Titanyum Isıtma Borusunun Kaynak Dikiş Kalitesi, Sıcak Klorür Ortamında Gerilim Korozyonu Çatlamasına Karşı Direncini Nasıl Etkiler?

Titanyum, birkaç koşuldan biri olan sıcak klorür ortamında stresli korozyon çatlamasına (SCC) karşı hassastır. Sıcak klorür ortamı genellikle 60 derecenin üzerinde ve klorür içeriği 1.000 ppm'den fazla olan ortam olarak tanımlanır. SCC, çukurlaşma veya genel korozyondan farklı olarak çok az görsel belirtiyle tüp duvarı boyunca hızla yayılır. Titanyum ısıtma tüpünün kaynak dikişi, SCC'nin başlangıcı için en muhtemel bölgedir. Kaynak işleminin getirdiği artık çekme gerilimleri ve ısıdan etkilenen bölgedeki (HAZ) mikroyapısal değişiklikler, malzemenin çatlama eşik gerilimini önemli ölçüde değiştirir. Sıcak klorür hizmeti için ısıtıcıların seçilebilmesi amacıyla, renk, nüfuziyet, oksidasyon seviyesi ve kaynak sonrası- işlem gibi belirli kaynak dikişi kalite özelliklerinin SCC direnci üzerindeki etkisini anlamak önemlidir.

Titanyum Kaynaklarında Metalurjik SCC Başlatma Mekanizmaları

Havada titanyum kaynağı, yüzeyin kirlendiğini gösteren karakteristik bir renk dizisi oluşturur. Gümüş veya soluk saman rengi, daha az oksidasyon ve yeterli koruma anlamına gelir. Mavi, mor veya gri renkler çok fazla oksijen emilimini gösterir, bu da kırılgan bir alfa-kılıf katmanıyla sonuçlanır. Bu oksijen-zenginleştirilmiş katman daha serttir ancak önemli ölçüde daha az dayanıklıdır ve kritik olarak, klorürlerde SCC oluşumu için daha düşük bir eşik gerilimine sahiptir. HAZ içindeki hızlı termal döngü, ticari olarak saf derecelerde iğnemsi alfa-prime martensit verir; bu, eşeksenli baz metale göre hidrojen emilimine daha yatkındır. Mekanik itici güç genellikle kaynak ucundaki artık çekme gerilmeleridir ve bunlar akma mukavemeti düzeyindedir (Sınıf 2 için 240-340 MPa). Klorür iyonlarının oksitlenmiş yüzey üzerinde adsorpsiyonu, sıcak klorür çözeltileri kaynak alanıyla temas ettiğinde meydana gelir ve kaynak dalgalanmaları veya alttan kesmelerdeki gerilim konsantrasyonu nedeniyle mikro çatlaklar gelişir. Bu çatlaklar daha sonra maksimum artık gerilim yolu boyunca HAZ boyunca taneler arası şekilde yayılır.

Kaynak Kalitesinin Kantitatif Parametreleri ve SCC için Eşikleri

Kaynayan magnezyum klorürde (155 derece, %42 MgCl2) önceden kırılmış kompakt gerilim numunelerinin- kullanıldığı kontrollü laboratuvar testleri, niceliksel ilişkiler göstermiştir:

Kaynak oksidasyon seviyesi: Gümüş/saman kaynaklarının eşik gerilim yoğunluğu K ISCC yaklaşık 55 MPa√m'dir. Mavi kaynaklar 30-35 MPa√m'lik daha düşük bir K_ISCC gösterir. Gri veya beyaz kaynaklar için (şiddetli oksidasyon), K_ISCC 15 MPa√m'nin altındadır ve düşük uygulanan yüklerde çatlaklar hızla büyür.

Kaynak takviyesi yüksekliği (taşma nüfuziyeti): Boru dış çapının üzerindeki her 0,5 mm'lik takviye, yerel gerilim konsantrasyon faktörünü iki katına çıkarır. Takviyesi 0,2 mm'den az olan kaynaklar için SCC'nin başlama süresi 2000 saatten fazladır. 1,0 mm'nin üzerindeki takviye, başlatma süresini 200 saatin altına düşürür.

Kaynak alttan kesme derinliği: 0,1 mm'lik bir alttan kesme, yerel kesit alanını-yaklaşık %5 azaltır, ancak yerel gerilimi %15-20 oranında artırır. Sıcak klorür servisi: 0,3 mm'den büyük alttan kesme kabul edilmez.

