Per què el gruix de la paret de la funda d'acer inoxidable 316 per sota d'1,0 mil·límetres requereix procediments de soldadura especials per a la fixació de brides en escalfadors d'immersió elèctrics?

Un dels procediments més crucials en la producció d'escalfadors elèctrics d'immersió per a enginyers de fabricació i professionals de garantia de qualitat és la fixació de brides de muntatge a la funda d'acer inoxidable 316. Una soldadura defectuosa pot permetre la intrusió del fluid del procés, curtcircuits elèctrics o la separació total de l'escalfador. Els processos de soldadura per a gruixos de paret normals de més d'1,5 mm estan ben establerts. La soldadura de beines-de paret fina de 316 per sota d'1,0 mm proporciona problemes diferents. La baixa massa tèrmica de la paret prima provoca una ràpida acumulació de calor-i crema-, formació excessiva de gra i pèrdua de resistència a la corrosió. Aquest article descriu la mesura dels problemes de soldadura de les beines de paret prima 316 i la determinació de les alteracions de procediment necessàries per assegurar una fixació fiable de les brides.

Problemes de gestió tèrmica de la soldadura de paret fina-316
To weld a 316 sheath to a mounting flange the base metal is melted using heat to generate a fusion zone. For a thick-walled sheath (>1,6 mm) el dissipador de calor del material circumdant elimina la calor de la piscina de soldadura i evita un augment excessiu de la temperatura. Per a una funda-de paret fina de menys d'1,0 mm, l'efecte del dissipador de calor és insignificant. El mateix corrent de soldadura que crearia un conjunt de soldadura controlat en una paret d'1,6 mm es fon a través d'una paret de 0,9 mm en mil·lisegons. 316 L'acer inoxidable té una difusivitat tèrmica d'aproximadament 4 mm2/s a temperatura normal. La conducció de calor a través del gruix de 0,9 mm només triga 0,02 segons. Això vol dir que tret que l'entrada de calor estigui estretament regulada, la part posterior de la funda assoleix el punt de fusió pràcticament immediatament després que s'iniciï l'arc. Burnthrough crea un forat a la funda que exposa l'aïllament de MgO i el cable de resistència. Fins i tot sense una combustió-total, una aportació de calor significativa provocarà l'engruiximent del gra a la zona-afectada per la calor. La mida del gra per a seccions de paret primes pot ser des de ASTM 7-8 (20-30 micres) fins a ASTM 2-3 (100-150 micres). Els carburs de crom precipiten preferentment als límits de gra gruixut que disminueixen la resistència mecànica i, més críticament, la resistència a la corrosió de 316 en condicions de clorur.

Es necessiten canvis en els procediments de soldadura per a les beines de paret prima 316
Per soldar correctament una funda 316 de 0,8-1,0 mm a una brida de muntatge es requereixen cinc modificacions al procés típic de soldadura per arc de tungstè de gas. Primer s'ha de reduir el corrent de soldadura un 40-60% en comparació amb el mètode d'1,6 mm de gruix de paret. Els corrents típics per a 1,6 mm 316 són 60-80 amperes; per a 0,9 mm el rang es redueix a 25-35 amperes. En segon lloc, necessiteu una forma d'ona de corrent polsat. S'utilitza un corrent de fons del 20-30%, i els polsos estan a 50-100 Hz, permetent que el conjunt de soldadura es refredi lleugerament entre polsos perquè no s'acumuli calor. En tercer lloc, la velocitat de viatge s'ha d'augmentar a 200-300 mm per minut en comparació amb 100-150 mm per minut per a parets gruixudes. Amb una velocitat més alta s'introdueix menys calor per unitat de longitud. En quart lloc, l'ús d'un elèctrode de tungstè de menor diàmetre, 1,0 mm o 1,6 mm en lloc dels típics 2,4 mm, augmenta l'estabilitat de l'arc a corrents baixes. En cinquè i més important, s'ha de posar una barrera de gas de suport a l'interior de la funda. Durant la soldadura, el pas d'argó a l'interior de la funda evita l'oxidació de la part posterior i ofereix una mica de refredament. Sense gas de suport, la superfície interior queda exposada i s'oxida àmpliament, deixant una capa rugosa i esgotada de crom que és propensa a la corrosió.

