Bagaimana Memilih Prosedur Kimpalan Yang Betul untuk Tiub Keluli Tahan Karat Dupleks untuk Mengelakkan Kehilangan Rintangan Kakisan?

Beberapa minit kimpalan yang lemah boleh memusnahkan sepenuhnya-kualiti tahan kakisan tiub keluli tahan karat dupleks. Setiap sambungan yang dikilangkan di kedai atau di lapangan hendaklah dengan berhati-hati memelihara dua-struktur mikro fasa yang berbeza yang memberikan dupleks kekuatan dan rintangannya. Mengekalkan rintangan kakisan-aloi yang keras dalam keadaan klorida dan asid yang keras adalah lebih penting daripada hanya mencegah kebocoran.

Yayasan Metalurgi: Apa yang Menjadikan Dupleks Unik
Campuran seimbang kira-kira 50% austenit dan 50% ferit ditemui dalam keluli tahan karat dupleks (seperti UNS S32205, S31803, atau 2205). Struktur dua-fasa ini menawarkan:

Kekuatan mekanikal yang tinggi (kira-kira dua kali 316L).

Rintangan cemerlang terhadap retakan kakisan tegasan yang disebabkan oleh klorida (SCC).

PREN (nombor bersamaan rintangan pitting) 34–36 menunjukkan ketahanan yang baik terhadap kakisan pitting dan celah.

Bahan cair dan cepat memejal semasa proses kimpalan. Imbangan fasa akhir dalam logam kimpalan dan zon terjejas-haba (HAZ) ditentukan oleh kadar penyejukan dan sejarah terma. Dua perkara yang memudaratkan boleh berlaku jika proses itu dilakukan secara tidak betul:

Lebihan pengeluaran ferit: Apabila ferit mendominasi disebabkan oleh penyejukan yang perlahan atau input haba yang tinggi, keliatan dan rintangan kakisan berkurangan.

Kerpasan fasa antara logam, terutamanya fasa sigma (σ) (FeCrMo) dan fasa chi (χ), yang berkembang antara 600 dan 900 darjah . Perkembangan fasa ini menghabiskan matriks sekeliling unsur pengaloian penting ini kerana ia kaya dengan kromium dan molibdenum. Kerosakan yang teruk dan penurunan mendadak dalam rintangan kakisan pitting adalah hasilnya.

Sebaliknya, terlalu banyak austenit mungkin dihasilkan oleh input haba yang tidak mencukupi atau penyejukan yang sangat cepat, yang akan mengurangkan kekuatan. Akibatnya, tetingkap pemprosesan terhad perlu dipatuhi.

Elemen Penting Proses Kimpalan Keluli Tahan Karat Dupleks
Faktor-faktor berikut dikawal dengan tepat oleh kaedah kimpalan keluli tahan karat dupleks yang sesuai teknik pencegahan kakisan tiub.

1. Pemilihan Logam Pengisi
Untuk mengekalkan keseimbangan fasa dan rintangan kakisan, kandungan aloi logam pengisi mestilah sama atau melebihi kandungan logam asas. Pengisi standard untuk dupleks 2205 ialah ER2209 (UNS S39209). Pengeluaran austenit dalam deposit kimpalan digalakkan oleh komposisinya, yang agak melebihi-alloy dalam nikel dan nitrogen berbanding dengan logam asas. Ini mengimbangi kesan ferit-memihak kepada pemejalan cepat.

Logam pengisi seperti ER2594 digunakan untuk gred super dupleks (seperti 2507). Pada logam asas dupleks, jangan sekali-kali menggunakan pengisi austenit (seperti 308L atau 316L); kimpalan yang terhasil akan mempunyai ciri-ciri kakisan yang salah dan mungkin retak.

2. Kawalan Input Haba
Kelajuan perjalanan, voltan dan arus semuanya mempengaruhi input haba. Julat input haba yang dicadangkan untuk keluli tahan karat dupleks biasanya antara 0.5 dan 2.5 kilojoule per milimeter. Input haba yang terlalu tinggi menggalakkan penyejukan perlahan, yang membenarkan pembentukan fasa sigma dan kekasaran ferit; input haba yang terlalu rendah membawa risiko pelakuran tidak lengkap atau ferit berlebihan.

Kimpalan arka tungsten gas (GTAW) daripada 2205 tiub biasanya bertujuan pada 0.5–1.5 kJ/mm. Jika suhu interpass dikawal rapat, julat yang agak besar (sehingga 2.0 kJ/mm) mungkin boleh diterima untuk kimpalan arka logam gas (GMAW) dengan pemindahan semburan berdenyut.

3. Suhu Interpass
Adalah perlu untuk mengekalkan suhu antara laluan-suhu kawasan kimpalan sebelum laluan berikutnya-di bawah 150 darjah , dan selalunya di bawah 100 darjah semasa laluan awal. Haba terkumpul oleh suhu interpass yang tinggi, yang memanjangkan tempoh penyejukan dan menggalakkan pemendakan fasa sigma. Penyejukan udara semulajadi di antara laluan mungkin mencukupi untuk tiub dengan dinding nipis (cth, 2–3 mm). Penyejukan udara paksa atau masa menunggu yang lebih lama antara pas diperlukan untuk bahagian yang lebih tebal.

