จะเลือกขั้นตอนการเชื่อมที่ถูกต้องสำหรับท่อสแตนเลสดูเพล็กซ์ได้อย่างไรเพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียความต้านทานการกัดกร่อน

ท่อสเตนเลสดูเพล็กซ์ที่ทนทานต่อการกัดกร่อนได้อย่างสมบูรณ์แบบสามารถทำลายคุณสมบัติของมันได้ด้วยการเชื่อมที่ไม่ดีเพียงไม่กี่นาที โครงสร้างจุลภาคสองเฟสอันเป็นเอกลักษณ์ที่ให้ความแข็งแกร่งและความต้านทานของดูเพล็กซ์จะต้องได้รับการดูแลอย่างระมัดระวังตลอดทุกข้อต่อที่ทำในร้านหรือในสนาม การเลือกขั้นตอนการเชื่อมที่ถูกต้องไม่เพียงแต่เป็นการหลีกเลี่ยงการรั่วไหลเท่านั้น-แต่ยังเกี่ยวกับการรักษาความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสมที่ได้รับมาอย่างหนักในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์และกรดที่รุนแรง

พื้นฐานทางโลหการ: เหตุใดดูเพล็กซ์จึงแตกต่าง

เหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ (เช่น UNS S32205, S31803 – ปกติ 2205) มีส่วนผสมที่สมดุลประมาณออสเทนไนต์ 50%และเฟอร์ไรต์ 50%. โครงสร้างเฟสคู่นี้ให้:

ความแข็งแรงเชิงกลสูง (ประมาณสองเท่าของ 316L)

ต้านทานการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากการกัดกร่อนจากความเค้นคลอไรด์ (SCC) ได้ดีเยี่ยม

ความต้านทานการกัดกร่อนแบบรูพรุนและรอยแยกที่ดี วัดปริมาณด้วย PREN (ตัวเลขเทียบเท่าความต้านทานแบบหลุม) ที่ 34–36

ในระหว่างการเชื่อม วัสดุจะละลายและแข็งตัวอย่างรวดเร็ว อัตราการทำความเย็นและประวัติความร้อนจะกำหนดความสมดุลของเฟสสุดท้ายในโลหะเชื่อมและโซนที่ได้รับความร้อน (HAZ) หากขั้นตอนไม่ถูกต้อง อาจเกิดปรากฏการณ์ที่สร้างความเสียหายได้ 2 ประการ:

การก่อตัวของเฟอร์ไรต์มากเกินไป– การระบายความร้อนช้าหรืออินพุตความร้อนสูงช่วยให้เฟอร์ไรต์มีอำนาจเหนือ ลดความเหนียวและความต้านทานการกัดกร่อน

การตกตะกอนของเฟสระหว่างโลหะ- โดดเด่นที่สุดเฟสซิกมา (σ)(FeCrMo) และไค (χ) เฟสซึ่งก่อตัวในช่วงอุณหภูมิ 600–900 องศา เฟสเหล่านี้อุดมไปด้วยโครเมียมและโมลิบดีนัม ดังนั้นการก่อตัวของพวกมันจึงทำให้เมทริกซ์โดยรอบหมดลงในองค์ประกอบโลหะผสมที่สำคัญเหล่านี้ ผลลัพธ์ที่ได้: การเปราะอย่างรุนแรงและการสูญเสียความต้านทานการกัดกร่อนแบบรูพรุนอย่างมาก

ในทางกลับกัน การป้อนความร้อนไม่เพียงพอหรือการเย็นลงอย่างรวดเร็วมากอาจทำให้เกิดออสเทนไนต์มากเกินไป ส่งผลให้ความแข็งแรงลดลง ดังนั้นจึงต้องเคารพหน้าต่างการประมวลผลที่แคบ

พารามิเตอร์หลักในขั้นตอนการเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์

ที่เหมาะสมการกัดกร่อนของท่อขั้นตอนการเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์กลยุทธ์การป้องกันควบคุมตัวแปรต่อไปนี้ได้อย่างแม่นยำ

