Täiesti korrosioonikindla kahepoolse roostevabast terasest toru omadused võivad mõneminutilise kehva keevitamise tõttu rikkuda. Unikaalne kahefaasiline mikrostruktuur, mis annab dupleksile tugevuse ja vastupidavuse, tuleb hoolikalt säilitada iga poes või põllul tehtava vuugi ajal. Õige keevitusprotseduuri valimine ei seisne pelgalt lekete vältimises-, vaid sulami kõvasti saavutatud korrosioonikindluse säilitamises agressiivses kloriidi- ja happekeskkonnas.
Metallurgiline alus: miks dupleks on erinev?
Roostevabad dupleksterased (nt UNS S32205, S31803 – tavaliselt 2205) sisaldavad tasakaalustatud segu umbes50% austeniitja50% ferriit. See kahefaasiline struktuur tagab:
Kõrge mehaaniline tugevus (ligikaudu kaks korda suurem kui 316L).
Suurepärane vastupidavus kloriidi pingekorrosioonipragunemisele (SCC).
Hea punkt- ja pragukorrosioonikindlus, kvantifitseeritud PREN-iga (sunkiresistentsuse ekvivalentarv) 34–36.
Keevitamise ajal materjal sulab ja seejärel kiiresti tahkub. Jahutuskiirus ja termiline ajalugu määravad lõpliku faasitasakaalu keevismetallis ja kuumusest mõjutatud tsoonis (HAZ). Kui protseduur on vale, võib tekkida kaks kahjustavat nähtust:
Liigne ferriidi moodustumine– Aeglane jahtumine või suur soojussisend võimaldab ferriidil domineerida, vähendades sitkust ja korrosioonikindlust.
Intermetalliliste faaside sadestamine– Kõige enamsigma (σ) faas(FeCrMo) jachi (χ) faas, mis tekivad temperatuurivahemikus 600–900 kraadi. Need faasid on kroomi- ja molübdeenirikkad, nii et nende moodustumine jätab ümbritseva maatriksi nende kriitiliste legeerivate elementide poolest tühjaks. Tulemus: tugev rabestumine ja punktkorrosioonikindluse drastiline kaotus.
Vastupidi, ebapiisav soojussisend või väga kiire jahutamine võib tekitada liiga palju austeniiti, mis vähendab tugevust. Seetõttu tuleb austada kitsast töötlemisakent.
Roostevaba terase duplekskeevitusprotseduuri põhiparameetrid
Korralikdupleks roostevabast terasest keevitusprotseduur toru korrosioonennetusstrateegia kontrollib täpselt järgmisi muutujaid.
1. Täiteaine metalli valik
Täitemetall peab vastama või ületama mitteväärismetalli sulamisisaldust, et säilitada korrosioonikindlus ja faaside tasakaal. 2205 dupleksi jaoks on tavaline täiteaineER2209(UNS S39209). Selle koostis on mitteväärismetalliga võrreldes nikli ja lämmastikuga veidi üle legeeritud, mis soodustab austeniidi moodustumist keevisõmbluses. See kompenseerib kiire tahkumise ferriiti soodustavat mõju.
Superdupleksklasside (nt 2507) puhul kasutatakse täitematerjali nagu ER2594. Ärge kunagi kasutage austeniitset täiteainet (nt 308L, 316L) dupleks-väärismetallil; tekkival keevisõmblusel on valed korrosiooniomadused ja see võib praguneda.
2. Soojussisendi juhtimine
Soojussisend on pinge, voolu ja liikumiskiiruse funktsioon. Dupleksroostevaba terase puhul on soovitatav soojussisendi vahemik tavaliselt vahemikus0,5 ja 2,5 kilodžauli millimeetri kohta. Liiga madal soojussisend võib põhjustada mittetäieliku sulamise või liigse ferriidi; liiga suur soojussisend soodustab aeglast jahtumist, mis võimaldab sigmafaasil moodustuda ja ferriidil jämedamaks muutuda.
Tüüpiline 2205 toru GTAW (gaasvolframkaarkeevitus) eesmärk on0,5–1,5 kJ/mm. Pulsspihustusülekandega GMAW (gaas-metallikaarkeevitus) puhul võivad veidi kõrgemad vahemikud (kuni 2,0 kJ/mm) olla vastuvõetavad, kui läbipääsudevahelist temperatuuri kontrollitakse rangelt.
3. Läbipääsu temperatuur
Läbipääsudevahelist temperatuuri (keevituspiirkonna temperatuur enne järgmist läbimist) tuleb hoidaalla 150 kraadi, ja sageli alla 100 kraadi esimestel läbimistel. Kõrge läbipääsutemperatuur akumuleerib soojust, pikendades tõhusalt jahutusaega ja soodustades sigmafaasi sadenemist. Õhukeseseinaliste torude (nt 2–3 mm seinaga) puhul võib piisata loomulikust õhujahutusest käikude vahel. Paksemate lõikude puhul on vajalik sundõhujahutus või isegi pikem ootamine käikude vahel.