4. Membersihkan belakang dan melindungi
Kedua-dua muka kimpalan dan bahagian akar kimpalan keluli tahan karat dupleks perlu dilindungi daripada oksigen ambien. Mengenai kimpalan tiub:

Argon dengan 1-3% nitrogen adalah gas pelindung utama yang biasa. Sebilangan kecil nitrogen, penstabil austenit, ditambahkan pada gas pelindung membantu dalam memelihara keseimbangan fasa yang dimaksudkan dalam logam kimpalan.

Pembersihan belakang: Untuk menghentikan manik akar daripada mengoksida, argon tulen (atau argon dengan 2–5% nitrogen) dibersihkan daripada bahagian dalam tiub. Skala kromium oksida, yang dihasilkan oleh pencemaran oksigen, membawa kepada penipisan kromium dan pengurangan rintangan kakisan.

5. Kaedah dan Prosedur Kimpalan
Untuk tiub dupleks, kaedah arka berdenyut (GTAW berdenyut atau GMAW berdenyut) digunakan kerana ia

Gunakan arus puncak tinggi diikuti arus latar belakang rendah untuk mengurangkan input haba.

Tingkatkan pengurusan kolam kimpalan dan kurangkan peluang melecur-pada dinding sempit.

Buat struktur mikro yang lebih konsisten dan halus.

Daripada menggunakan manik tenunan lebar, yang meningkatkan input haba dan penyejukan perlahan, manik tali (laluan lurus tanpa tenunan) digunakan untuk kimpalan manual.

Selepas-Pembersihan Kimpalan (Penjerukan dan Pasif) ialah Langkah Penting
Warna haba (skala oksida) akan muncul pada permukaan kimpalan dan HAZ sekeliling walaupun input haba adalah ideal. Disebabkan kromium berinteraksi secara keutamaan dengan oksigen, meninggalkan logam asas dengan kurang kromium, lapisan oksida ini kromium-habis. Kakisan pitting dan celah dalam perkhidmatan klorida mudah dimulakan di zon kekurangan ini.

Pembersihan selepas kimpalan diperlukan. Terdapat dua kaedah yang cekap:

Penyingkiran Bahan Kimia (Acar)
Pes penjerukan atau mandian: Warna haba dilarutkan dan lapisan kromium-yang habis dibuang menggunakan larutan asid nitrik (HNO₃) dan asid hidrofluorik (HF). Pes jeruk digunakan pada kimpalan dan kawasan haba-yang terjejas tiub, dibiarkan untuk tempoh masa yang telah ditetapkan (seperti 15 hingga 60 minit), dan kemudian dibilas sepenuhnya dengan air.

Penjerukan rendaman: Walaupun ia memerlukan peralatan khusus, merendam pemasangan tiub kecil atau bahagian kili dalam mandi penjerukan yang dipanaskan adalah lebih seragam.

Pasif Selepas Pembersihan Mekanikal
Mengisar atau memberus: Pad pelelas halus atau berus bukan -logam (seperti berus dawai keluli tahan karat, yang hanya digunakan pada dupleks dan tidak sekali-kali pada keluli karbon) boleh digunakan untuk mengeluarkan warna haba. Tanpa meninggalkan sebarang zarah besi yang tertanam, keseluruhan lapisan berwarna mesti dikeluarkan dengan mengisar.

Pempasifan: Untuk mengembalikan salutan kromium oksida pasif, larutan asid nitrik atau sitrik digunakan pada permukaan selepas pembersihan mekanikal. Pengisaran dengan sendirinya boleh mengotori logam dan menghasilkan permukaan yang kurang pelindung, oleh itu langkah ini adalah penting.

Selepas penjerukan yang sesuai, kimpalan dan HAZ harus mempunyai rupa dan rintangan kakisan yang sama seperti tiub induk kerana kimpalan yang baik tidak tahan kakisan. Kimpalan akan menjadi titik kegagalan pertama jika warna haba berterusan.

Pengukuran Ferrit untuk Pengesahan Kualiti Kimpalan
Skop ferit, peranti aruhan magnetik, digunakan untuk mengukur kandungan ferit logam kimpalan dan HAZ untuk mengesahkan bahawa proses kimpalan telah mengekalkan keseimbangan fasa yang betul. Untuk keluli tahan karat dupleks, kandungan ferit 30–70% (mengimbangi austenit) selalunya boleh diterima. Banyak spesifikasi menyasarkan 40-60%.

Kekuatan dikurangkan oleh austenit yang berlebihan, yang ditunjukkan oleh nilai di bawah 30%.

Ferit berlebihan ditunjukkan oleh nilai melebihi 70%, yang mengurangkan keliatan dan mungkin mencadangkan kewujudan fasa sigma (sigma bukan-magnet, tetapi peratusan ferit berkurangan apabila sigma berlaku; bacaan ferit yang luar biasa rendah atau tidak konsisten boleh menjadi petunjuk).