1. การเลือกโลหะฟิลเลอร์

โลหะตัวเติมจะต้องตรงกันหรือเกินกว่าปริมาณโลหะผสมของโลหะฐานเพื่อรักษาความต้านทานการกัดกร่อนและความสมดุลของเฟส สำหรับ 2205 duplex ฟิลเลอร์มาตรฐานคือER2209(UNS S39209) องค์ประกอบของมันมีโลหะผสมมากเกินไปเล็กน้อยในนิกเกิลและไนโตรเจนเมื่อเทียบกับโลหะฐาน ซึ่งส่งเสริมให้เกิดออสเทนไนต์ในคราบเชื่อม สิ่งนี้จะชดเชยผลที่สนับสนุนเฟอร์ไรต์จากการแข็งตัวอย่างรวดเร็ว

สำหรับเกรดซูเปอร์ดูเพล็กซ์ (เช่น 2507) จะใช้โลหะเติม เช่น ER2594 ห้ามใช้ฟิลเลอร์ออสเทนนิติก (เช่น 308L, 316L) กับโลหะฐานดูเพล็กซ์ ผลการเชื่อมจะมีคุณสมบัติการกัดกร่อนที่ไม่ถูกต้องและอาจแตกร้าวได้

2. การควบคุมอินพุตความร้อน

ความร้อนเข้าเป็นฟังก์ชันของแรงดัน กระแส และความเร็วการเคลื่อนที่ สำหรับเหล็กสเตนเลสดูเพล็กซ์ โดยทั่วไปช่วงป้อนความร้อนที่แนะนำจะอยู่ระหว่าง0.5 และ 2.5 กิโลจูลต่อมิลลิเมตร. การป้อนความร้อนต่ำเกินไปอาจเสี่ยงต่อการหลอมเหลวที่ไม่สมบูรณ์หรือเฟอร์ไรต์มากเกินไป การป้อนความร้อนที่สูงเกินไปจะทำให้การระบายความร้อนช้าลง ซึ่งทำให้เฟสซิกมาก่อตัวและเฟอร์ไรต์จะหยาบ

เป้าหมายทั่วไปสำหรับ GTAW (การเชื่อมอาร์กทังสเตนด้วยแก๊ส) ของท่อ 2205 คือ0.5–1.5 กิโลจูล/มม. สำหรับ GMAW (การเชื่อมอาร์กโลหะแก๊ส) ที่มีการถ่ายโอนแบบสเปรย์แบบพัลส์ อาจยอมรับช่วงที่สูงกว่าเล็กน้อย (สูงถึง 2.0 กิโลจูล/มม.) ได้ หากควบคุมอุณหภูมิระหว่างทางอย่างเข้มงวด

3. อุณหภูมิระหว่างทาง

ต้องรักษาอุณหภูมิระหว่างทาง (อุณหภูมิของพื้นที่เชื่อมก่อนผ่านรอบถัดไป)ต่ำกว่า 150 องศาและมักจะต่ำกว่า 100 องศาในช่วงสองสามครั้งแรก อุณหภูมิอินเตอร์พาสที่สูงจะสะสมความร้อน เพิ่มเวลาในการทำความเย็นได้อย่างมีประสิทธิภาพ และส่งเสริมการตกตะกอนของเฟสซิกมา สำหรับท่อที่มีผนังบาง (เช่น ผนัง 2-3 มม.) การระบายความร้อนด้วยอากาศตามธรรมชาติระหว่างท่ออาจเพียงพอ สำหรับส่วนที่หนาขึ้น จำเป็นต้องบังคับการระบายความร้อนด้วยอากาศ หรือแม้แต่การรอนานกว่าระหว่างรอบการผ่าน

4. การป้องกันและการล้างกลับ

การเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์จะต้องได้รับการปกป้องจากออกซิเจนในบรรยากาศทั้งบนหน้าเชื่อมและด้านราก สำหรับการเชื่อมท่อ:

ก๊าซป้องกันหลัก– มักใช้อาร์กอนที่มีไนโตรเจน 1–3% ไนโตรเจนเป็นสารเพิ่มความคงตัวของออสเทนไนต์ การเติมแก๊สป้องกันเล็กน้อยเป็นเปอร์เซ็นต์จะช่วยรักษาสมดุลของเฟสที่ต้องการในโลหะเชื่อม

การล้างกลับ– ด้านในของท่อถูกไล่ออกด้วยอาร์กอนบริสุทธิ์ (หรืออาร์กอนที่มีไนโตรเจน 2–5%) เพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันของรูทบีด การปนเปื้อนของออกซิเจนทำให้เกิดเกล็ดโครเมียมออกไซด์ที่ทำให้โครเมียมหมดสิ้นและสูญเสียความต้านทานการกัดกร่อน

5. กระบวนการและเทคนิคการเชื่อม

เทคนิคพัลซิ่งอาร์ก (GTAW แบบพัลส์หรือ GMAW แบบพัลส์) เป็นที่นิยมสำหรับท่อดูเพล็กซ์เนื่องจาก:

ลดความร้อนเข้าโดยใช้กระแสไฟสูงสุดตามด้วยกระแสไฟพื้นหลังต่ำ

ปรับปรุงการควบคุมสระเชื่อมและลดความเสี่ยงของการไหม้ทะลุบนผนังบาง

สร้างโครงสร้างจุลภาคที่ละเอียดและสม่ำเสมอยิ่งขึ้น

สำหรับการเชื่อมด้วยมือ จะใช้เม็ดบีด (ผ่านเส้นตรงโดยไม่ต้องทอ) แทนที่จะใช้เม็ดบีดทอกว้าง ซึ่งจะเพิ่มการป้อนความร้อนและระบายความร้อนช้า

ขั้นตอนที่สำคัญ: การทำความสะอาดหลังการเชื่อม (การดองและการทู่)

แม้แต่การเชื่อมที่ทำด้วยความร้อนที่สมบูรณ์แบบก็ยังมีสีความร้อน(สเกลออกไซด์) บนพื้นผิวและ HAZ ที่อยู่ติดกัน ชั้นออกไซด์นี้จะหมดโครเมียมเนื่องจากโครเมียมจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนได้ดีกว่า ทำให้โลหะที่อยู่ด้านล่างมีปริมาณโครเมียมต่ำกว่า ในบริเวณที่หมดสภาพนี้ การกัดกร่อนแบบรูพรุนและรอยแยกจะเริ่มต้นทันทีในการให้บริการคลอไรด์

การทำความสะอาดหลังการเชื่อมไม่ใช่ทางเลือกสองวิธีมีประสิทธิภาพ:

การดอง (การกำจัดสารเคมี)

วางดองหรืออาบน้ำ– ส่วนผสมของกรดไนตริก (HNO₃) และกรดไฮโดรฟลูออริก (HF) จะละลายสีความร้อนและขจัดชั้นโครเมียมที่หมดสิ้นไป สำหรับท่อ ให้ทาครีมดองบนแนวเชื่อมและบริเวณที่ได้รับความร้อน โดยปล่อยทิ้งไว้ตามเวลาที่กำหนด (เช่น 15-60 นาที) จากนั้นจึงล้างออกด้วยน้ำสะอาด

การแช่ดอง– สำหรับการประกอบท่อขนาดเล็กหรือชิ้นส่วนแกนม้วน การจุ่มในอ่างดองที่ให้ความร้อนจะมีความสม่ำเสมอมากกว่า แต่ต้องใช้สิ่งอำนวยความสะดวกพิเศษ

การทำความสะอาดกลไกตามด้วยการทำทู่

บดหรือแปรง– สีความร้อนสามารถลบออกได้ด้วยแผ่นขัดละเอียดหรือแปรงที่ไม่ใช่โลหะ (เช่น แปรงลวดสแตนเลสที่ใช้กับดูเพล็กซ์เท่านั้น ไม่ใช้กับเหล็กคาร์บอน) การเจียรจะต้องขจัดชั้นสีทั้งหมดออกโดยไม่ทิ้งอนุภาคเหล็กที่ฝังอยู่

