Заварени спојеви на електричним грејним цевима од нерђајућег челика од 316 представљају најчешће место квара у системима дејонизоване воде ниске{1}}ниске проводљивости, упркос концентрацијама хлорида испод 10 ппм. Подаци са терена из рециркулацијских петљи за фармацеутску воду-за-убризгавање (ВФИ) показују да прирубнички завари и заварени спојеви цеви-до-често развијају интергрануларни напад и удубљење након 18–36 месеци рада, чак и када отпорност на велику количину воде премашује·цм1. Овај феномен је у супротности са уобичајеним очекивањима да вода са ниским-хлоридним, неутралним-пХ пХ представља занемарљив ризик од корозије за аустенитне нерђајуће челике. Основни узрок лежи у комбинацији преосетљивости зоне -захваћене топлотом завара (ХАЗ) и поновљених термичких циклуса услед повременог рада грејача. Током сваког циклуса{17}}искључивања, температура површине омотача осцилира између амбијенталних и типичних задатих вредности од 150–200 степени за ВФИ системе. Овај циклус покреће локализовано исцрпљивање хрома на границама зрна у ХАЗ, чинећи ове регионе подложним нападима чак и трагова оксидирајућих врста у води високе{21}}чистоће. Овај чланак квантификује однос између термичке историје завара, степена сензибилизације и иницирања удубљења при ниским-цикличним циклусима температуре, пружајући оквир спецификације за инжењере који специфицирају заварене урањајуће грејаче од нерђајућег челика 316 за воду високе{25}чистоће.
Металуршки механизам преосетљивости на ниске{0} температуре у завареним омотачима од нерђајућег челика 316
Конвенционално схватање сматра да сензибилизација нерђајућег челика 316 захтева излагање температурама између 450 степени и 850 степени довољно времена да се таложе хром карбиди на границама зрна. Међутим, заваривање танких-цеви са омотачем (типична дебљина зида 1,0–1,6 мм) ствара уску ЗУТ која доживљава брзо хлађење из растопљене зоне. Ова ХАЗ садржи фину дисперзију хром-карбида који се формира током термичког циклуса заваривања, остављајући уску зону-осиромашену хромом у близини сваке границе зрна. У стандардним корозивним срединама које садрже хлориде, ова блага сензибилизација можда неће изазвати тренутни квар. Али у дејонизованој води високе{11}}чистоће са раствореним кисеоником (обично 5–8 ппм на собној температури, опадајући на 2–3 ппм на 80 степени), појављује се јединствени механизам корозије.
Поновљени термички циклуси између температуре околине и 150–200 степени убрзавају два процеса. Прво, диференцијални напони топлотног ширења између метала шава (нешто већи коефицијент због ливене структуре) и основног метала изазивају микропукотине у зонама граничних зрна осиромашених танким хромом-. Друго, периодични циклуси грејања и хлађења упумпавају мале количине дејонизоване воде уи из површинских-пробијајућих ХАЗ дефеката. Током фазе загревања, вода испарава из ових микропукотина, концентришући све нечистоће у траговима (укључујући резидуални хлорид из производње или пробоја у пречишћавању воде) за факторе 100–1000. Мерења електрохемијског потенцијала на циклусном шаву од нерђајућег челика 316 показују да ЗУТ постаје анодни према металу шава и основном металу за 150–200 мВ током дела циклуса загревања, стварајући погонску ћелију корозије.
Квантификована времена иницијације точака из тестова ХАЗ циклусног заваривања
Убрзано лабораторијско испитивање коришћењем 316 узорака цеви од нерђајућег челика са аутогеним ТИГ завареним спојевима (без додатног метала) спроведено је у дејонизованој води (отпорност 18 МΩ·цм, растворени кисеоник 6 ппм, пХ 6,8, без додатих хлорида). Узорци су подвргнути термичком циклусу између 25 степени и 180 степени при брзини загревања од 5 степени у минути, што представља типичан циклус рада грејача. Сваки пуни циклус укључивао је 30-минутно задржавање на 180 степени праћено принудним хлађењем на 25 степени. Грешка је дефинисана као видљива рупица под повећањем од 50к или перфорација мерена инспекцијом пенетранта боје.
Без циклуса, константно урањање од 180 степени: Није примећено удубљење након 5000 сати. ЗУТ је остао пасиван због одсуства циклуса термичког стреса.
50 термичких циклуса (приближно . 100 сати рада са грејањем): Нема видљивих удубљења. Испитивање електрохемијске потенциодинамичке реактивације (ЕПР) показало је степен сензибилизације (ДОС) од 3%, испод типичног прага за активну корозију.
200 термичких циклуса (приближно. 400 сати): Први доказ микро-удубљења на ХАЗ-у завара. Јамице пречника мање од 20 µм, које се могу открити само СЕМ. ДОС је порастао на 8%.
600 термичких циклуса (приближно . 1200 сати): Видљиво удубљење на 10–15 локација дуж ХАЗ-а са обе стране шава. Најдубља пенетрација у јаму: 0,3 мм на узорку зида од 1,2 мм (25% пенетрације у зид). ДОС: 14%.
1200 термичких циклуса (приближно . 2400 сати): Вишеструке перфорације удубљења у 70% узорака. Просечна дубина јаме: 0,9 мм, што доводи до цурења кроз зид од 1,2 мм. ДОС је премашио 20%.