Dalam aplikasi kritikal, kupon yang dikimpal mungkin menjalani analisis struktur mikro (metallografi) untuk mengesan fasa antara logam. Dalam butiran ferit, fasa sigma menjelma sebagai mendakan akukular atau berhalangan.

Kesilapan Biasa dan Cara Mencegahnya
Mencegah Akibat Kesilapan
Menggunakan logam pengisi 308L atau 316LWeld terdedah kepada keretakan dan mempunyai rintangan kakisan yang lemah. Gunakan pengisi dupleks yang sepadan (ER2209 untuk 2205) pada setiap masa.
Terlalu panas (melebihi 2.5 kJ/mm)PREN rendah, kerapuhan dan kerpasan dalam fasa sigma Tentukan input haba, gunakan arka berdenyut, dan tetapkan sekatan kelajuan.
Interpass suhu melebihi 150 darjah Pembentukan haba menggalakkan sigmaGunakan termokopel untuk mengukur; biarkan ia sejuk di antara pas.
Tiada pembersihan belakang akar tiubPenyusutan kromium, pengoksidaan manik akar dan kakisan celahGunakan argon atau gabungan-argon nitrogen untuk membersihkan
Membiarkan warna haba di tempatnyaDi tepi kimpalan, kakisan setempat bermula.Acar atau pasif menggunakan mesin.
Menggunakan roda pengisar atau berus keluli karbonKakisan galvanik disebabkan oleh pencemaran besi.Gunakan alatan keluli tahan karat khusus, idealnya hanya untuk dupleks.
Spesifikasi Kelayakan dan Prosedur Kimpalan (WPS)
Spesifikasi Prosedur Kimpalan (WPS) rasmi mesti dibuat dan memenuhi syarat mengikut kod seperti ASME Seksyen IX, AWS D1.6 atau ISO 15614 untuk sebarang aplikasi perindustrian. Perkara berikut hendaklah dinyatakan dengan jelas dalam WPS untuk tiub keluli tahan karat dupleks:

julat dan gred ketebalan logam asas.

Pengelasan logam pengisi (cth, ER2209).

Teknik kimpalan GTAW, GMAW atau SMAW.

komposisi dan kadar aliran gas pelindung.

gas dan teknik untuk pembersihan belakang.

Julat input haba dan parameter elektrik (voltan, arus dan kelajuan perjalanan).

melebihi sekatan suhu, seperti maksimum 150 darjah .

Pemanasan awal biasanya tidak diperlukan untuk dupleks melainkan suhu ambien di bawah 5 darjah.

Pes jeruk, rendaman atau mekanikal + pempasifan ialah kaedah-pembersihan kimpalan selepas.

Piawaian penerimaan kandungan ferit (cth, 30–70% ferit dalam logam kimpalan).

Ujian tegangan dan bengkok serta ujian kakisan (seperti ujian pitting ferik klorida mengikut ASTM G48) adalah contoh ujian kelayakan. Pemeriksaan arus pusar atau ujian hidrostatik juga mungkin diperlukan untuk kimpalan tiub.

Pertimbangan untuk Kimpalan Medan
Oleh kerana kawalan alam sekitar adalah lebih sukar, mengimpal tiub dupleks di lapangan (untuk pengikat-atau pembaikan, contohnya) adalah lebih sukar daripada kimpalan kedai. Tumpuan khusus perlu diberikan kepada:

Menggunakan kanta dan skrin gas untuk menghentikan gangguan gangguan gas dikenali sebagai pelindung angin.

Pemantauan suhu: Gunakan pyrometer sentuh atau termometer inframerah untuk mengukur suhu interpass.

Pembersihan: Anda mungkin tidak boleh mengosongkan keseluruhan tiub berdiameter-besar; sebaliknya, empangan pembersihan terhad yang diperbuat daripada palam getah kembung boleh digunakan.

Penjerukan: Untuk mengelakkan tumpahan ke peralatan berdekatan, pes penjerukan lapangan mesti disapu dan dineutralkan dengan berhati-hati.

Kesimpulannya, kualiti bahan bergantung kepada tangan yang bekerja di atasnya.
Untuk tiub keluli tahan karat dupleks, memilih teknik kimpalan yang betul adalah penting untuk mengelakkan kehilangan rintangan kakisan yang teruk. Input haba yang berlebihan, suhu interpass yang tinggi, logam pengisi yang tidak sepadan atau kehadiran kromium{1}}warna haba yang habis semuanya boleh menjejaskan struktur mikro ferit-austenit seimbang yang memberikan dupleks kekuatan dan rintangan pitting. Zon kimpalan mengekalkan prestasi kakisan yang sama seperti tiub induk berkat proses berkaedah yang mengawal input haba (biasanya 0.5–2.5 kJ/mm), suhu interpass di bawah 150 darjah , pengisi ER2209 untuk logam asas 2205, pembersihan belakang lengai dan penjerukan pasca-yang ketat. Kejayaan disahkan oleh pengukuran ferit (30–70% ferit). Kimpalan-yang dilakukan dengan baik tidak tahan kakisan; bahannya hanya sebaik tangan yang menyambungnya.