چگونه روش جوشکاری صحیح لوله های فولادی ضد زنگ دوبلکس را برای جلوگیری از از دست دادن مقاومت در برابر خوردگی انتخاب کنیم؟

چند دقیقه جوشکاری ضعیف می‌تواند کیفیت{0}مقاوم در برابر خوردگی یک لوله فولادی ضد زنگ دوبلکس را کاملاً از بین ببرد. هر اتصالی که در کارگاه یا در مزرعه تولید می‌شود باید ساختار دو فازی متمایز را که به دوپلکس استحکام و مقاومت می‌دهد، با دقت حفظ کند. حفظ مقاومت در برابر خوردگی سخت-آلیاژ در شرایط سخت کلرید و اسید مهمتر از جلوگیری از نشت است.

بنیاد متالورژی: چه چیزی دوبلکس را منحصر به فرد می کند
ترکیب متعادلی از تقریباً 50٪ آستنیت و 50٪ فریت در فولادهای ضد زنگ دوبلکس (مانند UNS S32205، S31803 یا 2205) یافت می شود. این ساختار دو فازی- ارائه می دهد:

استحکام مکانیکی بالا (حدود دو برابر 316 لیتر).

مقاومت فوق العاده در برابر ترک خوردگی تنشی ناشی از کلرید (SCC).

PREN (عدد معادل مقاومت حفره ای) 34-36 نشان دهنده مقاومت خوب در برابر خوردگی حفره و شکاف است.

این ماده در طول فرآیند جوشکاری ذوب شده و به سرعت جامد می شود. تعادل فاز نهایی در فلز جوش و منطقه تحت تأثیر حرارت-(HAZ) با سرعت خنک کننده و تاریخچه حرارتی تعیین می شود. اگر فرآیند به درستی انجام نشود، دو چیز مضر ممکن است رخ دهد:

تولید بیش از حد فریت: هنگامی که فریت به دلیل خنک شدن آهسته یا گرمای ورودی زیاد غالب شود، چقرمگی و مقاومت در برابر خوردگی کاهش می یابد.

بارش فاز بین فلزی، به ویژه فاز سیگما (σ) (FeCrMo) و فاز chi (χ) که بین 600 تا 900 درجه توسعه می یابد. توسعه این فازها ماتریس اطراف این عناصر آلیاژی ضروری را از بین می برد زیرا غنی از کروم و مولیبدن هستند. تردی شدید و کاهش شدید مقاومت در برابر خوردگی حفره ای از نتایج آن هستند.

از طرف دیگر، آستنیت بیش از حد ممکن است در اثر گرمای ورودی ناکافی یا خنک شدن بسیار سریع تولید شود که باعث کاهش استحکام می شود. در نتیجه، یک پنجره پردازش محدود باید رعایت شود.

عناصر حیاتی یک فرآیند جوشکاری فولاد ضد زنگ دوبلکس
عوامل زیر به دقت با روش جوشکاری فولاد ضد زنگ دوبلکس مناسب برای جلوگیری از خوردگی لوله کنترل می شوند.

1. انتخاب فلز پرکننده
برای حفظ تعادل فاز و مقاومت در برابر خوردگی، محتوای آلیاژ فلز پرکننده باید برابر یا بیشتر از فلز پایه باشد. فیلر استاندارد برای 2205 دوبلکس ER2209 (UNS S39209) است. تولید آستنیت در رسوبات جوش به دلیل ترکیب آن تشویق می‌شود که تا حدودی در نیکل و نیتروژن نسبت به فلز پایه آلیاژ می‌شود. این اثر مساعد فریت{7}}انجماد سریع را جبران می‌کند.

فلز پرکننده مانند ER2594 برای گریدهای فوق دوبلکس (مانند 2507) استفاده می شود. در فلز پایه دوبلکس، هرگز از پرکننده آستنیتی (مانند 308 لیتر یا 316 لیتر) استفاده نکنید. جوش حاصل دارای ویژگی های خوردگی نادرست است و ممکن است ترک بخورد.

