Hur påverkar svetssömskvaliteten hos ett värmerör av titan dess motståndskraft mot spänningskorrosionssprickor i heta kloridmedia?

Titan är känsligt för spänningskorrosionssprickor (SCC) i ett av de få förhållandena, heta kloridmedier. Heta kloridmedier definieras generellt som över 60 grader och med kloridinnehåll över 1 000 ppm. SCC sprider sig snabbt genom rörväggen, med liten visuell indikation, till skillnad från gropfrätning eller allmän korrosion. Svetssömmen på ett värmerör av titan är den mest troliga platsen för början av SCC. Kvarstående dragspänningar som införs av svetsprocessen, och mikrostrukturella förändringar i den värmepåverkade zonen (HAZ), förändrar avsevärt tröskelspänningen för materialet för sprickbildning. Det är viktigt att förstå effekten av vissa svetssömskvalitetsegenskaper, såsom färg, penetration, oxidationsnivå och efter-svetsbehandling, på SCC-beständighet för att välja värmare för varmkloridservice.

Metallurgiska SCC-initieringsmekanismer i titansvetsar

Titansvetsning i luft skapar en karakteristisk sekvens av färger som indikerar förorening av ytan. Silver eller blek strånyans betyder mindre oxidation och tillräckligt skydd. Blå, lila eller grå färger indikerar för mycket syreabsorption, vilket resulterar i ett sprött alfa-hus. Detta syreberikade skikt är hårdare men avsevärt mindre segt och har, kritiskt, en lägre tröskelspänning för SCC-bildning i klorider. Den snabba termiska cyklingen inuti HAZ ger nålformig alfa-primär martensit i de kommersiellt rena kvaliteterna, som är mer benägen för väteabsorption än den likaxliga basmetallen. Den mekaniska drivkraften är ofta de kvarvarande dragspänningarna vid svetstån, som är i storleksordningen sträckgränsen (240-340 MPa för grad 2). Adsorption av kloridjoner på den oxiderade ytan sker när heta kloridlösningar kommer i kontakt med svetsområdet och mikrosprickor utvecklas på grund av spänningskoncentration vid svetskrusningar eller underskärningar. Dessa sprickor fortplantar sig sedan transgranulärt genom HAZ längs vägen för maximal kvarvarande spänning.

De kvantitativa parametrarna för svetskvalitet och deras trösklar för SCC

Kontrollerade laboratorietester med användning av för-knäckta kompakta spänningsprover i kokande magnesiumklorid (155 grader, 42 % MgCl2) har visat kvantitativa samband:

Svetsoxidationsnivå : Silver/halmsvetsar har en tröskelspänningsintensitet K ISCC på ca 55 MPa√m. Blå svetsar visar en lägre K_ISCC på 30-35 MPa√m. För grå eller vita svetsar (svår oxidation) är K_ISCC under 15 MPa√m och sprickor växer snabbt vid låga pålagda belastningar.

Svetsarmeringshöjd (överfyllnadsgenomföring): Varje 0,5 mm förstärkning ovanför rörets ytterdiameter fördubblar den lokala spänningskoncentrationsfaktorn. För svetsar med förstärkning mindre än 0,2 mm är tiden för SCC-start längre än 2000 timmar. Förstärkning över 1,0 mm minskar initieringstiden till under 200 timmar.

Svetsunderskärningsdjup: Ett underskärning på 0,1 mm minskar den lokala-tvärsnittsarean med cirka 5 % men ökar den lokala spänningen med 15–20 %. Varm kloridservice: underskärning större än 0,3 mm är inte acceptabelt.

Värmebehandling efter-svetsning (PWHT): Stressavlastning vid 540-650 grader i 30 minuter minskar kvarvarande spänningar i svetsen med 60-75 % och ökar tiden tills SCC börjar med en faktor 5-10.

Applikation baserad på val av svetskvalitetsguide

Följande tabell presenterar en valram för att fastställa svetskvaliteten för titanvärmare i förhållande till kloridservicens svårighetsgrad och säkerhetsstandarder.

Varmklorid Service skick och tillförlitlighet Prioritet krävs Svetskvalitetskrav Kärnmotiv och SCC-riskmodifiering
Klorider 1 000-5 000 ppm 60-80 grader Ren lösning Icke-cyklisk drift Silverhalmfärg, förstärkning Mindre än eller lika med 0,3 mm, inget synligt underskärningMåttliga omständigheter är acceptabla för standard autogena GTAW-svetsar. Visuellt inspekterad för att acceptera AWS D1.6 klass B.
Klorider 5 000–20 000 ppm, 80–100 grader, inga flödeszoner, veckovisa termiska cyklerLätt halmton, förstärkning Mindre än eller lika med 0,2 mm, PWHT-spänningslindring (550 grader , 30 min) PWHT minskar tröskelspänningen under SCC. Ingen oxidation blå tillåten. Alla svetsar ska undersökas med färgpenetrant.
Continuous Duty, chlorides >20 000 ppm, 100 till 120 grader C, havsvatten eller saltlösning Ingen synlig oxid (baksida renad med argon), förstärkt markspolning ±0,1 mm, full PWHT Max SCC-resistans krävs Spänningshöjare avlägsnas genom eftersvetsning.- Klass 12 eller grad 7 basmetall är att föredra.
Varm klorid, 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.
Svetskvalitetsteknik med mera

Kvaliteten på svetsen beror inte på tjockleken på rörets vägg och arbetstemperaturen. Även en svets av dålig-kvalitet kan bryta igenom en tjock vägg (1,5 mm) på några veckor, eftersom SCC-utbredningshastigheten i titan kan vara så hög som 1-2 mm/h när den väl har etablerats. En tunn vägg (0,7 mm) med en utmärkt svets (silverfärg, PWHT, slipning) kommer dock att hålla åratal i varm saltlake. Också basmetallkvaliteten har en inverkan på svetskänsligheten: Grad 12 titan (0,3 % Mo och 0,8 % Ni) har en mycket bättre svets-HAZ-seghet än Grade 2. Vid design för varmkloridservice, specificera färgpenetrantinspektion (ASTM E165) på alla svetsar, och acceptera endast svetsar utan indikation. Ryggspolning med argon under svetsning är inte valfritt, det krävs för att förhindra oxidation av den inre ytan som inte kan ses vid yttre inspektion.

Hur man gör en bra specifikation

(1) svetsfärg inte mörkare än ljus halm enligt AWS A5.16 färgkarta; (2) maximal svetsförstärkning 0,2 mm; (3) ingen underskärning; (4) 100 % penetrerande inspektion av färgämne med skriftlig rapport; (5) efter-svetsvärmebehandling för service över 90 grader. När man anger titanuppvärmningsrör för heta kloridmiljöer över 60 grader, är det tillrådligt att inkludera följande svetskvalitetskrav i upphandlingsspecifikationen: Begär svetsprocedurkvalifikationsprotokoll (PQR) som visar att leverantörens matchningsmetod ger dessa kriterier. Detta gör svetssömskvaliteten till den dominerande designparametern, vilket gör det möjligt för ingenjören att direkt reglera SCC-risken vid varmkloridservice och att förvandla svetsen från ett felinitieringsställe till en tillförlitlig del av värmeaggregatet.