Как качеството на заваръчния шев на титанова нагревателна тръба влияе върху нейната устойчивост на корозионно напукване под напрежение в гореща хлоридна среда?

Титанът е чувствителен към корозионно напукване (SCC) при едно от малкото условия, гореща хлоридна среда. Горещата хлоридна среда обикновено се определя като над 60 градуса и със съдържание на хлорид повече от 1000 ppm. SCC се разпространява бързо през стената на тръбата, с малко визуална индикация, за разлика от питинг или обща корозия. Заваръчният шев на титанова нагревателна тръба е най-вероятното място за начало на SCC. Остатъчните напрежения на опън, въведени от процеса на заваряване, и микроструктурните промени в засегнатата от топлина зона (HAZ), значително променят праговото напрежение на материала за напукване. Важно е да се разбере ефектът на някои качествени характеристики на заваръчния шев, като цвят, проникване, ниво на окисление и обработка след -заваряване, върху устойчивостта на SCC, за да се изберат нагреватели за обслужване с горещ хлорид.

Металургични SCC иницииращи механизми в титанови заварки

Заваряването на титан във въздуха създава характерна последователност от цветове, което показва замърсяване на повърхността. Сребрист или бледо сламен оттенък означава по-малко окисление и достатъчна защита. Сините, лилавите или сивите цветове показват твърде много абсорбция на кислород, което води до крехък слой алфа-корпус. Този обогатен с-кислород слой е по-твърд, но значително по-малко здрав и, което е критично, има по-нисък праг на напрежение за образуване на SCC в хлориди. Бързият топлинен цикъл вътре в HAZ дава игловиден алфа-първичен мартензит в търговски чисти класове, който е по-податлив на абсорбция на водород от равноосния основен метал. Механичната движеща сила често са остатъчните напрежения на опън при върха на заварката, които са от порядъка на границата на провлачване (240-340 MPa за клас 2). Адсорбцията на хлоридни йони върху оксидираната повърхност възниква, когато горещи хлоридни разтвори контактуват със зоната на заваръчния шев и се образуват микропукнатини поради концентрация на напрежение при вълни или подрязвания на заваръчния шев. След това тези пукнатини се разпространяват трансгранулирано през HAZ по маршрута на максималното остатъчно напрежение.

Количествените параметри на качеството на заваръчния шев и техните прагове за SCC

Контролирани лабораторни тестове, използващи предварително напукани компактни образци на опън в кипящ магнезиев хлорид (155 градуса, 42% MgCl2), показаха количествени зависимости:

Ниво на окисление на заваръчния шев: Заваръчните шевове сребро/слама имат прагов интензитет на напрежение K ISCC от около 55 MPa√m. Сините заварки показват по-нисък K_ISCC от 30-35 MPa√m. За сиви или бели заварки (тежко окисляване), K_ISCC е под 15 MPa√m и пукнатините растат бързо при ниски приложени натоварвания.

Височина на армировката на заваръчния шев (проникване при препълване): Всеки 0,5 mm армировка над външния диаметър на тръбата удвоява локалния коефициент на концентрация на напрежението. За заварки с армировка по-малка от 0,2 mm времето за начало на SCC е повече от 2000 h. Усилване над 1,0 мм намалява времето за започване до под 200 часа.

Дълбочина на подрязване: Подрязване от 0,1 mm намалява местната площ на напречното-сечение с около 5%, но повишава локалното напрежение с 15–20%. Обслужване с горещ хлорид: подрязване, по-голямо от 0,3 mm, не е приемливо.

Термична обработка след -заваряване (PWHT): Освобождаването на напрежението при 540-650 градуса за 30 минути намалява остатъчните деформации в заваръчния шев с 60-75% и увеличава времето за възникване на SCC с фактор 5-10.

Приложение, базирано на Ръководство за избор на качество на заварка

Следващата таблица представя рамка за избор за установяване на качеството на заваръчния шев на титанов нагревател във връзка с тежестта на обслужване на хлорид и стандартите за безопасност.

Условие и надеждност при обслужване с горещ хлорид Изискване за качество на заваръчния шев Основна обосновка и промяна на риска от SCC
Хлориди 1000-5000 ppm 60-80 градуса Чист разтвор Нециклична работа Цвят сребърна слама, подсилване По-малко или равно на 0,3 mm, без видимо подрязване. Умерените обстоятелства са приемливи за стандартни автогенни GTAW заварки. Визуално инспектиран за приемане на AWS D1.6 клас B.
Хлориди 5 000–20 000 ppm, 80–100 градуса, зони без поток, седмични термични цикли Лек сламен оттенък, подсилване По-малко или равно на 0,2 mm, облекчаване на стреса при PWHT (550 градуса, 30 минути) PWHT намалява остатъчното напрежение под прага на SCC. Не се допуска окислително синьо. Всички заварки трябва да бъдат изследвани с проникващ багрил.
Continuous Duty, chlorides >20 000 ppm, 100 до 120 градуса C, обслужване с морска вода или саламура Без видими оксиди (обратно продухване с аргон), изравняване на армировката с шлайфане ±0,1 mm, необходима пълна PWHT Максимална устойчивост на SCC. Повишителите на напрежението се отстраняват чрез шлайфане след -заваряване. Предпочита се неблагороден метал от клас 12 или клас 7.
Горещ хлорид, 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.
Инженеринг за качество на заварките и много други

Качеството на заваръчния шев не зависи от дебелината на стената на тръбата и температурата на работа. Дори -заваръчен шев с лошо качество може да пробие дебела стена (1,5 mm) за няколко седмици, тъй като скоростта на разпространение на SCC в титан може да достигне до 1-2 mm/час, след като бъде установена. Въпреки това, тънка стена (0,7 mm) с отлична заварка (сребрист цвят, PWHT, шлайфане) ще издържи години в гореща саламура. Също така класът на неблагородния метал оказва влияние върху чувствителността на заваръчния шев: титанът клас 12 (0,3% Mo и 0,8% Ni) има много по-добра якост на HAZ на заваръчния шев от клас 2. Когато проектирате за работа с горещ хлорид, уточнете инспекция с проникване с багрило (ASTM E165) за всички заварки и приемете само заварки без индикации. Обратното продухване с аргон по време на заваряване не е задължително, то е необходимо, за да се предотврати окисляването на вътрешната повърхност, което не може да се види при външен преглед.

Как да направите добра спецификация

(1) цвят на заваръчния шев не по-тъмен от светла слама според цветната диаграма AWS A5.16; (2) максимално усилване на заваръчния шев 0,2 mm; (3) без подрязване; (4) 100% инспекция с проникване на боя с писмен доклад; (5) термична обработка след -заваряване за обслужване над 90 градуса. Когато се определят титаниеви нагревателни тръби за среди с горещ хлорид над 60 градуса, препоръчително е да се включат следните изисквания за качество на заваръчните шевове в спецификацията на поръчката: Поискайте записи за квалификация на процедурата за заваряване (PQR), показващи, че методът на доставчика произвежда заваръчни шевове, отговарящи на тези критерии. Това прави качеството на заваръчния шев доминиращият проектен параметър, което позволява на инженера директно да регулира риска от SCC при работа с горещ хлорид и да превърне заваръчния шев от мястото на иницииране на повреда в надеждна част от нагревателния модул.