За производствените инженери и професионалистите по осигуряване на качеството, отговорни за електрически потопяеми нагреватели в сервиз със сярна киселина, закрепването на монтажните фланци и фитингите към обвивката от неръждаема стомана 316 изисква заваряване. Топлината от заваряването може да причини сенсибилизация-отлагането на хромни карбиди по границите на зърната в засегнатата от топлина-зона. Sensitized 316 губи своята устойчивост на корозия и става податлив на междукристална корозия, която атакува преференциално границите на зърната, причинявайки бърза загуба на материал и потенциална повреда на нагревателя. Дебелината на стената на обвивката влияе както върху скоростта на охлаждане след заваряване, така и върху необходимостта от отгряване след -заваряване. Тази статия идентифицира специфичния праг на концентрация на сярна киселина, при който обвивка от 1,2 mm 316 изисква отгряване след -заваряване, за да се предотврати нападение от междукристална корозия.
Сенсибилизация и механизъм на междукристална корозия в 316
Когато неръждаема стомана 316 се нагрява до температури между 450 градуса и 850 градуса -диапазонът на чувствителност-хромните карбиди се утаяват по границите на зърната. Това утаяване изчерпва хрома в регионите, съседни на границите на зърната, оставяйки ги с по-малко от 12% хром, необходим за образуването на пасивен филм. В корозивна среда тези бедни на хром-зони корозират предимно, причинявайки атака на границата на зърното и евентуална загуба на материал. За обвивка с тънки -стени от 1,2 mm скоростта на охлаждане след заваряване е бърза, тъй като ниската топлинна маса позволява на топлината да се разсейва бързо. Тънка стена се охлажда от температурата на заваряване до под 450 градуса за секунди, прекарвайки минимално време в обхвата на сенсибилизация. За обвивка с дебели-стени над 3 mm скоростта на охлаждане е по-бавна, което увеличава риска от сенсибилизация. Въпреки това, за 1,2 mm стена скоростта на охлаждане обикновено е достатъчно бърза, за да се избегне сенсибилизация при стандартни условия на заваряване с газова волфрамова дъга. Критичният фактор не е само дебелината на стената, а въглеродното съдържание на материала 316. Ниско-въглерод 316L (максимум 0,03% въглерод) е силно устойчив на сенсибилизация, независимо от дебелината на стената. Стандарт 316 (максимум 0,08% въглерод) може да предизвика чувствителност, ако охлаждането е твърде бавно.
Критична концентрация на сярна киселина за откриване на сенсибилизация
Интергрануларната корозия в сенсибилизиран 316 е най-агресивна при специфични концентрации на сярна киселина. Тестът на Strauss (ASTM A262 Practice E) използва кипяща 16% сярна киселина с меден сулфат за откриване на сенсибилизация. При експлоатация междугранулираната атака възниква най-лесно при концентрации на сярна киселина между 10% и 40% при температури над 50 градуса. Под 10% киселината не е достатъчно агресивна, за да атакува преференциално границите на зърната. Над 40% киселината става окисляваща и репасивира повърхността, скривайки сенсибилизацията. За обвивка от 1,2 mm 316, работеща в сярна киселина, прагът на концентрация за риск от междукристална корозия е приблизително 15–25% при температури от 60–80 градуса. Под 15%, сенсибилизираната обвивка може да оцелее години без видима атака. Над 25%, окислителната природа на киселината може да потисне междузърнестите атаки, въпреки че питингът става проблем. В критичния диапазон от 15–25% сенсибилизираната обвивка може да загуби 0,5–2,0 mm материал на година по границите на зърната, прониквайки през стена от 1,2 mm в рамките на месеци. Следователно, за приложения с концентрации на сярна киселина между 15% и 25% при температури над 50 градуса, силно се препоръчва отгряване след заваряване, освен ако не се използва 316L.
