Cum să selectați procedura de sudare corectă pentru tuburile duplex din oțel inoxidabil pentru a evita pierderea rezistenței la coroziune?

Câteva minute de sudare defectuoasă pot distruge complet calitățile rezistente la coroziune{0}}un tub duplex din oțel inoxidabil. Fiecare îmbinare produsă în atelier sau pe teren trebuie să păstreze cu atenție microstructura distinctă în două-faze care conferă duplexului rezistența și rezistența. Menținerea rezistenței la coroziune a aliajului în condiții dure de clorură și acid este mai importantă decât prevenirea scurgerilor.

Fundația metalurgică: ce face duplexul unic
Un amestec echilibrat de aproximativ 50% austenită și 50% ferită se găsește în oțelurile inoxidabile duplex (cum ar fi UNS S32205, S31803 sau 2205). Această structură în două-faze oferă:

Rezistență mecanică ridicată (aproximativ de două ori 316L).

Rezistență remarcabilă la fisurarea prin coroziune cauzată de clorură (SCC).

Un PREN (număr echivalent al rezistenței la pitting) de 34–36 indică o rezistență bună la coroziune cu pitting și crevase.

Materialul se topește și se solidifică rapid în timpul procesului de sudare. Echilibrul final de fază în metalul de sudură și zona afectată de căldură (HAZ) este determinat de viteza de răcire și istoricul termic. Două lucruri dăunătoare s-ar putea întâmpla dacă procesul este efectuat incorect:

Supraproducție de ferită: Când ferita predomină din cauza răcirii lente sau a aportului ridicat de căldură, duritatea și rezistența la coroziune sunt diminuate.

Precipitarea în fază intermetală, în special faza sigma (σ) (FeCrMo) și faza chi (χ), care se dezvoltă între 600 și 900 de grade. Dezvoltarea acestor faze epuizează matricea înconjurătoare a acestor elemente de aliere esențiale, deoarece acestea sunt bogate în crom și molibden. Fragilarea severă și o scădere bruscă a rezistenței la coroziune prin pitting sunt rezultatele.

Pe de altă parte, prea multă austenită poate fi produsă prin aport insuficient de căldură sau răcire extrem de rapidă, ceea ce ar scădea rezistența. Ca rezultat, trebuie respectată o fereastră limitată de procesare.

Elemente cruciale ale unui proces de sudare duplex din oțel inoxidabil
Următorii factori sunt controlați cu precizie printr-o tehnică adecvată de prevenire a coroziunii tuburilor cu metoda de sudare duplex din oțel inoxidabil.

1. Selectarea metalului de umplutură
Pentru a păstra echilibrul de fază și rezistența la coroziune, conținutul de aliaj al metalului de umplutură trebuie să fie egal sau să depășească cel al metalului de bază. Umplutura standard pentru 2205 duplex este ER2209 (UNS S39209). Producția de austenită în depozitul de sudură este încurajată de compoziția sa, care este oarecum supra-aliată în nichel și azot față de metalul de bază. Acest lucru compensează efectul-favorizant al feritei al solidificării rapide.

Metalul de umplutură precum ER2594 este utilizat pentru tipurile super duplex (cum ar fi 2507). Pe metalul de bază duplex, nu utilizați niciodată un material de umplutură austenitic (cum ar fi 308L sau 316L); sudura rezultată va avea caracteristicile de coroziune incorecte și se poate fisura.

2. Controlul aportului de căldură
Viteza de deplasare, tensiunea și curentul afectează toate aportul de căldură. Intervalul de aport de căldură sugerat pentru oțelurile inoxidabile duplex este de obicei între 0,5 și 2,5 kilojuli pe milimetru. Un aport de căldură prea mare încurajează răcirea lentă, ceea ce permite formarea fazei sigma și îngroșarea feritei; un aport de căldură prea mic riscă fuziunea incompletă sau ferită excesivă.

Sudarea cu arc de tungsten cu gaz (GTAW) a tuburilor 2205 vizează de obicei 0,5–1,5 kJ/mm. Dacă temperatura între treceri este reglată îndeaproape, intervale ceva mai mari (până la 2,0 kJ/mm) ar putea fi acceptabile pentru sudarea cu arc metalic cu gaz (GMAW) cu transfer pulverizat prin pulverizare.

3. Interpass de temperatură
Este necesar să se mențină temperatura între treceri-temperatura zonei de sudură înainte de trecerea ulterioară-sub 150 de grade și, frecvent, sub 100 de grade în timpul trecerilor inițiale. Căldura este acumulată de temperaturile interpass ridicate, ceea ce prelungește perioada de răcire și încurajează precipitarea în fază sigma. Răcirea naturală cu aer între treceri ar putea fi adecvată pentru tuburile cu pereți subțiri (de exemplu, 2–3 mm). Răcirea forțată cu aer sau chiar timpii de așteptare mai mari între treceri sunt necesare pentru porțiuni mai groase.

