نحوه جوش دادن فولاد ضد زنگ دوبلکس

مقدمه

فولاد ضد زنگ دوبلکس (DSS) به یکی از-جستجوترین مواد در کاربردهای صنعتی پر تقاضا تبدیل شده است. این شهرت را با ترکیب بهترین ویژگی‌های فولادهای زنگ نزن آستنیتی و فریتی در یک ریزساختار تک فاز-دو فاز - تقریباً 50 درصد آستنیت و 50 درصد فریت به دست آورده است. نتیجه مقاومت در برابر خوردگی استثنایی، استحکام مکانیکی بالا و مقاومت فوق العاده در برابر ترک خوردگی تنشی (SCC) است.

با این حال، این مزایا با یک هشدار مهم همراه است:فولاد ضد زنگ دوبلکسبه جوشکاری نامناسب بسیار حساس است. اتصال نادرست DSS می تواند منجر به عدم تعادل فاز، رسوب ترکیبات بین فلزی مضر (مانند فاز سیگما)، یا ایجاد تنش پسماند ناخواسته شود. هر یک از این نتایج می تواند به طور چشمگیری عملکرد مواد را در سرویس کاهش دهد - که گاهی باعث خرابی فاجعه بار در خطوط لوله، مخازن تحت فشار یا مبدل های حرارتی می شود.

این راهنما همه چیزهایی را که باید در مورد جوشکاری فولاد زنگ نزن دوبلکس به درستی بدانید را پوشش می دهد: از درک متالورژی و انتخاب مواد پرکننده مناسب، تا کنترل گرمای ورودی، انتخاب بهترین فرآیند جوشکاری، و تأیید کیفیت جوش از طریق{0}}بازرسی بعد از جوش.

درک فولاد ضد زنگ دوبلکس: نمرات و خواص

قبل از برداشتن مشعل جوشکاری، ضروری است که مشخص کنید با کدام درجه دوبلکس کار می کنید. نمرات DSS طیف وسیعی از محتوای آلیاژ و مقاومت در برابر خوردگی را در بر می گیرد که اغلب با استفاده از عدد معادل مقاومت حفره ای (PREN) اندازه گیری می شود:

PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N

PREN بالاتر نشان دهنده مقاومت در برابر خوردگی حفره ای بهتر است. جدول زیر رایج ترین گریدهای دوبلکس، ترکیبات آلیاژی آنها و کاربردهای معمولی را خلاصه می کند:

PREN=عدد معادل مقاومت حفره‌ای. مقادیر تقریبی هستند و به شیمی دقیق در محدوده درجه بستگی دارند.

دانستن نمره فقط علمی نیست - بلکه مستقیماً فلز پرکننده، محدوده ورودی گرما و الزامات بازرسی پس از جوش را تعیین می‌کند.

انتخاب فلز پرکننده: پایه و اساس یک جوش دوبلکس صدا

انتخاب فلز پرکننده اشتباه یکی از رایج ترین و پرهزینه ترین خطاها در جوشکاری فولاد ضد زنگ دوبلکس است. اصل راهنما استفاده از پرکننده آلیاژی - یک فلز پرکننده با محتوای نیکل (Ni) بالاتر از فلز پایه است. این اثر رقت و تمایل فریت به تسلط بر منطقه جوش در طول انجماد سریع را جبران می کند.

اصل انتخاب کلید

فلز پرکننده باید تعادل فریت آستنیت{0}}در فلز جوش را به محدوده هدف 35 تا 65 درصد فریت بازگرداند. اگر فریت از 70 درصد بیشتر شود، مفصل شکننده می شود و چقرمگی را از دست می دهد. اگر آستنیت کمتر از 25 درصد فریت باشد، مقاومت در برابر خوردگی تنشی به خطر می افتد.

همیشه بررسی کنید که فلزات پرکننده به درستی ذخیره و نگهداری شوند: الکترودهای SMAW باید طبق توصیه سازنده (معمولاً 300 تا 350 درجه به مدت 1 تا 2 ساعت) خشک نگه داشته و مجدداً- خشک شوند تا از برداشت هیدروژن جلوگیری شود.