4. Varjestus ja seljapuhastus
Kahepoolsed roostevabast terasest keevisõmblused peavad olema kaitstud õhuhapniku eest nii keevisõmbluse esiküljel kui ka juurepoolel. Torude keevitamiseks:
Esmane kaitsegaas– Sageli kasutatakse 1–3% lämmastikusisaldusega argooni. Lämmastik on austeniidi stabilisaator; Väikese protsendi lisamine kaitsegaasile aitab säilitada keevismetallis soovitud faasitasakaalu.
Selja puhastamine– Toru sisemust puhastatakse puhta argooniga (või 2–5% lämmastikuga argooniga), et vältida juurehelme oksüdeerumist. Hapniku saastumine tekitab kroomoksiidi katlakivi, mis põhjustab kroomi ammendumist ja korrosioonikindluse kaotust.
5. Keevitusprotsess ja -tehnika
Duplekstorude puhul eelistatakse impulsskaaretehnikaid (impulss-GTAW või impulss-GMAW), kuna need:
Vähendage soojussisendit, kasutades kõrget tippvoolu, millele järgneb madal taustvool.
Parandage keevisvanni kontrolli ja vähendage õhukeste seinte läbipõlemisohtu.
Looge peenem ja ühtlasem mikrostruktuur.
Käsitsi keevitamiseks kasutatakse pigem stringeri (sirge läbimine ilma kudumiseta) kui laia kudumishelmeid, mis suurendavad soojuse sisendit ja aeglast jahutamist.
Kriitiline etapp: keevitusjärgne puhastamine (peitsimine ja passiveerimine)
Isegi täiusliku soojussisendiga keevisõmblusel on asoojusvärv(oksiidkatla) selle pinnal ja külgneval HAZ-il. See oksiidkiht on kroomivaene, kuna kroom reageerib eelistatavalt hapnikuga, jättes selle all oleva metalli madalama kroomisisaldusega. Selles tühjenenud tsoonis algavad kloriidi kasutamisel kergesti punktide ja pragude korrosioon.
Keevitusjärgne puhastamine ei ole valikuline.Kaks meetodit on tõhusad:
Marineerimine (keemiline eemaldamine)
Marineerimispasta või vann– Lämmastikhappe (HNO₃) ja vesinikfluoriidhappe (HF) segu lahustab soojustooni ja eemaldab kroomivaese kihi. Torude puhul kantakse marineerimispasta keevisõmblusele ja kuumusest mõjutatud alale, jäetakse kindlaksmääratud ajaks (nt 15–60 minutiks) seisma, seejärel loputatakse põhjalikult veega.
Kastmine marineerimine– Väikeste torukomplektide või poolitükkide puhul on kuumutatud peitsivanni kastmine ühtlasem, kuid nõuab spetsiaalseid vahendeid.
Mehaaniline puhastus, millele järgneb passiveerimine
Lihvimine või harjamine– Kuumtooni saab eemaldada peente abrasiivsete patjade või mittemetallist harjadega (nt roostevabast terasest traatharjad, mida kasutatakse ainult dupleksil, mitte kunagi süsinikterasel). Lihvimine peab eemaldama kogu toonitud kihi, jätmata sisse kinnistunud rauaosakesi.
Passiveerimine– Peale mehaanilist puhastamist töödeldakse pinda lämmastik- või sidrunhappe lahusega, et taastada passiivne kroomoksiidkile. See samm on oluline, sest ainuüksi lihvimine võib metalli määrida ja jätta vähem kaitsva pinna.
Hea keevisõmblus on korrosioonile nähtamatu– see tähendab, et pärast nõuetekohast peitsimist peaksid keevisõmblus ja HAZ olema sama välimusega ja sama korrosioonikindlusega kui põhitoru. Kui kuumus jääb alles, on keevisõmblus esimene tõrkepunkt.
Keevisõmbluse kvaliteedi kontrollimine: ferriidi mõõtmine
Kinnitamaks, et keevitusprotseduur on säilitanud õige faasitasakaalu, aferriidi ulatus(magnetinduktsiooni instrument) kasutatakse keevismetalli ja HAZ-i ferriidisisalduse mõõtmiseks. Dupleksroostevaba terase vastuvõetav vahemik on tavaliselt30–70% ferriiti(tasakaalu austeniit). Paljude spetsifikatsioonide eesmärk on 40–60%.
Väärtused alla 30% viitavad liigsele austeniidile, mis vähendab tugevust.
Väärtused üle 70% näitavad liigset ferriidi, mis vähendab tugevust ja võib anda märku sigma faasi olemasolust (sigma on mittemagnetiline, kuid ferriidi protsent langeb sigma moodustumisel; ootamatult madal või ebaühtlane ferriidi näit võib olla vihje).
Kriitiliste rakenduste jaoks amikrostruktuuri uuring(metallograafia) võib läbi viia keevitatud kupongiga, et kontrollida intermetalliliste faaside olemasolu. Sigma faas ilmub ferriiditerade sees plokk- või teravakujulise sademena.