4. Purjare din spate și ecranare
Atât fața de sudură, cât și partea rădăcină a sudurilor din oțel inoxidabil duplex trebuie să fie protejate de oxigenul ambiental. Referitor la sudarea tuburilor:

Argonul cu 1-3% azot este un gaz de protecție primar comun. O cantitate mică de azot, un stabilizator de austenită, adăugată la gazul de protecție ajută la păstrarea echilibrului de fază dorit în metalul de sudură.

Purificarea din spate: Pentru a opri oxidarea rădăcinii, argonul pur (sau argonul cu 2–5% azot) este purjat din interiorul tubului. Solzii de oxid de crom, care sunt produse de poluarea cu oxigen, duc la epuizarea cromului și la o reducere a rezistenței la coroziune.

5. Metoda și procedura de sudare
Pentru tuburile duplex, metodele cu arc pulsat (GTAW pulsat sau GMAW pulsat) sunt utilizate deoarece

Utilizați un curent de vârf ridicat, urmat de un curent de fond scăzut pentru a reduce aportul de căldură.

Îmbunătățiți gestionarea bazinului de sudură și reduceți șansa de ardere-pe pereții îngusti.

Creați o microstructură mai consistentă și mai fină.

În loc să se folosească margele de țesătură largi, care măresc aportul de căldură și răcirea lentă, margelele de stringer (trecere dreaptă fără țesere) sunt utilizate pentru sudarea manuală.

Curăţarea post-sudură (decaparea şi pasivarea) este pasul crucial
Nuanța de căldură (scara de oxid) va apărea pe suprafața sudurii și a HAZ din jur chiar dacă aportul de căldură este ideal. Deoarece cromul interacționează în mod preferențial cu oxigenul, lăsând metalul de bază cu mai puțin crom, acest strat de oxid este sărăcit de crom-. Coroziunea grozavă și crevată în serviciul cu clorură sunt ușor inițiate în această zonă deficitară.

Este necesară curățarea după sudare. Există două metode eficiente:

Îndepărtarea chimică (decaparea)
Pastă sau baie de decapare: nuanța de căldură este dizolvată și stratul-sărat de crom este îndepărtat folosind o soluție de acid azotic (HNO₃) și acid fluorhidric (HF). Pasta de decapare este aplicată pe sudură și pe zona-afectată de căldură a tuburilor, lăsată pentru o perioadă de timp predeterminată (cum ar fi 15 până la 60 de minute) și apoi clătită complet cu apă.

Decaparea prin imersie: Deși necesită echipamente specifice, scufundarea ansamblurilor de tuburi mici sau a pieselor de bobină într-o baie de decapare încălzită este mai uniformă.

Pasivare după curățarea mecanică
Slefuire sau periere: tampoane abrazive fine sau perii ne-metalice (cum ar fi periile din sârmă din oțel inoxidabil, care sunt utilizate numai pe duplex și niciodată pe oțel carbon) pot fi folosite pentru a îndepărta nuanța de căldură. Fără a lăsa particule de fier încorporate, întregul strat colorat trebuie îndepărtat prin măcinare.

Pasivare: Pentru a restabili stratul pasiv de oxid de crom, se aplică o soluție de acid azotic sau citric pe suprafață după curățarea mecanică. Slefuirea de la sine poate murda metalul și poate produce o suprafață mai puțin protectoare, prin urmare acest pas este crucial.

După decaparea corespunzătoare, sudura și HAZ ar trebui să aibă același aspect și rezistență la coroziune ca și tubul de bază, deoarece o sudură bună este impermeabilă la coroziune. Sudura va fi primul punct de defecțiune dacă nuanța termică persistă.

Măsurarea feritei pentru verificarea calității sudurii
O lunetă de ferită, un dispozitiv de inducție magnetică, este utilizată pentru a măsura conținutul de ferită al metalului de sudură și al HAZ pentru a verifica dacă procesul de sudare a menținut echilibrul de fază adecvat. Pentru oțelurile inoxidabile duplex, un conținut de ferită de 30–70% (echilibrare austenită) este adesea acceptabil. Multe specificații vizează 40-60%.

Rezistența este redusă de austenita excesivă, care este indicată de valori sub 30%.

Ferită excesivă este indicată de valori de peste 70%, ceea ce reduce duritatea și poate sugera existența fazei sigma (sigma este ne-magnetică, dar procentul de ferită scade pe măsură ce apare sigma; o citire a ferită neobișnuit de scăzută sau inconsecventă poate fi un indiciu).

În aplicații critice, un cupon sudat poate fi supus unei analize microstructurale (metalografie) pentru a detecta fazele intermetalice. În cadrul granulelor de ferită, faza sigma se manifestă ca un precipitat acicular sau blocat.