2. کنترل گرمای ورودی
سرعت سفر، ولتاژ و جریان همگی بر گرمای ورودی تأثیر می گذارند. محدوده پیشنهادی گرمای ورودی برای فولادهای ضد زنگ دوبلکس معمولاً بین 0.5 تا 2.5 کیلوژول بر میلی متر است. گرمای ورودی بیش از حد بالا باعث خنک شدن کند می شود که امکان تشکیل فاز سیگما و درشت شدن فریت را فراهم می کند. گرمای ورودی خیلی کم خطر همجوشی ناقص یا فریت بیش از حد را به دنبال دارد.

جوشکاری قوسی تنگستن گاز (GTAW) لوله های 2205 معمولاً 0.5-1.5 کیلوژول بر میلی متر است. اگر دمای بینگذر به دقت تنظیم شود، محدوده‌های تا حدودی بزرگ‌تر (تا 2.0 کیلوژول بر میلی‌متر) ممکن است برای جوشکاری قوس فلزی گازی (GMAW) با انتقال اسپری پالسی قابل قبول باشد.

3. Interpass دما
لازم است دمای بین پاسی-دمای ناحیه جوش قبل از پاس بعدی-زیر 150 درجه و اغلب در طی پاس های اولیه زیر 100 درجه باشد. گرما توسط دماهای بین گذری بالا انباشته می شود که دوره خنک شدن را طولانی می کند و بارش فاز سیگما را تشویق می کند. خنک کننده طبیعی هوا در بین گذرها ممکن است برای لوله های با دیواره های نازک (مثلاً 2-3 میلی متر) کافی باشد. خنک کردن هوای اجباری یا حتی زمان انتظار طولانی تر بین پاس ها برای قسمت های ضخیم تر ضروری است.

4. پاکسازی و محافظ پشت
هم سطح جوش و هم سمت ریشه جوش های فولادی ضد زنگ دوبلکس باید از اکسیژن محیط محافظت شوند. در مورد جوش لوله:

آرگون با 1-3 درصد نیتروژن یک گاز محافظ اولیه رایج است. مقدار کمی نیتروژن، یک تثبیت کننده آستنیت، اضافه شده به گاز محافظ به حفظ تعادل فاز مورد نظر در فلز جوش کمک می کند.

پاکسازی پشت: برای جلوگیری از اکسید شدن دانه های ریشه، آرگون خالص (یا آرگون با 2 تا 5 درصد نیتروژن) از داخل لوله پاک می شود. فلس های اکسید کروم که در اثر آلودگی اکسیژن تولید می شوند، منجر به تخلیه کروم و کاهش مقاومت به خوردگی می شوند.

5. روش و روش جوشکاری
برای لوله های دوبلکس، از روش های قوس پالسی (GTAW پالسی یا GMAW پالسی) استفاده می شود زیرا آنها

برای کاهش گرمای ورودی از یک جریان پیک بالا و به دنبال آن جریان پس زمینه کم استفاده کنید.

مدیریت حوضچه جوش را تقویت کنید و احتمال سوختگی-روی دیوارهای باریک را کاهش دهید.

ریزساختاری ایجاد کنید که سازگارتر و ظریف تر باشد.

به جای استفاده از دانه های پهن بافت، که گرمای ورودی را افزایش می دهد و سرد شدن را کند می کند، از دانه های رشته ای (گذر مستقیم بدون بافت) برای جوشکاری دستی استفاده می شود.

پست-تمیز کردن جوش (ترشی کردن و غیرفعال کردن) مرحله حیاتی است
رنگ حرارتی (مقیاس اکسید) روی سطح جوش و HAZ اطراف آن ظاهر می شود حتی اگر گرمای ورودی ایده آل باشد. از آنجایی که کروم ترجیحاً با اکسیژن تعامل دارد و فلز زیرین با کروم کمتری باقی می‌ماند، این لایه اکسید کروم- خالی می‌شود. خوردگی حفره ای و شکافی در سرویس کلرید در این ناحیه کمبود به راحتی آغاز می شود.

تمیز کردن پس از جوشکاری مورد نیاز است. دو روش کارآمد وجود دارد:

حذف شیمیایی (ترشی)
خمیر یا حمام ترشی: رنگ حرارتی حل می شود و لایه تهی شده از کروم با استفاده از محلول اسید نیتریک (HNO3) و اسید هیدروفلوئوریک (HF) حذف می شود. خمیر ترشی روی محل جوش و ناحیه تحت تأثیر حرارت{2}}لوله ها اعمال می شود، برای مدت زمان مشخصی (مانند 15 تا 60 دقیقه) باقی می ماند و سپس کاملاً با آب شستشو می شود.