ทู่– หลังจากการทำความสะอาดเชิงกล พื้นผิวจะได้รับการบำบัดด้วยสารละลายกรดไนตริกหรือซิตริกเพื่อคืนฟิล์มโครเมียมออกไซด์แบบพาสซีฟ ขั้นตอนนี้สำคัญเนื่องจากการเจียรเพียงอย่างเดียวอาจทำให้โลหะเปื้อนและทำให้พื้นผิวมีการป้องกันน้อยลง

การเชื่อมที่ดีย่อมไม่เกิดการกัดกร่อน– หมายความว่าหลังจากการดองอย่างเหมาะสม รอยเชื่อมและ HAZ ควรมีลักษณะและความต้านทานการกัดกร่อนเช่นเดียวกับท่อหลัก หากสีความร้อนยังคงอยู่ รอยเชื่อมจะเป็นจุดเสียหายจุดแรก

การตรวจสอบคุณภาพการเชื่อม: การวัดเฟอร์ไรต์

เพื่อยืนยันว่าขั้นตอนการเชื่อมรักษาสมดุลของเฟสที่ถูกต้อง aขอบเขตเฟอร์ไรต์(เครื่องมือเหนี่ยวนำแม่เหล็ก) ใช้ในการวัดปริมาณเฟอร์ไรต์ของโลหะเชื่อมและ HAZ โดยทั่วไปช่วงที่ยอมรับได้สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์คือเฟอร์ไรต์ 30–70%(สมดุลออสเทนไนต์) ข้อกำหนดหลายประการตั้งเป้าหมายไว้ที่ 40–60%

ค่าที่ต่ำกว่า 30% บ่งชี้ว่ามีออสเทนไนต์มากเกินไป ซึ่งจะลดความแรงลง

ค่าที่สูงกว่า 70% บ่งชี้ว่ามีเฟอร์ไรต์มากเกินไป ซึ่งจะทำให้ความทนทานลดลง และอาจส่งสัญญาณว่ามีเฟสซิกมา (ซิกมาไม่ใช่แม่เหล็ก แต่เปอร์เซ็นต์เฟอร์ไรต์จะลดลงเมื่อเกิดเป็นซิกมา ค่าที่อ่านได้ของเฟอร์ไรต์ต่ำอย่างไม่คาดคิดหรือไม่สอดคล้องกันอาจเป็นเบาะแสได้)

สำหรับการใช้งานที่สำคัญ กการตรวจโครงสร้างจุลภาค(การตรวจโลหะวิทยา) อาจดำเนินการบนคูปองแบบเชื่อมเพื่อตรวจสอบเฟสระหว่างโลหะ เฟสซิกมาจะปรากฏเป็นการตกตะกอนแบบบล็อกหรือแบบเฉียบพลันภายในเม็ดเฟอร์ไรต์

ข้อผิดพลาดทั่วไปและวิธีหลีกเลี่ยง

ข้อกำหนดขั้นตอนการเชื่อม (WPS) และคุณสมบัติ

สำหรับการใช้งานทางอุตสาหกรรมใด ๆ อย่างเป็นทางการข้อกำหนดขั้นตอนการเชื่อม (WPS)ต้องได้รับการพัฒนาและผ่านการรับรองตามรหัส เช่น ASME Section IX, AWS D1.6 หรือ ISO 15614 WPS สำหรับท่อสแตนเลสดูเพล็กซ์ควรระบุอย่างชัดเจน:

เกรดโลหะฐานและช่วงความหนา

การจำแนกประเภทโลหะฟิลเลอร์ (เช่น ER2209)

กระบวนการเชื่อม (GTAW, GMAW หรือ SMAW)

ป้องกันองค์ประกอบก๊าซและอัตราการไหล

การล้างแก๊สกลับและวิธีการ

พารามิเตอร์ทางไฟฟ้า (แรงดัน กระแส ความเร็วเคลื่อนที่) พร้อมช่วงอินพุตความร้อน

ขีดจำกัดอุณหภูมิระหว่างทาง (เช่น สูงสุด 150 องศา)