Erorile tipice și cum să le preveniți
Prevenirea consecințelor greșelilor
Utilizarea unui metal de umplutură de 308L sau 316LWeld este susceptibilă la fisurare și are o rezistență slabă la coroziune. Folosiți întotdeauna material de umplutură duplex corespunzător (ER2209 pentru 2205).
Supraîncălzire (peste 2,5 kJ/mm) PREN scăzut, fragilizare și precipitații în faza sigma Determinați aportul de căldură, utilizați un arc pulsat și setați o restricție de viteză.
Interpass de temperatură peste 150 de grade Acumularea de căldură încurajează sigma Utilizați un termocuplu pentru a măsura; se lasa sa se raceasca intre treceri.
Fără purjare din spate a rădăcinii tubului Epuizarea cromului, oxidarea rădăcinii și coroziunea în crăpături Folosiți argon sau o combinație de argon-azot pentru purjare
Lăsând nuanța de căldură pe loc.La marginea sudării, începe coroziunea localizată.Decaparea sau pasivarea utilizând o mașină.
Folosind roți de șlefuit sau perii din oțel carbon Coroziunea galvanică este cauzată de poluarea cu fier. Utilizați unelte specializate din oțel inoxidabil, ideal doar pentru duplex.
Specificația procedurii de calificare și sudare (WPS)
O specificație formală a procedurii de sudare (WPS) trebuie creată și calificată în conformitate cu un cod precum ASME Secțiunea IX, AWS D1.6 sau ISO 15614 pentru orice aplicație industrială. Următoarele trebuie menționate clar în WPS pentru tuburile duplex din oțel inoxidabil:

intervalul de grosime și gradul metalului de bază.

Clasificarea metalului de umplutură (de exemplu, ER2209).

Tehnici de sudare GTAW, GMAW sau SMAW.

compoziţia şi debitul gazelor de protecţie.

gaz și tehnică de purjare inversă.

Intervalul de intrare de căldură și parametrii electrici (tensiune, curent și viteza de deplasare).

depășește limita de temperatură, cum ar fi un maxim de 150 de grade.

Preîncălzirea nu este de obicei necesară pentru duplex, cu excepția cazului în care temperatura ambientală este sub 5 grade.

Pasta de decapare, imersie sau mecanică + pasivare sunt metode de curățare post-sudură.

Standarde de acceptare a conținutului de ferită (de exemplu, 30–70% ferită în metalul de sudură).

Testele de tracțiune și îndoire, precum și testele de coroziune (cum ar fi testul de pitting clorură ferică conform ASTM G48) sunt exemple de testare de calificare. O inspecție cu curenți turbionari sau un test hidrostatic poate fi, de asemenea, necesară pentru sudurile tuburilor.

Considerații pentru sudarea pe câmp
Deoarece controlul mediului este mai dificil, sudarea tuburilor duplex pe teren (de exemplu, pentru legături sau reparații) este mai dificilă decât sudarea în atelier. Trebuie acordată o atenție deosebită:

Utilizarea lentilelor de gaz și a ecranelor pentru a opri întreruperea gazului de protecție este cunoscută sub numele de protecție împotriva vânturilor.

Monitorizarea temperaturii: utilizați pirometre de contact sau termometre cu infraroșu pentru a măsura temperatura între treceri.

Purjare: este posibil să nu fie fezabilă să goliți toată lungimea tuburilor cu diametru mare-; în schimb, poate fi utilizat un baraj de purjare limitat din dopuri de cauciuc gonflabile.

Decaparea: Pentru a preveni scurgerea pe echipamentele din apropiere, pastele de decapare pe câmp trebuie aplicate și neutralizate cu grijă.

In concluzie, calitatea materialului depinde de mainile care lucreaza pe el.
Pentru tuburile duplex din oțel inoxidabil, alegerea tehnicii de sudare potrivite este crucială pentru a preveni o pierdere dezastruoasă a rezistenței la coroziune. Aportul excesiv de căldură, temperaturile ridicate între treceri, metalele de adaos nepotrivite sau prezența unei nuanțe de căldură epuizate de crom-toate pot submina microstructura echilibrată de ferită austenită-care îi conferă duplexului rezistența și rezistența la sâmburi. Zona de sudură menține aceleași performanțe la coroziune ca și tubul de bază datorită unui proces metodic care controlează intrarea de căldură (de obicei 0,5–2,5 kJ/mm), temperatura interpass sub 150 de grade, umplutură ER2209 pentru metalul de bază 2205, purjare inertă și decapare riguroasă post{9}sudare. Succesul este confirmat de măsurarea feritei (30–70% ferită). O sudură-bine realizată este impermeabilă la coroziune; materialul este la fel de bun ca și mâinile care îl unesc.