Матрица на изискванията за отгряване за заварени 316 обвивки
Таблицата по-долу предоставя препоръки за отгряване след заваряване на 1,2 mm 316 обвивки въз основа на концентрацията на сярна киселина, работната температура и специфичния използван клас 316. Отгряването се състои от нагряване на заварения възел до 1050 градуса за 15 минути, последвано от бързо охлаждане (закаляване с вода или принудителен газ).
| Концентрация на сярна киселина | Работна температура | 316 степен | Изисква ли се-отгряване след заваряване? | Алтернативна препоръка |
|---|---|---|---|---|
| Под 10% | Всяка температура | 316 или 316L | не | Приемливо стандартно заваряване |
| 10 – 15% | Под 60 градуса | 316L | не | 316L за предпочитане |
| 10 – 15% | Под 60 градуса | 316 | Не, но се препоръчва 316L | Приемливо без отгряване |
| 10 – 15% | 60-90 градуса | 316L | не | Монитор за атака |
| 10 – 15% | 60-90 градуса | 316 | да | Отгряване или използвайте 316L |
| 15 – 25% | Под 50 градуса | 316L | не | 316L приемливо |
| 15 – 25% | Под 50 градуса | 316 | да | Изисква се отгряване |
| 15 – 25% | 50-80 градуса | 316 или 316L | да | Отгряването е задължително за всеки клас |
| 15 – 25% | Над 80 градуса | Всеки 316 | Да, плюс помислете за надграждане на сплавта | Висок риск от атака; използвайте сплав 20 |
| 25 – 40% | Всяка температура | Всеки 316 | Не е приложимо | Сенсибилизацията не е основният начин на повреда; доминира питингът |
| над 40% | Всяка температура | Всеки 316 | Не е приложимо | Окислителна киселина; междугрануларна атака е малко вероятна |
За критичния обхват на концентрация от 15–25% при температури над 50 градуса, отгряването след -заваряване на 1,2 mm 316 обвивка е от съществено значение, ако се използва стандарт 316. Дори и с 316L, отгряването осигурява допълнителна граница на безопасност. Без отгряване зоната на закрепване на заварен фланец може да развие междукристална корозия, която прониква през тънката стена за 3–12 месеца, причинявайки отделяне на фланеца или изтичане на обвивката.
Практически съображения за отгряване за тънкостенни обвивки-
Отгряването след-заваряване на обвивка от 1,2 mm 316 представлява практически предизвикателства. Високата температура от 1050 градуса може да причини окисляване на вътрешния съпротивителен проводник, ако модулът не е правилно защитен. Отгряването трябва да се извърши в пещ с контролирана атмосфера с аргон или дисоцииран амоняк, за да се предотврати окисляването. Алтернативно, индукционното нагряване може да загрява зоната на заваряване локално, без да нагрява целия нагревател. За нагреватели, които вече са щамповани с MgO изолация, пълното отгряване в пещта не е възможно, тъй като MgO се разширява по различен начин от стоманата и може да напука обвивката. Следователно отгряването трябва да се извърши след заваряване, но преди щанцоване, или да се локализира само в областта на заварката. Инженерите трябва да уточнят, че всяко заваряване на 316 обвивки, предназначени за работа с 15–25% сярна киселина, трябва да бъде последвано от локализирано индукционно отгряване на засегнатата от топлина-зона. Закалената зона трябва да се простира най-малко на 10 mm от двете страни на заваръчния шев. Проверката на правилното отгряване може да се извърши с помощта на феритомер или чрез подлагане на проба от заваръчен шев на изпитване ASTM A262 Practice E. Доставчик, който не може да извърши отгряване след -заваряване или да осигури изпитване за проверка, не трябва да се използва за приложения със сярна киселина в критичния диапазон на концентрация. Цената на единична повреда от междукристална корозия-обикновено внезапна и без предупреждение-далеч надвишава цената на правилните процедури на отгряване. За нови инсталации, определянето на 316L вместо стандарт 316 елиминира риска от сенсибилизация за 1,2 mm стени във всички, освен най-агресивните условия, и е силно препоръчително за всяка услуга със сярна киселина над 10% концентрация.