فرآیندهای جوشکاری: انتخاب روش مناسب

فرآیندهای جوشکاری چندگانه را می توان با موفقیت در فولاد ضد زنگ دوبلکس استفاده کرد، مشروط بر اینکه جوشکار از پارامترهای درجه{0} خاص پیروی کند. هر فرآیند بسته به کاربرد دارای مزایای متمایز است:

پارامتر بحرانی: کنترل ورودی گرما

ورودی گرما مهمترین متغیر در جوشکاری فولاد ضد زنگ دوبلکس است. به صورت زیر محاسبه می شود:

ورودی گرما (کیلوژول در میلی‌متر)=[ولتاژ (V) × جریان (A) × 60] ÷ [سرعت سفر (میلی‌متر/دقیقه) × 1000]

محدوده ورودی گرمای پذیرفته شده برای اکثر گریدهای دوبلکس 0.5 تا 2.5 کیلوژول بر میلی متر است و هدف ترجیحی 0.8 تا 1.5 کیلوژول بر میلی متر است. حرارت ورودی کمتر از 0.5 کیلوژول بر میلی متر جوش را خیلی سریع خنک می کند و فریت اضافی را به دام می اندازد. گرمای ورودی بالاتر از 2.5 کیلوژول بر میلی‌متر می‌تواند باعث رسوب فاز سیگما (یک ترکیب بین فلزی) در ناحیه تحت تأثیر گرما (HAZ) شود و چقرمگی و مقاومت در برابر خوردگی را به شدت کاهش دهد.

آماده سازی قبل از جوش: تنظیم مرحله برای موفقیت

حتی بهترین روش جوشکاری نیز نمی تواند آماده سازی ضعیف را جبران کند. مراحل قبل از جوشکاری زیر{{1}قابل مذاکره نیست:

طراحی مشترک و تناسب{0}}بالا

برای از بین بردن شکاف هایی که باعث ایجاد خوردگی می شوند، از طراحی جوش لب به لب با نفوذ کامل استفاده کنید.

زاویه اریب: 60 تا 70 درجه (زاویه شامل) برای مفاصل باسن استاندارد است. برای لوله ها، از یک اریب 37.5 درجه در هر ASME B31.3 یا استاندارد معادل آن استفاده کنید.

شکاف ریشه: 2-3 میلی متر برای عبور ریشه TIG. برای جلوگیری از ورودی گرمای متغیر، تناسب ثابت را حفظ کنید-.

به حداقل رساندن اندازه جوش چسبیده؛ اطمینان حاصل کنید که جوش های چسبنده همان الزامات کیفی جوش نهایی را برآورده می کنند.

تمیز کردن و کنترل آلودگی

قبل از جوشکاری تمام سطوح را با استون یا حلال صنعتی تایید شده چربی زدایی کنید.

تمام رسوبات آسیاب، رنگ، گریس و رطوبت را از حداقل 25 میلی متر در هر طرف اتصال حذف کنید.

برای جلوگیری از آلودگی آهن، از برس های سیمی فولاد ضد زنگ و دیسک های سنگ زنی اختصاصی استفاده کنید - هرگز ابزار را با فولاد کربنی به اشتراک نگذارید.

هنگام کار با سطوح آماده شده از دستکش تمیز استفاده کنید.

پیش گرمایش مورد نیاز

در بیشتر موارد، فولاد ضد زنگ دوبلکس نیازی به پیش گرم کردن ندارد. در واقع، پیش گرمایش بالای 100 درجه به طور کلی ممنوع است زیرا خطر تشکیل فاز سیگما را افزایش می دهد. استثنا زمانی است که دمای محیط زیر 5 درجه باشد یا شواهدی از رطوبت - در این موارد وجود داشته باشد، گرمای ملایم-تا 15 تا 50 درجه قابل قبول است.

گاز محافظ و پاکسازی پشتی: محافظت از جوش در برابر اکسیداسیون

نیتروژن یک عنصر آلیاژی کلیدی در فولاد ضد زنگ دوبلکس است - فاز آستنیت را تثبیت می کند و به طور مستقیم به مقاومت در برابر خوردگی کمک می کند. گازهای محافظ که شامل 1 تا 3 درصد نیتروژن هستند، به حفظ محتوای نیتروژن در حوضچه جوش کمک می کنند، که در غیر این صورت از طریق تبخیر در طول جوشکاری از بین می رود.

دوبلکس استاندارد (2205): آرگون + 2% N2 برای پاس های ریشه و پر GTAW و GMAW توصیه می شود.

آرگون خالص: قابل قبول برای GTAW با فلزات پرکننده غنی از نیتروژن-، اما ترجیح داده کمتر.

