کیفیت درز جوش لوله گرمایش تیتانیومی چگونه بر مقاومت آن در برابر ترک خوردگی تنشی در محیط های کلرید داغ تأثیر می گذارد؟

تیتانیوم به ترک خوردگی تنشی (SCC) در یکی از معدود شرایط، محیط کلرید داغ حساس است. محیط کلرید داغ معمولاً بالای 60 درجه و با محتوای کلرید بیش از 1000 ppm تعریف می شود. SCC به سرعت از طریق دیواره لوله پخش می شود، با نشانه بصری کمی، بر خلاف خوردگی حفره ای یا عمومی. درز جوش یک لوله حرارتی تیتانیومی محتمل ترین محل برای شروع SCC است. تنش های کششی پسماند وارد شده توسط فرآیند جوشکاری، و تغییرات ریزساختاری در ناحیه تحت تاثیر حرارت (HAZ)، به طور قابل توجهی تنش آستانه ماده برای ترک خوردگی را تغییر می دهد. برای انتخاب بخاری ها برای سرویس کلرید داغ، درک تأثیر برخی از ویژگی های کیفیت درز جوش، مانند رنگ، نفوذ، سطح اکسیداسیون و عملیات پس از جوش{8} بر مقاومت SCC مهم است.

مکانیسم های راه اندازی SCC متالورژی در جوش های تیتانیوم

جوشکاری تیتانیوم در هوا یک توالی مشخص از رنگ ها را ایجاد می کند که نشان دهنده آلودگی سطح است. رنگ نقره ای یا کاهی کم رنگ به معنای اکسیداسیون کمتر و محافظت کافی است. رنگ های آبی، بنفش یا خاکستری نشان دهنده جذب بیش از حد اکسیژن است که منجر به ایجاد یک لایه آلفا{2}}شکننده می شود. این لایه غنی‌شده با اکسیژن سخت‌تر است، اما به طور قابل‌توجهی سخت‌تر است و به طور بحرانی، تنش آستانه کمتری برای تشکیل SCC در کلریدها دارد. چرخه حرارتی سریع در داخل HAZ باعث ایجاد آلفا{6}}مارتنزیت اولیه سوزنی در گریدهای خالص تجاری می شود که بیشتر از فلز پایه هم محور مستعد جذب هیدروژن است. نیروی محرکه مکانیکی اغلب تنش‌های کششی باقیمانده در نوک جوش است که از درجه مقاومت تسلیم (240{11}}340 مگاپاسکال برای درجه 2) است. جذب یون‌های کلرید روی سطح اکسید شده زمانی اتفاق می‌افتد که محلول‌های کلرید داغ با ناحیه جوش تماس پیدا می‌کنند و به دلیل تمرکز تنش در موج‌های جوش یا زیر برش‌ها، ریزترک‌ها ایجاد می‌شوند. سپس این ترک ها به صورت فرا دانه ای از طریق HAZ در طول مسیر حداکثر تنش پسماند منتشر می شوند.

پارامترهای کمی کیفیت جوش و آستانه آنها برای SCC

آزمایش‌های آزمایشگاهی کنترل‌شده با استفاده از نمونه‌های کشش فشرده قبل از{0} ترک خورده در کلرید منیزیم در حال جوش (155 درجه، 42٪ MgCl2) روابط کمی را نشان داده است:

سطح اکسیداسیون جوش: جوش های نقره/کاه دارای شدت تنش آستانه ای K ISCC حدود 55 MPa√m هستند. جوش های آبی K_ISCC کمتری بین 30-35 MPa√m نشان می دهند. برای جوش های خاکستری یا سفید (اکسیداسیون شدید)، K_ISCC کمتر از 15 MPa√m است و ترک ها در بارهای اعمال شده کم به سرعت رشد می کنند.

ارتفاع آرماتور جوش (نفوذ بیش از حد): هر 0.5 میلی متر آرماتور بالای قطر بیرونی لوله، ضریب تمرکز تنش موضعی را دو برابر می کند. برای جوش هایی با آرماتور کمتر از 0.2 میلی متر زمان شروع SCC بیشتر از 2000 ساعت است. تقویت بیش از 1.0 میلی متر زمان شروع را به زیر 200 ساعت کاهش می دهد.

عمق زیر برش جوش: زیر برش 0.1 میلی متری سطح مقطع محلی را حدود 5% کاهش می دهد اما تنش موضعی را 15 تا 20% افزایش می دهد. سرویس کلرید داغ: زیر برش بیشتر از 0.3 میلی متر قابل قبول نیست.

