Czy powtarzające się włączanie-wyłączanie grzejników zanurzeniowych ze stali nierdzewnej 316 w neutralnej wodzie dejonizowanej powoduje wytwarzanie ciepła spawu-w strefie dotkniętej uczuleniem i wżerami poniżej 200 stopni?
Zostaw wiadomość
Elektryczne rury grzewcze ze stali nierdzewnej 316 są najczęstszym miejscem awarii w systemach wody dejonizowanej o niskiej-przewodności, nawet przy stężeniu chlorków poniżej 10 ppm. Dane z usług terenowych dotyczące pętli recyrkulacji-do-wtrysku wody farmaceutycznej (WFI) pokazują, że spoiny kołnierzy i spoiny rur-z-zaślepkami są często podatne na ataki międzykrystaliczne i wżery po 18-36 miesiącach pracy, mimo że opór wody w masie jest większy niż 1 µm. Takie zachowanie jest sprzeczne z powszechnym założeniem, że woda o niskiej zawartości chlorków i neutralnym-pH nie powoduje znaczącej korozji w przypadku austenitycznych stali nierdzewnych. Główną przyczyną jest połączenie uczulenia-strefy wpływu ciepła spawania (HAZ) i powtarzających się cykli termicznych wynikających z sporadycznego używania grzejnika. Temperatura powierzchni osłony waha się pomiędzy wartościami zadanymi otoczenia i nominalnymi wynoszącymi 150–200 stopni w przypadku systemów WFI przy każdym cyklu włączania-wyłączania. Cykl ten powoduje miejscowe wyczerpanie się chromu na granicach ziaren w SWC, czyniąc te obszary podatnymi na atak nawet śladowych cząsteczek utleniających obecnych w wodzie o wysokiej czystości. W artykule określono ilościowo związek pomiędzy historią termiczną spoiny, stopniem uczulenia i inicjacją wżerów w cyklach niskotemperaturowych, aby zapewnić ramy specyfikacji dla inżynierów określających spawane grzałki zanurzeniowe ze stali nierdzewnej 316 do wody o wysokiej czystości.
Przeformułuj zdanie
Przywróć oryginalne zdanie
Skopiuj zdanie
Synonimy
historia,
przeszłość,
wieki,
minione czasy,
lata,
czas,
wydarzenia z przeszłości,
wydarzenia historyczne,
przeszłość,
przeszłe okresy,
historia jako całość
bieg historii,
historiografia,
minione stulecia,
nasza przeszłość,
wieczność,
wieki,
ich przeszłość,
dziedzictwo,
tło,
kontekst historyczny,
wydarzenia z przeszłości
biegiem czasu,
minione czasy,
historia i
wydarzenia historyczne
przeszła historia,
jego historia,
kurs historii,
historia również,
tradycja,
Metalurgiczny mechanizm uczulania w niskiej temperaturze spawanych osłon ze stali nierdzewnej 316
Przyjmuje się, że uczulenie stali nierdzewnej 316 występuje pod wpływem temperatur od 450 do 850 stopni przez wystarczająco długi czas, aby spowodować wytrącanie się węglików chromu na granicach ziaren. Jednakże spawanie cienkościennych rur osłonowych (średnia grubość ścianki 1,0-1,6 mm) wytwarza niewielką strefę wpływu ciepła, która szybko ochładza się ze strefy stopionej. Ta strefa SWC charakteryzuje się drobną dyspersją węglików chromu powstających podczas termicznego cyklu spawania, pozostawiając małą strefę zubożoną w chrom obok granicy każdego ziarna. W typowym korozyjnym środowisku chlorkowym to uczulenie na światło może nie spowodować natychmiastowej awarii. Jednakże inny mechanizm korozji rozwija się w wodzie dejonizowanej o wysokiej czystości zawierającej rozpuszczony tlen (zwykle 5–8 ppm w temperaturze otoczenia, zmniejszając się do 2–3 ppm w temperaturze 80 stopni).
Powtarzające się cykle termiczne pomiędzy temperaturą pokojową a 150-200 stopni C przyspieszają dwie rzeczy. Różnica ciśnień rozszerzalności cieplnej pomiędzy metalem spoiny (o nieco wyższym współczynniku ze względu na strukturę odlewu) a metalem rodzimym powoduje najpierw mikropęknięcia cienkich stref granicznych ziaren zubożonych w chrom. Po drugie, cykliczne pompy grzewcze i chłodzące małych ilości wody dejonizowanej do i z powierzchni, rozbijając usterki HAZ. Po podgrzaniu woda wyparowuje z tych mikroszczelin, koncentrując wszelkie śladowe zanieczyszczenia (takie jak chlorki pozostałe z procesów produkcyjnych lub uzdatniania wody) współczynnikiem 100–1000. Pomiary potencjału elektrochemicznego cyklicznej spoiny ze stali nierdzewnej 316 wskazują, że SWC staje się anodowa w stosunku do metalu spoiny i metalu nieszlachetnego pod napięciem 150–200 mV podczas etapu nagrzewania cyklu, tworząc napędzane ogniwo korozyjne.