Levinud vead ja kuidas neid vältida
| Viga | Tagajärg | Ennetamine |
|---|---|---|
| Kasutades 308L või 316L täitematerjali | Keevisõmblus on halva korrosioonikindlusega ja võib praguneda | Kasutage alati sobivat duplekstäiteainet (ER2209 jaoks 2205) |
| Liigne soojussisend (üle 2,5 kJ/mm) | Sigma faasi sademed, rabedus, madal PREN | Arvutage soojussisend, kasutage impulsskaarte, piirake sõidukiirust |
| Läbipääsu temperatuur üle 150 kraadi | Kuhjunud soojus soodustab sigmat | Mõõtke termopaariga; lasta käikude vahel jahtuda |
| Toru juure tagasipuhastust ei toimu | Juuretera oksüdeerub, kroomi kahanemine, pragude korrosioon | Puhastage argooni või argooni-lämmastiku seguga |
| Kuumtooni jätmine eemaldamata | Kohalik korrosioon algab keevisõmbluse servast | Marineerida või mehaaniliselt puhastada ja passiveerida |
| Süsinikterasest harjade või lihvketaste kasutamine | Raua saastumine põhjustab galvaanilist korrosiooni | Kasutage spetsiaalseid roostevabast terasest tööriistu, eelistatavalt ainult dupleksi jaoks |
Keevitusprotseduuri spetsifikatsioon (WPS) ja kvalifikatsioon
Igasuguse tööstusliku rakenduse jaoks ametlikKeevitusprotseduuri spetsifikatsioon (WPS)peavad olema välja töötatud ja kvalifitseeritud vastavalt koodile, nagu ASME jaotis IX, AWS D1.6 või ISO 15614. Roostevabast terasest duplekstorude WPS-is peaks olema selgesõnaliselt märgitud:
Mitteväärismetalli klass ja paksusvahemik.
Täitemetalli klassifikatsioon (nt ER2209).
Keevitusprotsess (GTAW, GMAW või SMAW).
Kaitsegaasi koostis ja voolukiirus.
Tagasipuhastusgaas ja meetod.
Elektrilised parameetrid (pinge, vool, liikumiskiirus) koos soojuse sisendvahemikuga.
Läbipääsudevahelise temperatuuri piirang (nt maksimaalselt 150 kraadi).
Eelsoojendusnõuded (tavaliselt puuduvad dupleksi puhul, välja arvatud juhul, kui ümbritseva õhu temperatuur on alla 5 kraadi).
Keevitusjärgne puhastusprotseduur (marineerimispasta, sukeldamine või mehaaniline + passiveerimine).
Ferriidisisalduse aktsepteerimise kriteeriumid (nt 30–70% ferriiti keevismetallis).
Kvalifikatsioonikatse hõlmab mehaanilisi katseid (tõmbe-, paindekatse) ja korrosioonikatseid (nt raudkloriidi punktide moodustumise katse vastavalt ASTM G48-le). Torude keevisõmbluste jaoks ahüdrostaatiline testvõipöörisvoolu kontrollvõib olla ka vajalik.
Põllu keevitamise kaalutlused
Duplekstorude keevitamine kohapeal (nt remondiks või ühendamiseks) on keerulisem kui töökojas keevitamine, kuna keskkonnakontroll on raskem. Erilist tähelepanu tuleb pöörata:
Tuulekaitse– Gaasiläätsede ja -ekraanide kasutamine kaitsegaasi katkemise vältimiseks.
Temperatuuri jälgimine– Infrapunatermomeetrid või kontaktpüromeetrid läbipääsudevahelise temperatuuri kontrollimiseks.
Puhastamine– Suure läbimõõduga torude puhul võib kogu pikkuses läbipuhumine olla ebaotstarbekas; võib kasutada lokaliseeritud puhastustammi (täispuhutavad kummikorgid).
Marineerimine– Saadaval on põllumarineerimispastad; neid tuleb hoolikalt peale kanda ja neutraliseerida, et vältida ümbritsevatele seadmetele voolamist.
Järeldus: materjal on sama hea kui käed, mis sellega ühinevad
Roostevabast terasest duplekstorude jaoks õige keevitusprotseduuri valimine on oluline, et vältida korrosioonikindluse katastroofilist vähenemist. Tasakaalustatud austeniit-ferriidi mikrostruktuur, mis annab dupleksile tugevuse ja vastupidavuse täppide tekkele, võib hävida liigse soojuse sisendi, kõrgete läbipääsutemperatuuride, sobimatud täitemetallide või kroomivaese soojustooni tõttu. Distsiplineeritud protseduur-kontrollitud soojussisend (tavaliselt 0,5–2,5 kJ/mm), läbipääsudevaheline temperatuur alla 150 kraadi, ER2209 täiteaine 2205 mitteväärismetallile, inertne tagasipuhastus ja põhjalik keevitusjärgne peitsimine-tagavad, et keevistsoon säilib sama korrosiooniga kui põhitoru. Kontrollimine ferriidi mõõtmisega (30–70% ferriiti) kinnitab edu. Materjal on täpselt nii hea kui käed, mis sellega ühinevad; hästi teostatud keevisõmblus on korrosioonile nähtamatu.
