Ciclul repetat de pornire-oprire a încălzitoarelor cu imersie cu manta din oțel inoxidabil 316 în apă deionizată neutră generează căldură de sudare-Zona afectată de sensibilizare și pitting sub 200 de grade?
Lăsaţi un mesaj
Tuburile electrice de încălzire din oțel inoxidabil 316 sunt cel mai frecvent loc de defecțiune în sistemele de apă deionizată cu conductivitate joasă-, chiar și cu concentrații de clorură sub 10 ppm. Datele de service pe teren privind buclele de recirculare a apei farmaceutice-pentru-injectabile (WFI) demonstrează că sudurile cu flanșă și sudurile din tub-la{-capătele de capăt sunt adesea supuse atacului intergranular și picking după 18-36 de luni de funcționare, în ciuda faptului că rezistivitatea apei în vrac este mai mare decât Mcm. Acest comportament este contrar prezumției obișnuite conform căreia apa cu pH neutru, cu clorură scăzută-nu este semnificativ corozivă pentru oțelurile inoxidabile austenitice. Cauza principală este o combinație de sensibilizarea-zonei afectate de căldură de sudare (HAZ) și cicluri termice repetitive din utilizarea intermitentă a încălzitorului. Temperatura suprafeței învelișului variază între valorile de referință ambientale și nominale de 150 – 200 de grade pentru sistemele WFI cu fiecare ciclu pornit-oprit. Acest ciclu are ca rezultat o epuizare localizată a cromului la granițele granulelor din ZAZ, făcând astfel aceste regiuni susceptibile de a fi atacate chiar și de molecule oxidante în urme prezente în apa de înaltă puritate. Acest articol cuantifică relația dintre istoria termică a sudurii, gradul de sensibilizare și inițierea pitting-ului în ciclul de temperatură joasă pentru a oferi un cadru de specificații pentru inginerii care specifică încălzitoare de imersie sudate din oțel inoxidabil 316 pentru serviciul de apă de înaltă puritate.
Reformulați propoziția
Reveniți la propoziția inițială
Copiați propoziția
Sinonime
istorie,
trecutul,
vârstele,
vremuri trecute,
anii,
timp,
evenimente trecute,
evenimente istorice,
trecut,
perioadele trecute,
istoria în ansamblu
cursul istoriei,
istoriografie,
secolele trecute,
trecutul nostru,
varste,
secolele,
trecutul lor,
moștenire,
fundal,
context istoric,
evenimente trecute
cursul timpului,
vremuri trecute,
istorie, și
evenimente istorice
istoria trecuta,
istoria sa,
cursul istoriei,
istoria de asemenea,
tradiţie,
Mecanism metalurgic de sensibilizare la temperatură joasă a tecilor sudate din oțel inoxidabil 316
Se înțelege că sensibilizarea oțelului inoxidabil 316 are loc atunci când este expus la temperaturi între 450 de grade și 850 de grade pentru o perioadă suficient de lungă pentru a provoca precipitarea carburilor de crom la limitele granulelor. Cu toate acestea, sudarea tubului înveliș cu perete subțire (grosimea medie a peretelui 1,0-1,6 mm) produce un HAZ mic care se răcește rapid din zona topită. Acest HAZ are o dispersie fină de carburi de crom formate în timpul ciclului termic de sudare, lăsând o mică zonă sărăcită de crom lângă fiecare graniță. Într-un mediu tipic de clorură coroziv, această sensibilizare la lumină poate să nu inducă o defecțiune instantanee. Cu toate acestea, un mecanism de coroziune diferit se dezvoltă în apa deionizată de înaltă puritate care conține oxigen dizolvat (de obicei 5-8 ppm la temperatura ambiantă, reducând la 2-3 ppm la 80 de grade).
Ciclurile termice repetate între temperatura camerei și 150-200 de grade C accelerează două lucruri. Presiunile diferențiale de dilatare termică dintre metalul de sudură (cu un coeficient puțin mai mare din cauza structurii turnate) și metalul de bază produc mai întâi microfisurarea zonelor de graniță subțiri sărăcite de crom. În al doilea rând, pompele ciclice de încălzire și răcire cantități mici de apă deionizată în și din defectele HAZ de rupere la suprafață. La încălzire, apa se evaporă din aceste microcrăpături, concentrând orice urmă de poluanți (cum ar fi clorura rămasă din procesele de fabricație sau de tratare a apei) cu factori de 100-1000. Măsurătorile de potențial electrochimic pe o sudură ciclată din oțel inoxidabil 316 indică faptul că HAZ devine anodic pentru metalul sudat și metalul de bază cu 150-200 mV în timpul etapei de încălzire a ciclului, stabilind o celulă de coroziune condusă.