از گازهای غنی از CO2 اجتناب کنید: غلظت CO2 بالای 25٪ می تواند باعث اکسیداسیون بیش از حد و کاهش احتباس نیتروژن شود.

نرخ جریان گاز: 12-15 لیتر در دقیقه برای GTAW. 15-20 لیتر در دقیقه برای GMAW. جریان آشفته یا ناکافی باعث ایجاد تخلخل می شود.

پاکسازی برگشت برای روت پاس ها

پاکسازی برگشتی - غرق شدن داخل لوله یا کشتی با گاز بی اثر - برای عبور ریشه روی فولاد ضد زنگ دوبلکس اجباری است. سطح اکسیژن در ناحیه پاکسازی باید قبل از شروع جوشکاری به کمتر از 0.1% (1000 ppm) کاهش یابد و در طول رسوب گذاری ریشه در زیر آن سطح باقی بماند. گاز پاکسازی: 100% آرگون یا آرگون + 2% نیتروژن. قبل از برخورد با قوس باید از یک آنالایزر اکسیژن برای بررسی کیفیت پاکسازی استفاده شود.

کنترل دمای Interpass و نرخ خنک کننده

کنترل دمای بینگذر به اندازه کنترل گرمای ورودی مهم است. حداکثر دمای بین گذر برای فولاد ضد زنگ دوبلکس 150 درجه (302 درجه فارنهایت) برای دوبلکس استاندارد است و برخی از مشخصات سوپردوپلکس ممکن است به محدودیت‌های پایین‌تری (120 درجه) نیاز داشته باشند.

دمای بین گذر را با دماسنج تماسی مدرج یا پیرومتر مادون قرمز در فاصله 25 میلی متری از خط مرکزی جوش اندازه گیری کنید. اجازه دهید جوش به طور طبیعی خنک شود - هرگز از خنک کننده هوای اجباری یا خاموش کردن آب استفاده نکنید، که می تواند باعث شوک حرارتی و ترک شود.

اگر فشار تولید زیاد است، برای زمان انتظار کافی بین پاس ها برنامه ریزی کنید. یک قانون مفید: برای یک جوش فیله 6 میلی متری با حرارت ورودی متوسط ​​(~1.0 کیلوژول بر میلی متر)، حداقل 3 تا 5 دقیقه بین پاس ها فاصله بگذارید تا اطمینان حاصل شود که فلز به زیر 150 درجه برمی گردد.

پست{0}}درمان جوش: تکمیل و ترمیم

ارسال-تصفیه حرارتی جوش (PWHT)

گاهی اوقات برای کاربردهای بسیار بحرانی یا زمانی که مجموعه جوش داده شده حرارت ورودی بیش از حد را تجربه کرده است، عملیات حرارتی پس از جوش (بازپخت محلول) مورد نیاز است. دمای معمولی آنیل محلول برای گریدهای دوبلکس 1020-1100 درجه است و به دنبال آن خاموش شدن سریع آب است. این فاز سیگما را حل می کند و ریزساختار متعادل را بازیابی می کند. با این حال، PWHT هزینه قابل توجهی را اضافه می کند و معمولاً فقط در مخازن تحت فشار بحرانی یا کاربردهای زیر دریا مشخص می شود.

ترشی و غیرفعال سازی

پس از جوشکاری، رنگ حرارتی (تغییر رنگ اکسیداسیون) روی جوش و HAZ باید حذف شود تا فیلم اکسید کروم غیرفعال که مقاومت خوردگی آن را به فولاد ضد زنگ می دهد، بازیابی شود. این امر توسط:

روش های مکانیکی: برس زدن یا سنگ زنی سیم فولادی ضد زنگ با دیسک های ساینده اختصاصی.

ترشی شیمیایی: استفاده از خمیر یا اسپری نیتریک-اسید هیدروفلوئوریک (پروتکل های بهداشتی و ایمنی دقیق را دنبال کنید؛ این مواد شیمیایی خطرناک هستند). زمان قرار گرفتن در معرض معمولاً 15 تا 60 دقیقه است و پس از آن شستشوی کامل با آب انجام می شود.

غیرفعال سازی: پس از ترشی کردن، محلول اسید نیتریک (20 تا 50 درصد حجمی) را اعمال کنید تا از حداکثر تشکیل فیلم اکسید اطمینان حاصل کنید.

