Proč vyžaduje tloušťka stěny pláště z nerezové oceli 316 pod 1,0 milimetru speciální svařovací postupy pro připojení příruby u elektrických ponorných ohřívačů?

Jedním z nejdůležitějších postupů při výrobě elektrických topných těles pro výrobní techniky a odborníky na zajištění kvality je připevnění montážních přírub k plášti z nerezové oceli 316. Vadný svar může umožnit vniknutí procesní tekutiny, elektrické zkraty nebo úplné oddělení ohřívače. Svařovací procesy pro běžné tloušťky stěny větší než 1,5 mm jsou dobře zavedené. Svařování tenkostěnných 316 plášťů pod 1,0 mm přináší zřetelné problémy. Nízká tepelná hmotnost tenké stěny vede k rychlému hromadění tepla-a prohoření-, nadměrné tvorbě zrn a ztrátě odolnosti proti korozi. Tento článek popisuje měření problémů svařování tenkostěnných 316 plášťů a stanovení nezbytných procedurálních úprav pro zajištění spolehlivého připojení přírub.

Problémy tepelného managementu při svařování tenkých-stěn 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) chladič okolního materiálu odvádí teplo ze svarové lázně a zabraňuje nadměrnému nárůstu teploty. Pro tenkostěnný plášť menší než 1,0 mm je účinek chladiče zanedbatelný. Stejný svařovací proud, který by vytvořil řízenou svarovou lázeň ve stěně o tloušťce 1,6 mm, protaví stěnou o tloušťce 0,9 mm během milisekund. 316 nerezová ocel má tepelnou difuzivitu zhruba 4 mm2/s při normální teplotě. Vedení tepla tloušťkou 0,9 mm trvá pouze 0,02 sekundy. To znamená, že pokud není přívod tepla přesně regulován, zadní strana pláště dosáhne bodu tání prakticky okamžitě po spuštění oblouku. Propálení vytváří díru v plášti, která odhaluje izolaci MgO a odporový drát. I bez úplného prohoření-způsobí značný přísun tepla zhrubnutí zrna v tepelně{17}}postižené zóně. Velikost zrna pro tenkostěnné sekce může být od ASTM 7-8 (20-30 mikronů) až po ASTM 2-3 (100-150 mikronů). Karbidy chrómu se přednostně vysrážejí na hrubých hranicích zrn, což snižuje mechanickou pevnost a co je důležitější, odolnost vůči korozi 316 v chloridových podmínkách.

Postupy svařování pro tenkostěnné 316 pochvy jsou nutné
Pro správné přivaření 0,8–1,0 mm 316 pláště k montážní přírubě je zapotřebí pět modifikací typického procesu svařování plynovým wolframem. Svařovací proud by měl být nejprve snížen o 40–60 % ve srovnání s metodou tloušťky stěny 1,6 mm. Typické proudy pro 1,6 mm 316 jsou 60-80 ampérů; pro 0,9 mm je rozsah snížen na 25-35 ampér. Za druhé, potřebujete pulzní průběh proudu. Používá se proud pozadí 20–30 % a pulsy mají 50–100 Hz, což umožňuje, aby se svarová lázeň mezi pulsy mírně ochladila, aby se nehromadilo teplo. Za třetí, rychlost pojezdu by měla být zvýšena na 200-300 mm za minutu ve srovnání se 100-150 mm za minutu u silných stěn. S vyšší rychlostí je vloženo méně tepla na jednotku délky. Za čtvrté, použití wolframové elektrody s menším průměrem, 1,0 mm nebo 1,6 mm namísto typických 2,4 mm, zvyšuje stabilitu oblouku při nízkých proudech. Za páté a nejdůležitější je, že do vnitřku pláště musí být umístěna zadní plynová bariéra. Během svařování se průchod argonu do vnitřku pláště zabraňuje oxidaci zadní strany a nabízí určité chlazení. Bez podpůrného plynu je vnitřní povrch obnažen a značně oxidován, přičemž zanechává drsnou vrstvu ochuzenou o chrom, která je náchylná ke korozi.