Cuantificarea timpilor de inițiere a pitting-ului în testele HAZ de sudare
Sudurile autogene TIG (fără metal de adaos) au fost testate în apă de-ionizată (rezistivitate 18 MΩ cm, oxigen dizolvat 6 ppm, pH 6,8, fără cloruri suplimentare) folosind 316 probe de tub din oțel inoxidabil în condiții accelerate de laborator. Probele au fost ciclate termic de la 25 de grade la 180 de grade la o rată de încălzire de 5 grade/min, ceea ce este tipic unui ciclu de funcționare al încălzitorului. Fiecare ciclu complet a constat în menținerea la 180 de grade timp de 30 de minute, urmată de răcirea forțată cu aer la 25 de grade. Eșecul a fost definit ca pitting evident sub o mărire de 50x sau perforație determinată prin inspecția cu colorant penetrant.
Fără ciclism, imersie continuă la 180 de grade: fără pitting după 5000 de ore. Niciun ciclu de stres termic nu a dus la ca HAZ să rămână inactiv.
50 de cicluri la cald (~ 100 ore de functionare incalzita). Fără pitting aparent. Testele de reactivare potențiodinamică electrochimică (EPR) au arătat un grad de sensibilizare (DOS) de 3%, care este sub limita obișnuită pentru coroziune activă.
200 de cicluri termice (aproximativ. 400 ore): semne inițiale de micro-pitting la HAZ de sudură. Gropile < 20 µm în diametru sunt observabile numai prin SEM. DOS a urcat la 8%.
600 de cicluri termice (aproximativ . 1200 ore) Pitting vizibil la 10-15 locuri de-a lungul HAZ pe ambele părți ale cordonului de sudură. Adâncimea de penetrare în cea mai adâncă groapă: 0,3 mm pe o probă de perete de 1,2 mm (25% penetrare în perete). DOS: 14 la sută.
70% probe Perforări multiple ale gropii 1200 cicluri termice (~2400 ore) Adâncimea medie a gropii: 0,9 mm, Scurgere prin peretele de 1,2 mm. DOS > 20%
În comparație, aceleași probe expuse la apă de-ionizată cu 50 ppm suplimentară de clorură de sodiu (denumită încă clorură scăzută) au eșuat după numai 250 de cicluri, arătând că mecanismul de sensibilizare este sinergic chiar și cu urmele de cloruri. Rezultatul cheie este că chiar și apa deionizată pură, fără cloruri detectabile, a indus defecțiunea de pitting după 1200 de cicluri, doar datorită efectelor concentrației în interiorul crăpăturilor induse de ciclul termic-în ZAZ.
Efectul aportului de căldură prin sudură și al tratamentului post sudare asupra ciclului de viață
Parametrii de proces ai sudării determină substanțial gradul de sensibilizare și rezistența la pitting în ciclul termic. Au fost testate trei condiții tipice de sudură pentru fabricarea mantalelor din oțel inoxidabil 316:
Condiție de sudare Aport de căldură (kJ/cm) HAZ Lățimea (mm) Măsurată DOS după sudare Cicluri termice până la perforareAplicație recomandată
TIG autogen cu aport mare de căldură (80-100 A, cursă lentă) 1.8 - 2.5 1.2 - 1.8 22% 180 - 300Nerecomandat pentru nicio sarcină de ciclism
Furnizare normală de căldură TIG (50 - 70 A, mișcare medie) 1.0 - 1.5 0.6 - 1.0 12% 600 - 900 Serviciu intermitent sub 150 grade C,<1000 cycles total
TIG pulsat, aport de căldură scăzut (30-50 A, cursă rapidă, umplere dacă este necesar) 0,5 – 0.8 0.3 – 0.5 5% 1800 – 2400 Recomandat pentru apă de înaltă puritate, service ciclat
Aport scăzut de căldură + recoacere după soluție de sudare (1050 grade, stingere cu apă) 0,5 – 0.8 0 (complet recristalizat)<1% >10.000 (fără pitting văzut la terminarea testului) Optim pentru aplicații WFI farmaceutice critice
Condiția de recoacere a soluției elimină complet sensibilizarea, dar adesea nu este viabilă pentru ansamblurile de încălzire finite, deoarece firul de rezistență internă (adesea NiCr 80/20) nu poate rezista la 1050 de grade fără oxidare și deformare dimensională. Prin urmare, în majoritatea încălzitoarelor fabricate, cel mai bun compromis între fabricabilitate și rezistența la coroziune este sudarea TIG în impulsuri cu aport scăzut de căldură cu control strict al aportului de căldură sub 0,8 kJ/cm.
