جوشکاری یک روش پردازش ضروری برای تولید لولههای گرمایشی از جنس استنلس استیل 316 به صورت بستهبندی، خمشده و فلنجی است. در طول چرخه حرارتی جوشکاری در دمای بالا، ناحیه جوش و منطقه تحت تأثیر حرارت مجاور آن{4} فرآیندهای گرمایش و سرمایش سریع را تجربه خواهند کرد. هنگامی که دما در محدوده دمای حساسیت 450 درجه تا 850 درجه برای یک دوره معین باقی می ماند، کاربید کروم به طور مداوم در امتداد مرزهای دانه رسوب می کند و منجر به تخلیه کروم موضعی در مرز دانه می شود. ناحیه ضعیف کروم{9}}نمیتواند یک لایه غیرفعال غنی از کروم{10}کامل و پایدار تشکیل دهد، که به یک ناحیه آندی مستعد انحلال ترجیحی در محیطهای حاوی کلرید{11}در دمای بالا یا اسیدی تبدیل میشود و در نهایت باعث ایجاد خوردگی بین دانهای میشود. خوردگی شدید بین دانه ای باعث می شود که لوله گرمایش نیروی اتصال بین دانه ای را از دست بدهد و در نتیجه نشت شکننده یا حتی تکه تکه شدن تحت تنش خارجی کوچک ایجاد شود. بسیاری از تولیدکنندگان تنها بر روی ظاهر جوشکاری و عملکرد آببندی تمرکز میکنند، در حالی که کنترل حساسیت حرارتی و عملیات تثبیت{15} پس از جوش را نادیده میگیرند، و اتصالات جوشی را به رایجترین موقعیتهای شکست لولههای گرمایش در محیطهای خورنده خشن تبدیل میکنند. بنابراین، کنترل فرآیند جوشکاری استاندارد و درمان ضدحساسیت{17}از ابزارهای فنی حیاتی برای جلوگیری از خوردگی بین دانهای لولههای گرمایش جوش داده شده هستند.
مکانیسم تشکیل خوردگی بین دانه ای در عدم تعادل توزیع عنصر کروم ناشی از حساسیت حرارتی جوشکاری است. در دماهای حساسیت بالا، اتم های کربن در فولاد ضد زنگ به سرعت در مرزهای دانه پخش می شوند و با کروم ترکیب می شوند تا رسوبات کاربید کروم را تشکیل دهند. از آنجایی که سرعت انتشار کروم در دانهها به مراتب کمتر از کربن است، منطقه مرزی دانه نمیتواند کروم مصرفشده را بهموقع تکمیل کند و مناطق باریک - خالی شده از کروم را تشکیل میدهد. در محیطهای الکترولیت خورنده، پتانسیل مرزهای دانههای ضعیف-کروم بسیار کمتر از فضای داخلی دانه است و سلولهای میکروگالوانیکی بیشماری را تشکیل میدهند. مرزهای دانه به طور مداوم در امتداد شبکه کریستالی حل می شوند و منجر به خوردگی نفوذی نامرئی در داخل مواد می شوند که به راحتی از طریق بازرسی بصری معمولی نمی توان آن را پیدا کرد. هنگامی که در معرض چرخه حرارتی، ارتعاش یا بار فشار قرار می گیرد، لوله گرمایش ناگهان ترک می خورد و در ناحیه حساس جوشکاری{7}}منطقه تحت تأثیر قرار می گیرد. در مقایسه با خوردگی حفرهای معمولی، خوردگی بین دانهای دارای اختفای قویتر و خطر ایمنی بالاتری است.
این مطالعه چهار اقدام کنترلی سیستماتیک را برای مهار خوردگی بین دانهای لولههای گرمایش فولاد ضد زنگ 316 جوش داده شده ارائه میکند. ابتدا، ترجیحاً مواد پایه فولاد ضد زنگ با کربن 316L کم-و سیم پرکننده جوش مطابقت را انتخاب کنید. محتوای کربن 316L به شدت زیر 0.03٪ کنترل می شود که به شدت نیروی محرکه بارش کاربید کروم را در طول چرخه های حرارتی جوشکاری کاهش می دهد و اساساً تمایل به حساسیت بین دانه ای را تضعیف می کند. برای لوله های گرمایشی که باید از فولاد ضد زنگ معمولی 316 استفاده کنند، فرآیند جوشکاری باید زمان ماندگاری را در محدوده دمایی حساس شدن به شدت کوتاه کند. از جوشکاری مکرر چند لایه و سرد شدن آهسته جوشها اجتناب کنید. برای محدود کردن پهنای ناحیه تحت تأثیر حرارت{11}}و کاهش دامنه حساسیت، از جوش قوس تنگستن محافظ آرگون با جریان کم، سرعت جوش سریع استفاده کنید. حفاظت از پشت آرگون برای جلوگیری از اکسیداسیون ریشه جوش و کاهش کروم ناشی از اکسیداسیون هوا در دمای بالا الزامی است.