Gruix de paret mínim amb diferents processos de soldadura
La taula següent indica els gruixos mínims acceptables de paret de la coberta per a 316 per als diferents processos de soldadura d'unió de brida i els canvis de procediment associats per a cadascun. Els valors són per a una soldadura de penetració completa per a la resistència mecànica.

Procés de soldadura Gruix de paret de la coberta mínim de 316 per a una soldadura consistent Canvis de procediment necessaris Cost relatiu|Qualitat estàndard de soldadura
GTAW (estàndard), manual 1,2 mm1,2 mm Cap; no s'aconsella per sota d'aquest Bé a 1,2 mm Baix
Manual GTAW (pulsat) 0,9 mm Gas posterior Amperatge inferior Corrent polsat Moderat; requereix un operador expert Baix a Moderat
GTAW automatitzat (pulsat) 0,8 mm. Procediments per estar totalment qualificat: Mitjà Bo amb una configuració correcta
Soldadura làser de 0,6 mm Ajustament precís-amunt, sense espai, alineació del feix importantBaixa entrada de calor Excel·lent;
Soldadura per feix d'electrons 0,5 mm Necessita càmera de buit Excel·lent; sense oxidació Molt alta
Soldadura per resistència (projecció) 0,8 mm Projecció de brides especialment dissenyades Bona per a petits diàmetres Baix a mitjà
Soldadura (no soldar) 0,5 mm Metall d'aportació basat en plata o níquel Resistència moderada; no per alta pressió baixa
La majoria de les aplicacions industrials d'escalfadors d'immersió elèctrica es solden millor amb beines amb gruixos de paret entre 0,9 mm i 1,2 mm. GTAW polsat automatitzat amb gas posterior és el procés més comú. Per<0.9 mm, laser welding is the most reliable, although the capital equipment cost is much higher. For flanged heaters, manufacturers without laser welding capabilities shall provide a minimum wall thickness of 1.0 mm to assure weld reliability.

Soldadures de-paret prima: requisits d'inspecció i qualificació
Cal un examen més detallat per a les beines de paret-prima 316 que per a les soldadures de paret-gruixuda, ja que hi ha menys marge d'error. Per a les beines de menys d'1,2 mm, la inspecció visual no és suficient. La inspecció radiogràfica o penetrant de colorant s'ha de dur a terme per mostreig. La freqüència s'ha de basar en el volum de producció i la criticitat de l'aplicació. Per a les beines de menys d'1,0 mm, es recomana un examen 100% penetrant de colorant. Els estàndards d'acceptació per a les soldadures de paret-prima han de permetre una mica de subompliment (fins a un 10% del gruix de la paret), però sense esquerdes, porositat > 0,2 mm de diàmetre o cremades-. Tots els conjunts-soldats de parets primes dissenyats per utilitzar-los en funcionament a pressió també s'han de sotmetre a una prova de fuites d'heli. Una bona soldadura té una taxa de fuites inferior a 1 x 10-7 mbar·L/s. Si l'escalfador s'ha d'utilitzar en una atmosfera corrosiva, es recomana una prova de ferrita del metall de soldadura. El contingut de ferrita > 5% suggereix la possibilitat de corrosió selectiva en servei de clorur. Per obtenir la millor resistència a la corrosió, la concentració de ferrita de metall de soldadura per a soldadures de 316 a 316 ha d'estar en el rang del 2% al 5%. En especificar les beines de paret-prima, els enginyers haurien de sol·licitar al fabricant registres de qualificació del mètode de soldadura que mostrin-micrografies de secció transversal del perfil de penetració, la mida del gra de la zona-afectada per la calor i cap evidència de crema-. Si un proveïdor dubta a subministrar aquests documents, no s'ha de confiar que proporcioni escalfadors de paret prima. La despesa de requalificar un mètode de soldadura és mínima en comparació amb el cost de les fallades de camp degudes a esquerdes o fuites de soldadura.