Kwantyfikacja czasów inicjacji wżerów w testach HAZ spoin
Autogeniczne spoiny TIG (bez dodatkowego metalu) badano w- wodzie dejonizowanej (oporność 18 MΩ cm, rozpuszczony tlen 6 ppm, pH 6,8, bez dodatkowych chlorków) przy użyciu 316 próbek rur ze stali nierdzewnej w przyspieszonych warunkach laboratoryjnych. Próbki poddano cyklom termicznym od 25 stopni do 180 stopni z szybkością ogrzewania 5 stopni/min, co jest typowe dla cyklu pracy grzejnika. Każdy pełny cykl składał się z utrzymywania w temperaturze 180 stopni przez 30 minut, a następnie wymuszonego chłodzenia powietrzem do 25 stopni. Awarię zdefiniowano jako widoczne wżery pod 50-krotnym powiększeniem lub perforację określoną na podstawie kontroli penetrantu barwnika.
Brak cykli, ciągłe zanurzenie w zakresie 180 stopni: Brak wżerów po 5000 godzinach. Żaden cykl naprężeń termicznych nie spowodował, że HAZ pozostała nieaktywna.
50 cykli na gorąco (~100 godzin pracy w trybie ogrzewania). Brak widocznych wżerów. Testy elektrochemicznej reaktywacji potencjodynamicznej (EPR) wykazały stopień uczulenia (DOS) wynoszący 3%, czyli poniżej zwykłej granicy dla aktywnej korozji.
200 cykli termicznych (około. 400 godzin): Początkowe oznaki mikro-wżerów w strefie SWC spoiny. Wżery o średnicy < 20 µm można zaobserwować jedynie za pomocą SEM. DOS wzrósł do 8 proc.
600 cykli termicznych (około. 1200 godzin) Widoczne wżery w 10-15 miejscach wzdłuż SWC po obu stronach ściegu spoiny. Głębokość penetracji w najgłębszym wykopie: 0,3 mm na próbce ściany 1,2 mm (25% penetracji ściany). DOS: 14 proc.
70% próbek Wielokrotna perforacja wgłębienia 1200 cykli termicznych (~2400 godzin) Średnia głębokość wżeru: 0,9 mm, Przeciek przez ścianę o grubości 1,2 mm. DOS > 20%
Dla porównania, te same próbki wystawione na działanie-wody dejonizowanej z dodatkiem 50 ppm chlorku sodu (nadal określanego jako niskochlorkowy) uległy uszkodzeniu już po 250 cyklach, co pokazuje, że mechanizm uczulania działa synergistycznie nawet w przypadku śladowych chlorków. Kluczowym rezultatem jest to, że nawet czysta woda dejonizowana, wolna od jakichkolwiek wykrywalnych chlorków, powodowała uszkodzenia wżerowe po 1200 cyklach, wyłącznie na skutek wpływu stężenia wewnątrz pęknięć w strefie SWC wywołanych-cyklami termicznymi.
Wpływ dopływu ciepła spoiny i obróbki po spawaniu na trwałość cyklu
Parametry procesu spawania w istotny sposób determinują stopień uczulenia i odporność na wżery w cyklach cieplnych. Do produkcji osłon ze stali nierdzewnej 316 przetestowano trzy typowe warunki spawania:
Stan spoiny Dopływ ciepła (kJ/cm) Szerokość HAZ (mm) Zmierzona DOS po spawaniu Cykle termiczne do perforacji Zalecane zastosowanie
Autogeniczny TIG o dużym poborze ciepła (80-100 A, powolny przesuw) 1.8 - 2.5 1.2 - 1.8 22% 180 - 300Niezalecany do zastosowań rowerowych
Normalne dostarczanie ciepła TIG (50 - 70 A, średni ruch) 1.0 - 1.5 0.6 - 1.0 12% 600 - 900 Praca przerywana poniżej 150 stopni C,<1000 cycles total
Pulsacyjny TIG, niski pobór ciepła (30-50 A, szybki przesuw, w razie potrzeby wypełniacz) 0,5 – 0.8 0.3 – 0.5 5% 1800 – 2400 Zalecane do wody o wysokiej czystości, praca cykliczna
Niskie doprowadzenie ciepła + wyżarzanie po spawaniu (1050 stopni, hartowanie w wodzie) 0,5 – 0.8 0 (całkowicie rekrystalizowany)<1% >10 000 (brak wżerów w końcówce testowej) Optymalne do krytycznych zastosowań farmaceutycznych WFI
Stan wyżarzania rozpuszczającego całkowicie eliminuje uczulenie, ale często nie jest opłacalny w przypadku gotowych zespołów grzejników, ponieważ wewnętrzny drut oporowy (często NiCr 80/20) nie jest w stanie wytrzymać temperatury 1050 stopni bez utleniania i deformacji wymiarowej. Dlatego też w większości produkowanych grzejników najlepszym kompromisem pomiędzy wykonalnością a odpornością na korozję jest spawanie pulsacyjne TIG przy niskim wprowadzaniu ciepła przy ścisłej kontroli dostarczania ciepła poniżej 0,8 kJ/cm.
