El cicle d'activació-apagat repetit d'escalfadors d'immersió de funda d'acer inoxidable 316 en aigua desionitzada neutra genera calor de soldadura-La sensibilització de la zona afectada i la picadura per sota dels 200 graus?
Deixa un missatge
Els tubs de calefacció elèctrica d'acer inoxidable 316 són el lloc de fallada més freqüent en sistemes d'aigua desionitzada de baixa-conductivitat, fins i tot amb concentracions de clorur inferiors a 10 ppm. Les dades del servei de camp sobre els bucles de recirculació d'aigua farmacèutica-per a-injecció (WFI) demostren que les soldadures de brida i les soldadures de tub-a-caps d'extrem sovint estan subjectes a atacs intergranulars i picades després de 18-36 mesos de funcionament, tot i que la resistivitat de l'aigua a granel és superior a 1 cm? Aquest comportament és contrari a la presumpció comuna que l'aigua de pH neutre i de baix -clor no és significativament corrosiva per als acers inoxidables austenítics. La causa principal és una combinació de la sensibilització de la-zona afectada per la calor de la soldadura (HAZ) i el cicle tèrmic repetitiu de l'ús intermitent de l'escalfador. La temperatura de la superfície de la coberta varia entre els punts de consigna ambiental i nominals de 150 a 200 graus per als sistemes WFI amb cada cicle d'encesa-apagat. Aquest cicle provoca un esgotament localitzat de crom als límits de gra a la ZAZ, fent que aquestes regions siguin susceptibles a l'atac fins i tot de molècules oxidants de traça presents a l'aigua d'alta puresa. Aquest article quantifica la relació entre l'historial tèrmic de la soldadura, el grau de sensibilització i l'inici de la picada en cicles de baixa temperatura per proporcionar un marc d'especificacions per als enginyers que especifiquen escalfadors d'immersió d'acer inoxidable 316 soldats per al servei d'aigua d'alta puresa.
Reformular la frase
Torna a la frase original
Còpia la frase
Sinònims
història,
el passat,
les edats,
temps passats,
els anys,
temps,
esdeveniments passats,
esdeveniments històrics,
passat,
períodes passats,
la història en el seu conjunt
el curs de la història,
historiografia,
segles passats,
el nostre passat,
edats,
els segles,
el seu passat,
patrimoni,
fons,
context històric,
esdeveniments passats
el transcurs del temps,
temps passats,
història, i
esdeveniments històrics
història passada,
la seva història,
el curs de la història,
la història també,
tradició,
Mecanisme metal·lúrgic de sensibilització a baixa temperatura de beines d'acer inoxidable 316 soldades
S'entén que la sensibilització de l'acer inoxidable 316 es produeix quan s'exposa a temperatures entre 450 i 850 graus durant el temps suficient per provocar la precipitació de carburs de crom als límits del gra. No obstant això, la soldadura del tub de la funda de paret prima (gruix de paret mitjà 1,0-1,6 mm) produeix un petit HAZ que es refreda ràpidament des de la zona fosa. Aquest HAZ té una fina dispersió de carburs de crom formats durant el cicle tèrmic de soldadura, deixant una petita zona esgotada de crom al costat de cada límit de gra. En un entorn típic de clorur corrosiu, aquesta sensibilització a la llum pot no induir una fallada instantània. No obstant això, es desenvolupa un mecanisme de corrosió diferent en aigua desionitzada d'alta puresa que conté oxigen dissolt (generalment 5-8 ppm a temperatura ambient, reduint-se a 2-3 ppm a 80 graus).
El cicle tèrmic repetit entre la temperatura ambient i els 150-200 graus C accelera dues coses. Les pressions diferencials d'expansió tèrmica entre el metall de soldadura (amb un coeficient lleugerament més elevat a causa de l'estructura de fosa) i el metall base produeixen primer microcracking de les zones de límit de gra esgotades de crom prim. En segon lloc, la calefacció i refrigeració cíclica bombeja petites quantitats d'aigua desionitzada dins i fora de les falles HAZ trencant la superfície. En escalfar-se, l'aigua s'evapora d'aquestes microescletxes, concentrant qualsevol traça contaminant (com el clorur sobrant dels processos de fabricació o tractament d'aigua) per factors de 100 a 1000. Les mesures de potencial electroquímic en una soldadura ciclada d'acer inoxidable 316 indiquen que la HAZ esdevé anòdica al metall de soldadura i al metall base en 150-200 mV durant l'etapa d'escalfament del cicle, establint una cèl·lula de corrosió impulsada.