عملیات حرارتی پس از جوش (PWHT): کاهش تنش در دمای 540-650 درجه به مدت 30 دقیقه، کرنش های باقیمانده در جوش را 60-75٪ کاهش می دهد و زمان شروع SCC را به میزان 5-10 افزایش می دهد.

کاربرد بر اساس راهنمای انتخاب کیفیت جوش

جدول زیر یک چارچوب انتخابی برای ایجاد کیفیت جوش هیتر تیتانیوم در رابطه با شدت خدمات کلرید و استانداردهای ایمنی ارائه می دهد.

شرایط سرویس کلرید داغ و اولویت قابلیت اطمینان مورد نیاز کیفیت جوش. دلیل اصلی و اصلاح ریسک SCC
کلریدها 1000-5000 ppm 60-80 درجه محلول تمیز عملیات غیر چرخه‌ای رنگ نی نقره‌ای، تقویت‌کننده کمتر یا مساوی 0.3 میلی‌متر، بدون بریدگی قابل مشاهده شرایط متوسط ​​برای جوش‌های GTAW خودزای استاندارد قابل قبول است. بازرسی بصری تا پذیرش کلاس B AWS D1.6.
کلریدهای 5000-20000 ppm، 80-100 درجه، بدون مناطق جریان، چرخه حرارتی هفتگی رنگ کاهی سبک، تقویت کمتر از یا مساوی 0.2 میلی متر، کاهش تنش PWHT (550 درجه، 30 دقیقه) تنش PWHT کمتر از SCC کاهش می یابد. آبی اکسیداسیون مجاز نیست. تمام جوش ها باید توسط ماده نفوذ کننده رنگ بررسی شوند.
Continuous Duty, chlorides >20,000 ppm، 100 تا 120 درجه سانتیگراد، خدمات آب دریا یا آب نمک بدون اکسید قابل مشاهده (پشتکاری با آرگون)، تراش زمین تقویت کننده ± 0.1 میلی متر، مقاومت کامل PWHT Max SCC لازم است. فلز پایه درجه 12 یا درجه 7 ترجیح داده می شود.
کلرید داغ، pH<4 or oxidizing species (Fe3+, Cu2+) Silver weld color + Weld toe cold working (shot peening) Compressive surface stress from peening offsets tensile residual stress. Specialized procedure, more expensive.
مهندسی کیفیت جوش و موارد دیگر

کیفیت جوش به ضخامت دیواره لوله و دمای کار بستگی ندارد. حتی یک جوش با کیفیت ضعیف-می‌تواند در عرض چند هفته از دیواره ضخیم (1.5 میلی‌متر) عبور کند، زیرا سرعت انتشار SCC در تیتانیوم پس از ایجاد می‌تواند به 1-2 میلی‌متر در ساعت برسد. با این حال، یک دیوار نازک (0.7 میلی متر) با جوش عالی (رنگ نقره ای، PWHT، فلاش زمین) سال ها در آب نمک داغ دوام می آورد. همچنین گرید فلز پایه بر حساسیت جوش تاثیر دارد: تیتانیوم درجه 12 (0.3% مو و 0.8% نیکل) چقرمگی جوش HAZ به مراتب بهتری نسبت به درجه 2 دارد. هنگام طراحی برای سرویس کلرید داغ، بازرسی نافذ رنگ (ASTM E165) را روی همه جوش‌ها مشخص کنید و فقط جوشکاری را قبول نکنید. پاکسازی پشت با آرگون در حین جوشکاری اختیاری نیست، برای جلوگیری از اکسیداسیون سطح داخلی که با بازرسی بیرونی قابل مشاهده نیست، لازم است.

چگونه یک مشخصات خوب بسازیم

(1) رنگ جوش تیره تر از نی روشن در نمودار رنگ AWS A5.16 نیست. (2) حداکثر تقویت جوش 0.2 میلی متر؛ (3) بدون کم کردن; (4) بازرسی 100٪ نافذ رنگ با گزارش کتبی؛ (5) پس از{8}}عملیات حرارتی جوش برای خدمات بالاتر از 90 درجه. هنگام تعیین لوله‌های گرمایش تیتانیوم برای محیط‌های کلرید داغ بالای 60 درجه، توصیه می‌شود الزامات کیفیت جوش زیر را در مشخصات خرید لحاظ کنید: درخواست سوابق صلاحیت فرآیند جوش (PQR) که نشان می‌دهد ما با معیارهای تامین‌کننده مطابقت دارد. این امر کیفیت درز جوش را به پارامتر طراحی غالب تبدیل می‌کند، که به مهندس اجازه می‌دهد مستقیماً خطر SCC را در سرویس کلرید داغ تنظیم کند و جوش را از محل شروع خرابی به بخش قابل اعتمادی از مجموعه بخاری تبدیل کند.