ترشی غوطه وری: اگرچه به تجهیزات خاصی نیاز دارد، غوطه ور کردن مجموعه های لوله کوچک یا قطعات قرقره در حمام ترشی گرم یکنواخت تر است.

غیرفعال سازی پس از تمیز کردن مکانیکی
سنگ زنی یا برس زدن: از پدهای ساینده ریز یا برس های غیر فلزی{{0} (مانند برس های سیمی فولادی ضد زنگ که فقط روی فولاد دوبلکس استفاده نمی شود و هرگز روی فولاد کربنی استفاده نمی شود) می توان برای از بین بردن رنگ حرارتی استفاده کرد. بدون باقی ماندن ذرات آهن جاسازی شده، کل لایه رنگی باید با آسیاب جدا شود.

غیرفعال سازی: برای بازگرداندن پوشش اکسید کروم غیرفعال، پس از تمیز کردن مکانیکی، محلول اسید نیتریک یا سیتریک روی سطح اعمال می شود. سنگ زنی به خودی خود می تواند فلز را لکه دار کند و سطح محافظ کمتری ایجاد کند، بنابراین این مرحله بسیار مهم است.

پس از ترشی مناسب، جوش و HAZ باید مانند لوله اصلی ظاهر و مقاومت در برابر خوردگی داشته باشند زیرا یک جوش خوب در برابر خوردگی غیر قابل نفوذ است. در صورت تداوم رنگ حرارتی، جوش اولین نقطه خرابی خواهد بود.

اندازه گیری فریت برای تایید کیفیت جوش
یک محدوده فریت، یک دستگاه القای مغناطیسی، برای اندازه گیری محتوای فریت فلز جوش و HAZ استفاده می شود تا تأیید شود که فرآیند جوشکاری تعادل فاز مناسب را حفظ کرده است. برای فولادهای ضد زنگ دوبلکس، محتوای فریت 30 تا 70 درصد (آستنیت متعادل کننده) اغلب قابل قبول است. هدف بسیاری از مشخصات 40 تا 60 درصد است.

استحکام با آستنیت بیش از حد کاهش می یابد، که با مقادیر زیر 30٪ نشان داده می شود.

فریت بیش از حد با مقادیر بالای 70٪ نشان داده می شود که چقرمگی را کاهش می دهد و ممکن است وجود فاز سیگما را نشان دهد (سیگما غیر مغناطیسی است، اما درصد فریت با رخ دادن سیگما کاهش می یابد؛ قرائت فریت به طور غیرعادی کم یا ناسازگار می تواند یک سرنخ باشد).

در کاربردهای حیاتی، یک کوپن جوش داده شده ممکن است تحت آنالیز ریزساختاری (متالوگرافی) برای تشخیص فازهای بین فلزی قرار گیرد. در دانه های فریت، فاز سیگما به صورت یک رسوب سوزنی یا بلوکی ظاهر می شود.

خطاهای معمولی و نحوه جلوگیری از آنها
پیشگیری از عواقب اشتباه
استفاده از فلز پرکننده 308L یا 316LWeld مستعد ترک خوردگی است و مقاومت خوردگی ضعیفی دارد. همیشه از پرکننده دوبلکس منطبق (ER2209 برای 2205) استفاده کنید.
گرمای بیش از حد (بیش از 2.5 کیلوژول بر میلی‌متر) PREN کم، شکنندگی و بارندگی در فاز سیگما گرمای ورودی را تعیین کنید، یک قوس پالسی را بکار ببرید و یک محدودیت سرعت تنظیم کنید.
دمای بین گذر بالای 150 درجه افزایش حرارت باعث تشویق سیگما می شود از ترموکوپل برای اندازه گیری استفاده کنید. بگذارید در بین پاس ها خنک شود.
بدون تخلیه ریشه لوله، تخلیه کروم، اکسیداسیون دانه های ریشه، و خوردگی شکاف از آرگون یا آرگون{0}}ترکیب نیتروژن برای پاکسازی استفاده کنید
باقی ماندن رنگ حرارتی در لبه جوش، خوردگی موضعی شروع می شود. با استفاده از دستگاه ترشی یا غیرفعال کنید.
استفاده از چرخ های سنگ زنی یا برس های فولاد کربنی خوردگی گالوانیکی ناشی از آلودگی آهن است. از ابزارهای تخصصی فولاد ضد زنگ استفاده کنید، به طور ایده آل فقط برای دوبلکس.
صلاحیت و مشخصات روش جوشکاری (WPS)
مشخصات روش جوشکاری رسمی (WPS) باید مطابق با کدی مانند ASME بخش IX، AWS D1.6 یا ISO 15614 برای هر کاربرد صنعتی ایجاد و واجد شرایط باشد. موارد زیر باید به وضوح در WPS برای لوله های فولادی ضد زنگ دوبلکس بیان شود:

محدوده ضخامت و درجه فلز پایه

طبقه بندی فلز پرکننده (به عنوان مثال، ER2209).

تکنیک های جوشکاری GTAW، GMAW یا SMAW.

ترکیب و سرعت جریان گازهای محافظ

گاز و تکنیک برای پاکسازی پشت.

محدوده ورودی گرما و پارامترهای الکتریکی (ولتاژ، جریان و سرعت حرکت).

از محدودیت دما، مانند حداکثر 150 درجه تجاوز کنید.

معمولاً برای دوبلکس نیازی به پیش گرم نیست مگر اینکه دمای محیط زیر 5 درجه باشد.

خمیر ترشی، غوطه وری، یا غیرفعال سازی + مکانیکی روش هایی برای تمیز کردن بعد از جوش{1}} هستند.

استانداردهای پذیرش محتوای فریت (به عنوان مثال، 30-70٪ فریت در فلز جوش).

آزمایش‌های کششی و خمشی و همچنین آزمون‌های خوردگی (مانند آزمایش حفره‌ای کلرید آهن مطابق با ASTM G48) نمونه‌هایی از آزمایش صلاحیت هستند. بازرسی جریان گردابی یا آزمایش هیدرواستاتیک نیز ممکن است برای جوش لوله ضروری باشد.

ملاحظات برای جوشکاری میدانی
از آنجایی که کنترل محیطی دشوارتر است، جوشکاری لوله‌های دوبلکس در مزرعه (مثلاً برای اتصالات{0}}یا تعمیرات) دشوارتر از جوشکاری کارگاهی است. تمرکز ویژه باید به موارد زیر داده شود:

استفاده از لنزها و صفحه های گازی برای جلوگیری از اختلالات گاز محافظ به عنوان محافظ باد شناخته می شود.

پایش دما: از دماسنج های تماسی یا دماسنج های مادون قرمز برای اندازه گیری دمای بین گذر استفاده کنید.

پاکسازی: ممکن است تخلیه تمام طول لوله‌های-قطر بزرگ امکان‌پذیر نباشد. در عوض، می توان از یک سد تصفیه محدود ساخته شده از شاخه های لاستیکی بادی استفاده کرد.

ترشی کردن: برای جلوگیری از ریختن بر روی تجهیزات مجاور، خمیرهای ترشی مزرعه باید با دقت اعمال و خنثی شوند.

در نتیجه، کیفیت مواد به دست هایی بستگی دارد که روی آن کار می کنند.
برای لوله های فولادی ضد زنگ دوبلکس، انتخاب روش جوشکاری مناسب برای جلوگیری از کاهش فاجعه بار مقاومت در برابر خوردگی بسیار مهم است. گرمای بیش از حد ورودی، دماهای بین گذری بالا، فلزات پرکننده نامتناسب، یا وجود کروم{1}}تهیه رنگ حرارتی تهی شده، همگی می‌توانند ریزساختار آستنیت-فریت متعادل را تضعیف کنند که به دوبلکس استحکام و مقاومت حفره‌ای می‌دهد. ناحیه جوش عملکرد خوردگی مشابه لوله اصلی را به لطف یک فرآیند روشمند که گرمای ورودی (معمولاً 0.5-2.5 کیلوژول بر میلی متر)، دمای بین گذر زیر 150 درجه، پرکننده ER2209 برای فلز پایه 2205، پاکسازی خنثی و جوشکاری دقیق را کنترل می کند، حفظ می کند. موفقیت با اندازه گیری فریت (30-70٪ فریت) تأیید می شود. یک جوش خوب-در برابر خوردگی نفوذناپذیر است. مواد فقط به اندازه دست هایی است که به آن می پیوندند.