaru a jejich prahové hodnoty pro SCC

Kontrolované laboratorní testy využívající před-popraskané kompaktní tahové vzorky ve vroucím chloridu hořečnatém (155 stupňů, 42 % MgCl2) prokázaly kvantitativní vztahy:

Úroveň oxidace svaru: Svary stříbra/slámy mají prahovou intenzitu napětí K ISCC asi 55 MPa√m. Modré svary vykazují nižší K_ISCC 30-35 MPa√m. U šedých nebo bílých svarů (silná oxidace) je K_ISCC pod 15 MPa√m a trhliny rychle rostou při nízkém zatížení.

Výška výztuže svaru (prostup přeplnění): Každých 0,5 mm výztuže nad vnějším průměrem trubky zdvojnásobuje místní faktor koncentrace napětí. U svarů s výztuží menší než 0,2 mm je doba náběhu SCC delší než 2000 hodin. Vyztužení nad 1,0 mm zkracuje dobu iniciace pod 200 hodin.

Hloubka podříznutí svaru: Podříznutí o 0,1 mm zmenší plochu místního průřezu přibližně o 5 %, ale zvýší místní napětí o 15–20 %. Horký chlorid: podříznutí větší než 0,3 mm není přijatelné.

Tepelné zpracování po-svaru (PWHT): Odlehčení pnutí při 540–650 stupních po dobu 30 minut snižuje zbytková napětí ve svaru o 60–75 % a prodlužuje čas do nástupu SCC faktorem 5–10.

Aplikace na základě Průvodce výběrem kvality svaru

Následující tabulka představuje rámec výběru pro stanovení kvality svaru titanového ohřívače ve vztahu k náročnosti provozu chloridů a bezpečnostním normám.

Horký chlorid Servisní stav a spolehlivost Priorita Požadovaný požadavek na kvalitu svaru Základní zdůvodnění a úprava rizika SCC
Chloridy 1 000-5 000 ppm 60-80 stupňů Čisté řešení Necyklický provoz Stříbrná slámová barva, vyztužení Menší nebo rovna 0,3 mm, žádné viditelné podříznutí Pro standardní autogenní svary GTAW jsou přijatelné střední okolnosti. Vizuálně zkontrolováno na přijetí AWS D1.6 třídy B.
Chloridy 5 000–20 000 ppm, 80–100 stupňů, žádné zóny proudění, týdenní tepelné cykly Lehký slámový odstín, vyztužení Menší nebo rovno 0,2 mm, PWHT zmírnění napětí (550 stupňů, 30 min) PWHT snižuje zbytkové napětí pod prahovou hodnotu SCC. Žádná oxidační modrá není povolena. Všechny svary musí být zkontrolovány penetrantem barviva.
Continuous Duty, chlorides >20 000 ppm, 100 až 120 °C, provoz s mořskou vodou nebo solankouŽádný viditelný oxid (zpětně propláchnut argonem), výztuž broušená v rovině ±0,1 mm, nutná plná odolnost PWHT Max SCC Zvyšovače napětí se odstraní broušením po svařování. Výhodný je obecný kov 12. nebo 7. třídy.
Horký chlorid, 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.
Technika kvality svaru a další

Kvalita svaru nezávisí na tloušťce stěny trubky a teplotě práce. I nekvalitní-svar může prorazit silnou stěnu (1,5 mm) během několika týdnů, protože rychlost šíření SCC v titanu může být až 1–2 mm/h, jakmile se usadí. Tenká stěna (0,7 mm) s vynikajícím svarem (stříbrná barva, PWHT, zabroušení) však vydrží roky v horkém nálevu. Také třída obecného kovu má vliv na náchylnost svaru: Titan třídy 12 (0,3 % Mo a 0,8 % Ni) má mnohem lepší HAZ houževnatost svaru než třída 2. Při navrhování pro použití s ​​horkým chloridem specifikujte kontrolu pronikáním barviva (ASTM E165) na všechny svary a akceptujte pouze svary bez označení. Zpětné proplachování argonem během svařování není volitelné, je nutné, aby se zabránilo oxidaci vnitřního povrchu, kterou nelze zjistit vnější kontrolou.

Jak udělat dobrou specifikaci

(1) barva svaru není tmavší než světlá sláma podle vzorníku barev AWS A5.16; (2) maximální vyztužení svaru 0,2 mm; (3) žádné podříznutí; (4) 100% kontrola průniku barviva s písemnou zprávou; (5) tepelné zpracování po-svaru pro provoz nad 90 stupňů. Při specifikaci titanových topných trubek pro prostředí s horkým chloridem nad 60 stupňů se doporučuje zahrnout do specifikace zadávání zakázek následující požadavky na kvalitu svaru: Vyžádejte si záznamy o kvalifikaci svařovacího postupu (PQR), které prokazují, že metoda dodavatele vytváří svary odpovídající těmto kritériím. Díky tomu je kvalita svaru dominantním konstrukčním parametrem, který umožňuje technikovi přímo regulovat riziko SCC v provozu s horkými chloridy a přeměnit svar z místa iniciace poruchy na spolehlivou součást sestavy ohřívače.