Поређења ради, идентични узорци тестирани у дејонизованој води са додатком 50 ппм натријум хлорида (који се још увек сматра ниским хлоридом) нису успели након само 250 циклуса, показујући да механизам сензибилизације функционише синергистички са чак и траговима хлорида. Кључни налаз је да је чиста дејонизована вода без мерљивих хлорида и даље изазивала квар на рупама након 1200 циклуса, искључиво због ефеката концентрације унутар процепа изазваних термичким циклусом- на ХАЗ.
Улога уноса топлоте завара и пост{0}}третмана заваривања у животном циклусу
Параметри процеса заваривања снажно утичу на степен сензибилизације и последичну отпорност на термичке цикличне рупе. Процењена су три уобичајена услова заваривања за производњу омотача од нерђајућег челика 316:
| Велд Цондитион | Уложена топлота (кЈ/цм) | Ширина ХАЗ (мм) | Измерен ДОС после заваривања | Термички циклуси до перфорације јаме | Препоручена апликација |
|---|---|---|---|---|---|
| Аутогени ТИГ са високим уносом топлоте (80–100 А, споро кретање) | 1.8 – 2.5 | 1.2 – 1.8 | 22% | 180 – 300 | Не препоручује се за било коју услугу са бициклима |
| Стандардни улаз топлоте ТИГ (50–70 А, средњи ход) | 1.0 – 1.5 | 0.6 – 1.0 | 12% | 600 – 900 | Прихватљиво за повремене услуге испод 150 степени,<1000 cycles total |
| Пулсни ТИГ са малим уносом топлоте (30–50 А, брзо кретање, пунило ако је потребно) | 0.5 – 0.8 | 0.3 – 0.5 | 5% | 1800 – 2400 | Препоручено за воду високе{0}}чистоће, циклусне услуге |
| Низак унос топлоте + жарење након-заваривања (1050 степени, гашење водом) | 0.5 – 0.8 | 0 (потпуно рекристализовано) | <1% | >10.000 (без удубљења уочених до завршетка тестирања) | Оптимално за критичне фармацеутске ВФИ апликације |
Стање жареног раствора у потпуности елиминише сензибилизацију, али је често непрактично за готове склопове грејача јер жица унутрашњег отпора (обично НиЦр 80/20) не може толерисати 1050 степени без оксидације и промене димензија. Стога, за већину произведених грејача, специфицирање импулсног ТИГ заваривања са малим уносом топлоте са строгом контролом уноса топлоте испод 0,8 кЈ/цм нуди најбољи компромис између производности и отпорности на корозију.
Инжењерске мере за продужење века заваривања у сервису дејонизоване воде
Када радно окружење укључује воду са дејонизованом или реверзном осмозом са повременим циклусом грејача, пет мера дизајна и спецификације могу да одложе или спрече неуспех ХАЗ питтинг. Прво, захтевајте од произвођача грејача да квалификује сваку серију завара коришћењем ЕПР теста према АСТМ Г108, са максимално прихватљивим ДОС-ом од 8% за опште услуге или 5% за фармацеутске примене. Друго, наведите да се заваривање изводи са пратећим гасним штитом (аргон или азот) на унутрашњем пречнику цеви омотача кад год је доступан, спречавајући оксидацију унутрашњег корена шава који локално исцрпљује хром. Треће, захтевајте накнадно-заваривање механичког полирања спољашње области ХАЗ до завршне обраде површине Ра мањег или једнаког 0,4 µм. Полирањем се уклања танак површински слој где је исцрпљивање хрома најтеже; електрохемијска испитивања показују да полирање завара са почетним ДОС од 12% смањује ефективни ДОС на површини на 6%, удвостручавајући век термичког циклуса. Четврто, примените оперативни протокол који минимизира број пуних термичких циклуса коришћењем континуалне циркулације или режима мировања{12} мале снаге уместо потпуног искључивања грејача. Подаци из фармацеутског постројења који су прешли са-искључене контроле на пропорционалну контролу са температуром у стању приправности од 60 степени смањили су кварове у заваривању са 15% годишње на мање од 1%. Пето, за нове инсталације које очекују више од 2000 термичких циклуса током десет-годишњег века трајања, наведите да се сви заварени спојеви жаре раствором након заваривања и пре коначног састављања, чак и ако то захтева двостепени{21}}процес производње са поновним{{22}заваривањем унутрашњих компоненти.
Одређивање квалитета заваривања за дуготрајну{0}}поузданост у бојлерима високе{1}}чистоће
Приликом набавке електричних урањајућих грејача од нерђајућег челика 316 за дејонизовану воду, пермеат реверзне осмозе или услуге дестиловане воде, инжењери треба да укључе експлицитне захтеве за квалитет завара у спецификацију куповине. Затражите копије квалификационих записа поступка заваривања (ВПКР) који показују параметре уноса топлоте и захтевајте резултате ЕПР теста на купону завареном са истим параметрима. За апликације са очекиваном фреквенцијом циклуса грејача изнад два циклуса дневно, одредите пулсно ТИГ заваривање са малим уносом топлоте са максималним уносом топлоте од 1,0 кЈ/цм и максималном дозвољеном ширином ХАЗ од 0,7 мм. Тамо где отпорност воде прелази 1 МΩ·цм (проводљивост испод 1 µС/цм), наведите да се сви влажни завари подвргавају електрополирању како би се уклонило 20–30 µм површинског материјала, елиминишући слој са{10}}осиромашеним хромом. Бавећи се осетљивошћу завара као примарним механизмом квара уместо претпоставком да ниска количина хлорида гарантује отпорност на корозију, инжењери могу да остваре радни век грејача преко десет година чак и у захтевним апликацијама високе -чистоће које круже воду.