Rozwiązania inżynieryjne wydłużające trwałość spoin w-obiegu wody dejonizowanej
Pięć metod projektowania i specyfikacji może zapobiec lub opóźnić awarię wżerów HAZ, gdy środowisko pracy zawiera wodę dejonizowaną lub wodę pochodzącą z odwróconej osmozy przy przerywanej pracy grzejnika. Każda partia spoin musi zostać zakwalifikowana przez producenta grzejnika w teście EPR zgodnie z ASTM G108, przy maksymalnym dopuszczalnym DOS wynoszącym 8% dla zastosowań ogólnych lub 5% dla zastosowań farmaceutycznych. 2. Wymagaj spawania w osłonie gazu wleczonego (argonem lub azotem) na wewnętrznej średnicy rury osłonowej, jeśli jest to dostępne. Zapobiega to utlenianiu wewnętrznego grani spoiny, co lokalnie powoduje utratę chromu. Po trzecie, zaleca się mechaniczne polerowanie-po spawaniu zewnętrznego obszaru HAZ do wykończenia powierzchni Ra < 0,4 µm. Polerowanie usuwa cienką warstwę powierzchniową, w której ubytek chromu jest najpoważniejszy. Testy elektrochemiczne wykazały, że polerowanie spoiny przy początkowym DOS wynoszącym 12% zmniejsza efektywny DOS na powierzchni do 6%, podwajając trwałość cyklu termicznego. Po czwarte, opracuj procedurę operacyjną w celu zmniejszenia liczby cykli termicznych. Powinno to obejmować ciągłą cyrkulację lub tryb czuwania-o niskim poborze mocy-a nie całkowite-wyłączenie grzejnika. Zakład farmaceutyczny przeszedł ze sterowania-wyłączania na sterowanie proporcjonalne z temperaturą w trybie gotowości wynoszącą 60 stopni, a liczba usterek spawów spadła z 15% rocznie do poniżej 1%. Po piąte, należy wymagać wyżarzania wszystkich połączeń spawanych po spawaniu i przed ostatecznym montażem w przypadku nowych instalacji, które mają przejść ponad 2000 cykli temperaturowych w ciągu dziesięcioletniego-życia, nawet jeśli wymagana jest-dwuetapowa procedura produkcyjna z ponownym-spawaniem elementów wewnętrznych.
Specyfikacja jakości spawania zapewniająca długoterminową niezawodność podgrzewaczy wody o wysokiej czystości
Określając elektryczne grzałki zanurzeniowe ze stali nierdzewnej 316 do wody dejonizowanej, permeatu odwróconej osmozy lub wody destylowanej, inżynierowie powinni określić standardy jakości spoin w specyfikacji zakupu. Proszę dostarczyć kopie zapisów kwalifikacyjnych technologii spawania (WPQR), które zawierają parametry wejściowe ciepła i wskazują wyniki testu EPR na próbce spawanej przy tych samych ustawieniach. W sytuacjach, w których przewidywana częstotliwość cykli nagrzewnicy jest większa niż dwa cykle dziennie, wymagane jest spawanie pulsacyjne TIG z niskim dopływem ciepła, z maksymalnym dopływem ciepła 1,0 kJ/cm i maksymalną szerokością strefy HAZ 0,7 mm. Na obszarach, gdzie oporność wody przekracza 1 MΩ.cm (przewodność mniejsza niż 1 µS/cm), należy wymagać, aby wszystkie zwilżone spoiny zostały polerowane elektrolitycznie w celu usunięcia 20-30 µm materiału powierzchniowego. Spowoduje to usunięcie najbardziej zubożonej w chrom warstwy. Traktując uczulenie spoiny jako główny mechanizm awarii, zamiast zakładać, że niska zawartość chlorków zapewnia odporność na korozję, inżynierowie mogą uzyskać żywotność grzejników przekraczającą dziesięć lat w wymagających zastosowaniach z obiegiem wody o wysokiej czystości.