دوم، عملیات حرارتی محلول بعد از جوش{0}}را برای از بین بردن ریزساختار حساس اجرا کنید. پس از جوشکاری، کل قطعه کار لوله گرمایش را تا 1050 درجه تا 1100 درجه حرارت دهید تا حرارت کافی حفظ شود، سپس خنک کننده سریع آب سرد شود. درمان با محلول در دمای بالا میتواند کاربید کروم رسوبشده را بهطور کامل در ماتریکس آستنیت حل کند و توزیع مجدد یکنواخت عناصر کروم را در داخل دانهها و مرزهای دانهها محقق کند، و به طور کامل مناطق تخلیه شده کروم- را حذف کند. برای لولههای گرمایشی با اندازه بزرگ که نمیتوانند به طور یکپارچه عملیات حرارتی شوند، برای بازیابی مقاومت خوردگی یکنواخت منطقه تحت تأثیر حرارت{10}، باید محلول{9}}در حرارت بالا موضعی روی اتصالات جوشکاری انجام شود.
سوم، بهینه سازی طراحی ساختار جوش برای کاهش تجمع حرارتی موضعی. از چیدمان جوش موازی متراکم و درزهای جوش طولانی مداوم اجتناب کنید. به طور منطقی ترتیب جوشکاری را ترتیب دهید تا از همپوشانی چرخه های حرارتی که منجر به حساس شدن مکرر همان ناحیه می شود جلوگیری شود. ارتفاع آرماتور جوش را کاهش دهید و از تمرکز تنش در موقعیتهای انتقال جوش اجتناب کنید، زیرا تنش کششی سرعت انبساط ترکهای خوردگی بین دانهای را تسریع میکند. پس از جوشکاری، پاشش جوش، رسوبات اکسید و کثیفی دود روی سطح درزهای جوش و مناطق تحت تأثیر حرارت{3} را با تمیز کردن اولتراسونیک و پرداخت مکانیکی کاملاً حذف کنید، در غیر این صورت عیوب سطح باعث خوردگی موضعی شده و در امتداد مرزهای دانههای حساس گسترش مییابند.
چهارم، انفعال{0}}ترشی جوش و بازرسی متالوگرافی منظم را تقویت کنید. ناحیه جوش باید با ترشی و غیرفعال کردن یکپارچه درمان شود تا لایههای اکسیداسیون با دمای بالا حذف شود و لایههای غیرفعال آسیبدیده در اتصالات جوش ترمیم شود و از نفوذ یونهای کلرید به مرزهای دانههای کروم-از عیوب سطحی جلوگیری شود. به طور منظم از قطعات جوش داده شده برای تشخیص ریزساختار متالوگرافی و تست حساسیت خوردگی بین دانه ای نمونه برداری کنید تا بررسی کنید که آیا فرآیند جوشکاری و فرآیند عملیات حرارتی به طور موثر حساسیت را از بین می برند یا خیر. برای لولههای گرمایشی که در محیطهای غنی از-کلرید{{7} درجه حرارت بالا استفاده میشوند، فرکانس بازرسی نمونهبرداری باید افزایش یابد تا از قرار گرفتن قطعههای کار حساس دستهای جلوگیری شود.
دادههای ردیابی میدانی نشان میدهد که لولههای گرمایش 316L با فناوری جوش بهینه و درمان محلول، پس از کارکرد طولانیمدت در کارگاههای دارای-کلرید-در دمای بالا، شکست خوردگی بین دانهای ندارند. در مقابل، لولههای گرمایش معمولی 316 بدون کنترل ضدحساسیت در عرض 5 تا 9 سال از نشت بین دانهای در اتصالات جوشکاری رنج میبرند. در نتیجه، انتخاب مواد کربن کم،{11}فناوری جوشکاری استاندارد شده با راندمان بالا، عملیات حرارتی محلول بعد از جوشکاری و عملیات ضد خوردگی سطحی دقیق میتواند خوردگی بین دانهای ناشی از جوشکاری را کاملاً سرکوب کند. این مشخصات ضد حساسیت جوشکاری، خطر پنهان شکست شکننده در اتصالات جوشی را از بین میبرد، و یکپارچگی ساختاری بلندمدت لولههای گرمایش فولاد ضد زنگ 316 را در محیطهای صنعتی خورنده با دمای بالا تضمین میکند.