Soluții de inginerie pentru extinderea duratei de viață la sudare în serviciul de ciclism cu apă deionizată
Cinci metode de proiectare și specificații pot preveni sau întârzia defecțiunea pitting HAZ atunci când mediul de operare conține apă deionizată sau osmoză inversă cu cicluri intermitente ale încălzitorului. Fiecare lot de suduri trebuie să fie calificat prin testul EPR conform ASTM G108 de către producătorul încălzitorului, cu un DOS maxim permis de 8% pentru service general sau 5% pentru aplicații farmaceutice. 2. Necesită sudarea cu un ecran de gaz (argon sau azot) pe diametrul interior al tubului de manta, acolo unde este accesibil. Acest lucru previne oxidarea rădăcinii interioare de sudură care epuizează local cromul. În al treilea rând, prescrieți o lustruire mecanică post-sudare a regiunii HAZ exterioare la o finisare a suprafeței de Ra < 0,4 µm. Lustruirea îndepărtează stratul subțire de suprafață unde epuizarea cromului este cea mai gravă. Testele electrochimice dezvăluie că lustruirea unei suduri cu un DOS inițial de 12% reduce DOS efectiv la suprafață la 6%, dublând durata de viață a ciclului termic. În al patrulea rând, dezvoltați o rutină operațională pentru a reduce numărul de cicluri termice. Aceasta ar trebui să includă circulația continuă sau modul de așteptare-putere redusă-, mai degrabă decât oprirea completă-a încălzitorului. O unitate farmaceutică a trecut de la controlul pornit{19}}oprit la controlul proporțional cu o temperatură de așteptare de 60 de grade, iar erorile de sudură au scăzut de la 15% pe an la sub 1%. În al cincilea rând, solicitați recoacerea prin soluție a tuturor îmbinărilor sudate după sudare și înainte de asamblarea finală pentru instalațiile noi care se estimează că vor experimenta mai mult de 2000 de cicluri de temperatură pe o durată de viață de zece-ani, chiar dacă este necesară o procedură de fabricație în două-etape cu re-sudarea componentelor interioare.
Specificații de calitate a sudării pentru fiabilitatea pe termen lung a încălzitoarelor de apă de înaltă puritate
Când specifică încălzitoare electrice cu imersie din oțel inoxidabil 316 pentru apă deionizată, permeat cu osmoză inversă sau apă distilată, inginerii ar trebui să specifice standardele de calitate a sudurii în specificația de cumpărare. Vă rugăm să furnizați copii ale înregistrărilor de calificare a procedurii de sudare (WPQR) care includ parametrii de intrare de căldură și să indicați rezultatele testului EPR pe un cupon sudat cu aceleași setări. Pentru situațiile în care frecvența de ciclu proiectată a încălzitorului este mai mare de două cicluri pe zi, este necesară sudarea TIG în impulsuri cu aport scăzut de căldură cu un aport maxim de căldură de 1,0 kJ/cm și o lățime HAZ maximă de 0,7 mm. În zonele în care rezistivitatea apei este mai mare de 1 MΩ.cm (conductivitate mai mică de 1 µS/cm), specificați ca toate sudurile umede să fie electrolustruite pentru a îndepărta 20-30 µm de material de suprafață. Acest lucru va elimina cel mai mult strat sărăcit de crom. Tratând sensibilizarea sudurii ca un mecanism major de defectare, în loc să presupunem că clorura scăzută asigură rezistența la coroziune, inginerii pot obține durate de viață a încălzitorului de peste zece ani în aplicații dificile ale ciclului de apă de înaltă puritate.