ข้อกำหนดในการอุ่นเครื่อง (โดยทั่วไปไม่มีเลยสำหรับดูเพล็กซ์ ยกเว้นว่าอุณหภูมิโดยรอบต่ำกว่า 5 องศา)

ขั้นตอนการทำความสะอาดหลังการเชื่อม (น้ำยาดอง การแช่ หรือกลไก + ฟิล์มทู่)

เกณฑ์การยอมรับปริมาณเฟอร์ไรต์ (เช่น เฟอร์ไรต์ 30–70% ในโลหะเชื่อม)

การทดสอบคุณสมบัติรวมถึงการทดสอบทางกล (แรงดึง การโค้งงอ) และการทดสอบการกัดกร่อน (เช่น การทดสอบแบบรูพรุนของเฟอร์ริกคลอไรด์ตาม ASTM G48) สำหรับการเชื่อมท่อ aการทดสอบอุทกสถิตหรือการตรวจสอบกระแสไหลวนอาจจำเป็นด้วย

ข้อควรพิจารณาในการเชื่อมภาคสนาม

การเชื่อมท่อดูเพล็กซ์ในภาคสนาม (เช่น สำหรับการซ่อมแซมหรือการผูก) มีความท้าทายมากกว่าการเชื่อมในร้าน เนื่องจากการควบคุมสิ่งแวดล้อมทำได้ยากกว่า ต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษกับ:

บังลม– การใช้เลนส์และตะแกรงแก๊สเพื่อป้องกันการหยุดชะงักของแก๊ส

การตรวจสอบอุณหภูมิ– เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดหรือไพโรมิเตอร์แบบสัมผัสเพื่อตรวจสอบอุณหภูมิระหว่างทาง

การกวาดล้าง– สำหรับท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ การไล่ล้างตามความยาวทั้งหมดอาจไม่สามารถทำได้ สามารถใช้เขื่อนกำจัดเฉพาะที่ (ปลั๊กยางแบบเป่าลม) ได้

การดอง– มีน้ำพริกดองภาคสนามให้เลือก ต้องใช้และทำให้เป็นกลางอย่างระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงการไหลบ่าไปยังอุปกรณ์โดยรอบ

สรุป: วัสดุนี้ดีพอๆ กับมือที่ประกอบเข้าด้วยกันเท่านั้น

การเลือกขั้นตอนการเชื่อมที่ถูกต้องสำหรับท่อสแตนเลสดูเพล็กซ์ถือเป็นสิ่งสำคัญเพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียความต้านทานการกัดกร่อนอย่างรุนแรง โครงสร้างจุลภาคออสเทนไนต์-เฟอร์ไรต์ที่สมดุล ซึ่งให้ความแข็งแรงของดูเพล็กซ์และความต้านทานการเกิดรูพรุน สามารถถูกทำลายได้โดยการป้อนความร้อนที่มากเกินไป อุณหภูมิระหว่างทางที่สูง โลหะตัวเติมที่ไม่ตรงกัน หรือการมีอยู่ของสีความร้อนที่ทำให้โครเมียมหมดสิ้น ขั้นตอนที่มีระเบียบวินัย-ควบคุมอินพุตความร้อน (โดยทั่วไปคือ 0.5–2.5 กิโลจูล/มม.) อุณหภูมิระหว่างทางต่ำกว่า 150 องศา สารตัวเติม ER2209 สำหรับโลหะฐาน 2205 การไล่ล้างด้านหลังโดยเฉื่อย และการดองหลังการเชื่อมอย่างละเอียด-ทำให้แน่ใจได้ว่าบริเวณรอยเชื่อมยังคงประสิทธิภาพการกัดกร่อนเช่นเดียวกับท่อหลัก การตรวจสอบโดยการวัดเฟอร์ไรต์ (เฟอร์ไรต์ 30–70%) ยืนยันความสำเร็จ วัสดุนั้นดีพอๆ กับมือที่ต่อเข้าด้วยกันเท่านั้น การเชื่อมที่ดำเนินการอย่างดีจะไม่เกิดการกัดกร่อน