Minimální tloušťka stěny s různými procesy svařování
Následující tabulka uvádí minimální přijatelné tloušťky stěny pláště pro 316 pro různé svařovací procesy připevnění příruby a související změny postupu pro každý z nich. Hodnoty jsou pro svar s plným průvarem pro mechanickou pevnost.

Proces svařování Minimální tloušťka stěny 316 pro konzistentní svařování Požadovaný postup ZměnyRelativní náklady|Standardní kvalita svaru
GTAW (standardní), manuální 1,2 mm1,2 mm Žádné; Nedoporučuje se pod tímto Dobrým při 1,2 mm Low
Manuální GTAW (pulzní) 0,9 mm Zpětný plyn Nižší ampéry Pulzní proud Mírný; vyžaduje zkušeného operátora Nízká až Střední
Automatizovaný GTAW (pulzní) 0,8 mmPostupy pro plnou kvalifikaci: Středně dobré se správným nastavením
Laserové svařování 0,6 mm Přesné přizpůsobení-nahoru, žádná mezera, důležité vyrovnání paprskuNízký tepelný příkonVynikající;
Svařování elektronovým paprskem 0,5 mm Potřeba vakuové komory Vynikající; žádná oxidace Velmi vysoká
Odporové svařování (projekce) 0,8 mm Vyčnívání přírub speciálně navržené Dobré pro malé průměry Nízký až střední
Pájení (ne svařování) 0,5 mm Přídavný kov na bázi stříbra nebo niklu Střední pevnost; ne pro vysoký tlak Nízký
Většina aplikací průmyslových elektrických ponorných ohřívačů se nejlépe svařuje s pláštěm s tloušťkou stěny mezi 0,9 mm a 1,2 mm. Automatizovaný pulzní GTAW se zpětným plynem je nejběžnějším procesem. Pro<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.

Svary tenkých{0}}stěn: Požadavky na kontrolu a kvalifikaci
U tenkostěnných 316 plášťů je potřeba podrobnější zkoumání než u svarů tlustostěnných-stěn, protože je zde menší prostor pro chyby. U plášťů pod 1,2 mm není vizuální kontrola dostatečná. Radiografická kontrola nebo kontrola penetrantu barviva se provádí na základě odběru vzorků. Četnost je založena na objemu výroby a kritičnosti aplikace. U pochev menších než 1,0 mm se doporučuje 100% penetrační zkouška barviva. Akceptační standardy pro tenkostěnné svary{11}}by měly umožňovat malé nedoplnění (do 10 % tloušťky stěny), ale žádné praskliny, poréznost > 0,2 mm v průměru nebo propálení-. Všechny tenkostěnné svařované sestavy navržené pro použití v tlakovém provozu musí být také podrobeny zkoušce těsnosti heliem. Dobrý svar má rychlost úniku menší než 1 x 10-7 mbar·L/s. Pokud má být ohřívač používán v korozivní atmosféře, doporučuje se provést feritovou zkoušku svarového kovu. Obsah feritu > 5 % naznačuje možnost selektivní koroze v chloridovém provozu. Pro nejlepší odolnost proti korozi by koncentrace feritu svarového kovu pro 316 až 316 svarů měla být v rozmezí 2 % až 5 %. Při specifikování tenkostěnných plášťů by si inženýři měli od výrobce vyžádat záznamy o kvalifikaci metody svařování, které ukazují mikrofotografie příčného řezu profilu průniku, zrnitost oblasti ovlivněné teplem a žádné známky propálení-. Pokud dodavatel váhá s dodáním těchto dokumentů, nemělo by se mu věřit, že poskytne tenkostěnné ohřívače. Náklady na rekvalifikaci metody svařování jsou minimální ve srovnání s náklady na poruchy v terénu v důsledku prasklin ve svaru nebo netěsností.