Quantificació dels temps d'inici de pitting en proves de soldadura HAZ
Les soldadures TIG autògenes (sense metall d'aportació) es van provar en aigua de-ionitzada (resistivitat 18 MΩ cm, oxigen dissolt 6 ppm, pH 6,8, sense clorurs addicionals) utilitzant 316 mostres de tub d'acer inoxidable en condicions accelerades de laboratori. Les mostres es van ciclar tèrmicament de 25 graus a 180 graus a una velocitat d'escalfament de 5 graus / min, que és típic d'un cicle de treball de l'escalfador. Cada cicle complet consistia en mantenir a 180 graus durant 30 minuts seguit d'un refredament forçat per aire a 25 graus. El fracàs es va definir com una picadura òbvia amb un augment de 50x o una perforació determinada per la inspecció del penetrant de colorant.
Sense ciclisme, immersió contínua de 180 graus: sense picades després de 5000 hores. Cap cicle d'estrès tèrmic va provocar que la HAZ romangués inactiva.
50 cicles calents (~ 100 hores de funcionament escalfat). Sense picat aparent. Les proves de reactivació potenciodinàmica electroquímica (EPR) van mostrar un grau de sensibilització (DOS) del 3% que es troba per sota del límit habitual de corrosió activa.
200 cicles tèrmics (aproximadament . 400 hores): signes inicials de micro-picadura a la soldadura HAZ. Les fosses < 20 µm de diàmetre només són observables per SEM. DOS va pujar al 8 per cent.
600 cicles tèrmics (aproximadament . 1200 hores) Picats visibles en 10-15 llocs al llarg de la ZAC a banda i banda del cordó de soldadura. Profunditat de penetració a la fossa més profunda: 0,3 mm en una mostra de paret d'1,2 mm (25% de penetració a la paret). DOS: 14 per cent.
70% de mostres Perforacions múltiples de fossa 1200 cicles tèrmics (~2400 hores) Profunditat mitjana de la fossa: 0,9 mm, Fuga a través de la paret de 1,2 mm. DOS > 20%
En comparació, les mateixes mostres exposades a aigua de-ionitzada amb 50 ppm addicionals de clorur de sodi (encara s'anomena clorur baix) van fallar després de només 250 cicles, demostrant que el mecanisme de sensibilització és sinèrgic fins i tot amb traces de clorurs. El resultat clau és que fins i tot l'aigua desionitzada pura i lliure de qualsevol clorur detectable va induir una fallada de picat després de 1200 cicles, només a causa dels efectes de concentració dins les esquerdes induïdes per cicles tèrmics-a la ZAZ.
Efecte de l'entrada de calor de la soldadura i del tractament posterior a la soldadura en el cicle de vida
Els paràmetres de procés de la soldadura determinen substancialment el grau de sensibilització i la resistència a la picadura en el cicle tèrmic. Es van provar tres condicions típiques de soldadura per a la fabricació de beines d'acer inoxidable 316:
Condició de la soldadura Entrada de calor (kJ/cm) Amplada HAZ (mm) Mesurada DOS després de la soldadura Cicles tèrmics fins a la perforació Aplicació recomanada
TIG autògen d'alta entrada de calor (80-100 A, viatge lent) 1.8 - 2.5 1.2 - 1.8 22% 180 - 300No recomanat per a cap servei de ciclisme
Subministrament de calor normal TIG (50 - 70 A, moviment mitjà) 1.0 - 1.5 0.6 - 1.0 12% 600 - 900 Servei intermitent per sota de 150 graus C,<1000 cycles total
TIG polsat, entrada de calor baixa (30-50 A, viatge ràpid, farciment si cal) 0,5 – 0.8 0.3 – 0.5 5% 1800 – 2400 Recomanat per a aigua d'alta puresa, servei ciclat
Entrada de calor baixa + recuit de solució posterior a la soldadura (1050 graus, extinció d'aigua) 0,5 - 0.8 0 (completament recristal·litzat)<1% >10.000 (no s'ha vist picat a la terminació de la prova) Òptim per a aplicacions crítiques de WFI farmacèutiques
La condició de recuit de la solució elimina completament la sensibilització, però sovint no és viable per als conjunts d'escalfadors acabats perquè el cable de resistència interna (sovint NiCr 80/20) no pot suportar 1050 graus sense oxidació i deformació dimensional. Per tant, a la majoria dels escalfadors fabricats, el millor compromís entre fabricabilitat i resistència a la corrosió és la soldadura TIG polsada amb baixa entrada de calor amb un control estricte de l'entrada de calor per sota de 0,8 kJ/cm.