Kaynak sonrası ısıl işlem (PWHT): 540-650 derecede 30 dakika süreyle gerilim giderme, kaynakta kalan gerilimleri %60-75 oranında azaltır ve SCC'nin başlamasına kadar geçen süreyi 5-10 kat artırır.

Kaynak Kalitesi Seçim Kılavuzuna Göre Uygulama

Aşağıdaki tablo, klorür servis ciddiyeti ve güvenlik standartlarıyla ilişkili olarak titanyum ısıtıcı kaynak kalitesinin belirlenmesine yönelik bir seçim çerçevesi sunmaktadır.

Sıcak Klorür Hizmet Durumu ve Güvenilirliği Öncelik Gerekli Kaynak Kalitesi GereksinimiTemel Gerekçe ve SCC Risk Değişikliği
Klorürler 1.000-5.000 ppm 60-80 derece Temiz çözüm Döngüsel olmayan çalışmaGümüş saman rengi, takviye 0,3 mm'ye eşit veya daha az, görünür alttan kesme yok Standart otojen GTAW kaynakları için orta koşullar kabul edilebilir. AWS D1.6 Sınıf B kabulüne göre görsel olarak incelendi.
Klorürler 5.000–20.000 ppm, 80–100 derece, akış bölgesi yok, haftalık termal döngülerHafif saman rengi, takviye 0,2 mm'den az veya eşit, PWHT gerilim azaltma (550 derece, 30 dakika) PWHT, SCC eşiğinin altındaki artık gerilimi azaltır. Oksidasyon mavisine izin verilmez. Tüm kaynaklar boya penetrantıyla incelenecektir.
Continuous Duty, chlorides >20.000 ppm, 100 ila 120 derece C, deniz suyu veya tuzlu su hizmeti Görünür oksit yok (arkası argonla temizlenmiş), takviye zeminle aynı hizada ±0,1 mm, tam PWHT Maksimum SCC direnci gerekli Gerilim arttırıcılar kaynak sonrası taşlamayla- kaldırılır. 12. Sınıf veya 7. Sınıf baz metal tercih edilir.
Sıcak klorür, 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.
Kaynak Kalitesi Mühendisliği ve Daha Fazlası

Kaynağın kalitesi, borunun duvarının kalınlığına ve iş sıcaklığına bağlı değildir. Düşük-kaliteli bir kaynak bile kalın bir duvarı (1,5 mm) birkaç hafta içinde delebilir, çünkü titanyumdaki SCC yayılma oranları bir kez belirlendikten sonra 1-2 mm/saat kadar yüksek olabilir. Bununla birlikte, mükemmel bir kaynağa (gümüş rengi, PWHT, zemin hizasında) sahip ince bir duvar (0,7 mm) sıcak tuzlu suda yıllarca dayanacaktır. Ayrıca ana metal kalitesinin de kaynak duyarlılığı üzerinde etkisi vardır: 12. Sınıf titanyum (%0.3 Mo ve %0.8 Ni), 2. Sınıftan çok daha iyi bir kaynak HAZ tokluğuna sahiptir. Sıcak klorür hizmeti için tasarım yaparken, tüm kaynaklarda boya penetrant muayenesini (ASTM E165) belirtin ve yalnızca hiçbir belirti olmayan kaynakları kabul edin. Kaynak sırasında argon ile geri temizleme isteğe bağlı olmayıp, dıştan bakıldığında görülemeyen iç yüzeyin oksitlenmesini önlemek için gereklidir.

İyi bir spesifikasyon nasıl yapılır?

(1) AWS A5.16 renk tablosuna göre kaynak rengi açık samandan daha koyu olmamalıdır; (2) maksimum kaynak takviyesi 0,2 mm; (3) alttan kesme yok; (4) Yazılı raporla %100 boya penetrant muayenesi; (5) 90 derecenin üzerindeki servis için kaynak sonrası ısıl işlem. 60 derecenin üzerindeki sıcak klorür ortamları için titanyum ısıtma borularını belirtirken, tedarik şartnamesine aşağıdaki kaynak kalitesi gereksinimlerinin dahil edilmesi tavsiye edilir: Tedarikçinin yönteminin bu kriterlere uygun kaynaklar ürettiğini gösteren kaynak prosedürü yeterlilik kayıtları (PQR) talep edin. Bu, kaynak dikişi kalitesini baskın tasarım parametresi haline getirir; bu da mühendisin sıcak klorür hizmetinde SCC riskini doğrudan düzenlemesine ve kaynağı bir arıza başlangıç ​​bölgesinden ısıtıcı düzeneğinin güvenilir bir parçasına dönüştürmesine olanak tanır.