عیوب رایج جوشکاری و نحوه پیشگیری از آنها

جدول زیر بیشترین عیوب را که در جوشکاری فولاد ضد زنگ دوبلکس با آن مواجه می‌شویم، علل ریشه‌ای آن‌ها و راهبردهای پیشگیری اثبات‌شده خلاصه می‌کند:

ارسال{0}}بازرسی جوش و تضمین کیفیت

بازرسی دقیق آخرین خط دفاعی برای اطمینان از جوش فولاد ضد زنگ دوبلکس ایمن و قابل اعتماد است. یک رژیم بازرسی معمولی شامل:

بازرسی بصری (VT)

The first and simplest check - performed immediately after welding and cleaning. Look for surface cracks, incomplete fusion, excessive undercut (>0.5 میلی متر)، همپوشانی یا تخلخل قابل مشاهده. در صورت لزوم از نورپردازی و بزرگنمایی روشن استفاده کنید.

اندازه گیری محتوای فریت

برای اندازه گیری عدد فریت (FN) روی فلز جوش و HAZ از یک فریتسکوپی مدرج (بر اساس ISO 8249 یا AWS A4.2) استفاده کنید. محدوده قابل قبول معمولاً FN 30-70 (تقریباً 35-65٪ فریت حجمی) است. اندازه گیری ها را در فواصل مشخص در طول جوش ثبت کنید.

آزمایش غیر مخرب (NDT)

آزمایش نافذ رنگ (PT): ترک‌ها و تخلخل‌های سطح-شکن را تشخیص می‌دهد. اجباری در پاس های ریشه و درپوش نهایی برای مفاصل فشاری-.

Ultrasonic Testing (UT): Detects volumetric flaws including lack of fusion, slag inclusions, and internal cracks. Preferred for thicker sections (>6 میلی متر).

تست رادیوگرافی (RT): برای مفاصل بحرانی که نیاز به ثبت دائمی است استفاده می شود. برای تشخیص تخلخل، آخال ها و عدم همجوشی داخلی موثر است.

تست خوردگی

برای سخت‌ترین کاربردها (زیر دریا، پردازش شیمیایی)، ممکن است آزمایش خوردگی حفره‌ای ASTM G48 A یا B مشخص شود. این شامل غوطه ور کردن نمونه آزمایشی در محلول کلرید آهن 6 درصد در دمای بالا و بررسی برای حفره شدن یا کاهش وزن پس از 24 ساعت است.

استانداردهای انطباق و مشخصات مرجع

تمام جوشکاری های فولاد ضد زنگ دوبلکس باید مطابق با استانداردهای بین المللی مربوطه انجام شود. استانداردهای کلیدی عبارتند از:

ASME بخش IX - شرایط جوش و لحیم کاری (مخازن تحت فشار و لوله کشی)

کد جوشکاری سازه AWS D{0}} برای فولاد ضد زنگ

ISO 15614-1 - مشخصات و صلاحیت روش‌های جوشکاری برای مواد فلزی

NORSOK M-601 - جوشکاری و بازرسی لوله کشی (برنامه های فراساحلی/زیر دریا)

EN 1011-3 - توصیه هایی برای جوشکاری فولادهای زنگ نزن

ASTM A240 / A276 - مشخصات مواد برای صفحه و میله فولادی ضد زنگ دوبلکس

مشخصات روش جوشکاری (WPS) و سوابق صلاحیت رویه (PQR) باید قبل از شروع جوشکاری تولید در هر کار تحت نظارت کد ایجاد و واجد شرایط باشند.

نتیجه گیری

نکات کلیدی این راهنما ساده است: درجه خود را بشناسید، یک فلز پرکننده آلیاژی انتخاب کنید، گرمای ورودی را بین 0.5 تا 2.5 کیلوژول بر میلی متر کنترل کنید، دمای بین گذر را زیر 150 درجه نگه دارید، به شدت تمیز کنید، کاملا تمیز کنید و به دقت بازرسی کنید. از این اصول پیروی کنید و فولاد ضد زنگ دوبلکس با جوش هایی که برای چندین دهه - حتی در خشن ترین محیط های روی زمین عملکرد قابل اعتمادی دارند، پاداش خواهد داد.

برای گواهی مواد، برگه اطلاعات فنی، یا مشاوره جوشکاری خاص پروژه شما،با تیم ما تماس بگیریدیا از کاتالوگ محصولات آنلاین ما دیدن کنید.