Solucions d'enginyeria per allargar la vida útil de la soldadura en el servei de ciclisme d'aigua desionitzada
Cinc mètodes de disseny i especificació poden prevenir o retardar la fallada de la perforació HAZ quan l'entorn operatiu conté aigua desionitzada o d'osmosi inversa amb cicles intermitents de l'escalfador. Cada lot de soldadures s'ha de qualificar mitjançant la prova EPR segons ASTM G108 pel fabricant de l'escalfador amb un DOS màxim permès del 8% per al servei general o del 5% per a aplicacions farmacèutiques. 2. Requereix la soldadura amb un protector de gas posterior (argó o nitrogen) al diàmetre interior del tub de la funda quan sigui accessible. Això evita l'oxidació de l'arrel interior de la soldadura que esgota localment el crom. En tercer lloc, prescriu un polit mecànic post-soldat de la regió HAZ externa fins a un acabat superficial de Ra < 0,4 µm. El poliment elimina la capa superficial prima on l'esgotament de crom és més greu. Les proves electroquímiques revelen que polir una soldadura amb un DOS inicial del 12% redueix el DOS efectiu a la superfície al 6%, duplicant la vida del cicle tèrmic. En quart lloc, desenvolupar una rutina operativa per reduir el nombre de cicles tèrmics. Això hauria d'incloure la circulació contínua o el mode d'espera-de baixa potència-en lloc d'apagar-l'escalfador per complet. Una instal·lació farmacèutica va passar del control d'encesa-apagat al control proporcional amb una temperatura d'espera de 60 graus, i els errors de soldadura van disminuir del 15% anual a menys de l'1%. En cinquè lloc, requereix el recuit de totes les juntes soldades després de la soldadura i abans del muntatge final per a les noves instal·lacions que s'espera que experimentin més de 2.000 cicles de temperatura durant una vida útil de deu-anys, fins i tot si es requereix un procediment de fabricació en dues-etapes amb re-soldadura dels components interiors.
Especificació de qualitat de soldadura per a la fiabilitat a llarg termini dels escalfadors d'aigua d'alta puresa
Quan s'especifiquen escalfadors d'immersió elèctrics d'acer inoxidable 316 per a aigua desionitzada, permeat d'osmosi inversa o serveis d'aigua destil·lada, els enginyers haurien d'especificar estàndards de qualitat de soldadura a l'especificació de compra. Proporcioneu còpies dels registres de qualificació del procediment de soldadura (WPQR) que inclouen paràmetres d'entrada de calor i indiqueu els resultats de la prova EPR en un cupó soldat amb la mateixa configuració. Per a situacions en què la freqüència de cicle de l'escalfador projectada és superior a dos cicles per dia, es requereix una soldadura TIG polsada amb una entrada de calor màxima d'1,0 kJ/cm i una amplada HAZ màxima de 0,7 mm. A les zones on la resistivitat de l'aigua és superior a 1 MΩ.cm (conductivitat inferior a 1 µS/cm), estipuleu que totes les soldadures mullades es polissin per electropolir per eliminar 20-30 µm de material superficial. Això eliminarà la capa més esgotada de crom. En tractar la sensibilització de la soldadura com un mecanisme de fallada important, en lloc de suposar que un baix clorur garanteix la resistència a la corrosió, els enginyers poden obtenir una vida útil de l'escalfador de més de deu anys en aplicacions difícils del cicle d'aigua d'alta puresa.
