צינור נירוסטה דופלקס עמיד לחלוטין בפני קורוזיה עלול להרוס את תכונותיו על ידי כמה דקות של ריתוך גרוע. המיקרו-מבנה הדו-פאזי הייחודי המעניק לדופלקס את החוזק והעמידות שלו חייב להישמר בקפידה במהלך כל חיבור שנעשה בחנות או בשטח. בחירת הליך הריתוך הנכון אינה רק עניין של הימנעות מדליפות-אלא עוסקת בשמירה על עמידות הסגסוגת בפני קורוזיה המושחתת בסביבות כלוריד וחומצה אגרסיביות.
הבסיס המטלורגי: מדוע דופלקס שונה
פלדות אל-חלד דופלקס (למשל, UNS S32205, S31803 - בדרך כלל 2205) מכילות תערובת מאוזנת של כ50% אוסטניטו50% פריט. מבנה דו-פאזי זה מספק:
חוזק מכני גבוה (כפול מזה של 316L).
עמידות מצוינת בפני פיצוח קורוזיה של כלוריד (SCC).
עמידות טובה בפני קורוזיה וחריצים, מכומדת על ידי PREN (מספר שווה ערך להתנגדות חריצים) של 34-36.
במהלך הריתוך, החומר נמס ולאחר מכן מתמצק במהירות. קצב הקירור וההיסטוריה התרמית קובעים את איזון השלב הסופי במתכת הריתוך ובאזור המושפע מהחום (HAZ). אם ההליך שגוי, יכולות להתרחש שתי תופעות מזיקות:
היווצרות פריט מוגזמת- קירור איטי או כניסת חום גבוהה מאפשרים לפריט לשלוט, להפחית את הקשיחות ועמידות בפני קורוזיה.
משקעים של שלבים בין-מתכתיים– בעיקרשלב סיגמה (σ).(FeCrMo) ושלב chi (χ)., הנוצרים בטווח הטמפרטורות של 600-900 מעלות. שלבים אלה עשירים בכרום ובמוליבדן, ולכן היווצרותם מותירה את המטריצה שמסביב מדולדלת ביסודות הסגסוג הקריטיים הללו. התוצאה: שבירות חמורה ואובדן דרסטי של עמידות בפני קורוזיה בבור.
לעומת זאת, כניסת חום לא מספקת או קירור מהיר מאוד עלולים לייצר יותר מדי אוסטניט, ולהפחית את החוזק. לכן, יש לכבד חלון עיבוד צר.
פרמטרים מרכזיים בהליך ריתוך נירוסטה דופלקס
תקיןהליך ריתוך נירוסטה דופלקס קורוזיה צינוראסטרטגיית מניעה שולטת במדויק על המשתנים הבאים.
1. בחירת מתכת מילוי
מתכת המילוי חייבת להתאים או לעלות על תכולת הסגסוגת של המתכת הבסיסית כדי לשמור על עמידות בפני קורוזיה ואיזון פאזות. עבור 2205 דופלקס, המילוי הסטנדרטי הואER2209(UNS S39209). הרכבו סגסוג מעט מדי בניקל ובחנקן בהשוואה למתכת הבסיסית, המעודדת היווצרות אוסטניט במשקע הריתוך. זה מפצה על ההשפעה המעודדת פריט של התמצקות מהירה.
עבור דרגות סופר דופלקס (למשל, 2507), נעשה שימוש במתכת מילוי כגון ER2594. לעולם אל תשתמש בחומר מילוי אוסטניטי (למשל, 308L, 316L) על מתכת בסיס דופלקס; לריתוך שיתקבל יהיו תכונות קורוזיה שגויות ועלול להיסדק.
2. בקרת כניסת חום
קלט חום הוא פונקציה של מתח, זרם ומהירות נסיעה. עבור פלדות אל חלד דופלקס, טווח כניסת החום המומלץ הוא בדרך כלל בין0.5 ו-2.5 קילוג'אול למילימטר. כניסת חום נמוכה מדי מסכנת היתוך לא שלם או פריט מוגזם; כניסת חום גבוהה מדי מקדמת קירור איטי, מה שמאפשר לשלב הסיגמה להיווצר ולפריט להתגסות.
יעד טיפוסי ל-GTAW (ריתוך קשת טונגסטן בגז) של 2205 צינורות הוא0.5–1.5 קילוג'ג/מ"מ. עבור GMAW (ריתוך גז מתכת קשת) עם העברת ריסוס פעימות, טווחים מעט גבוהים יותר (עד 2.0 קילו ג'ל/מ"מ) עשויים להיות מקובלים אם טמפרטורת המעבר נשלטת בקפדנות.
3. טמפרטורת מעבר
יש לשמור על טמפרטורת המעבר (הטמפרטורה של אזור הריתוך לפני המעבר הבא).מתחת ל-150 מעלות, ולעתים קרובות מתחת ל-100 מעלות במעברים הראשונים. טמפרטורות מעבר גבוהות צוברות חום, מגדילות למעשה את זמן הקירור ומעודדות משקעים בשלב סיגמא. עבור צינורות דקים (למשל, דופן 2-3 מ"מ), קירור אוויר טבעי בין מעברים עשוי להספיק. עבור קטעים עבים יותר, נדרש קירור אוויר מאולץ או אפילו המתנה ארוכה יותר בין מעבר למעבר.
4. מיגון וטיהור גב
ריתוך נירוסטה דופלקס חייב להיות מוגן מפני חמצן אטמוספרי הן בצד הריתוך והן בצד השורש. לריתוך צינורות:
גז מיגון ראשוני- לעתים קרובות נעשה שימוש בארגון עם 1-3% חנקן. חנקן הוא מייצב אוסטניט; הוספת אחוז קטן לגז המגן עוזרת לשמור על איזון הפאזות הרצוי במתכת הריתוך.
טיהור גב– החלק הפנימי של הצינור מטוהר בארגון טהור (או ארגון עם 2-5% חנקן) כדי למנוע חמצון של חרוז השורש. זיהום חמצן מייצר קשקשים של תחמוצת כרום הגורמים לדלדול הכרום ואובדן עמידות בפני קורוזיה.
5. תהליך וטכניקת ריתוך
טכניקות קשת פעימות (pulsed GTAW או Pulsed GMAW) מועדפות עבור צינורות דופלקס מכיוון שהם:
הפחת את כניסת החום על ידי שימוש בזרם שיא גבוה ואחריו זרם רקע נמוך.
שפר את השליטה בבריכת הריתוך והפחת את הסיכון לצריבה על קירות דקים.
לייצר מבנה מיקרו עדין ואחיד יותר.
עבור ריתוך ידני, נעשה שימוש בחרוזי stringer (מעבר ישר ללא אריגה) ולא בחרוזי אריגה רחבים, המגבירים את כניסת החום והקירור האיטי.
השלב הקריטי: ניקוי לאחר ריתוך (כבישה ופסיבציה)
אפילו לריתוך שנעשה עם קלט חום מושלם יהיה אגוון חום(אבנית תחמוצת) על פני השטח שלו וה-HAZ הסמוך. שכבת תחמוצת זו מדולדלת מכרום מכיוון שכרום מגיב באופן מועדף עם חמצן, ומשאיר את המתכת הבסיסית עם תכולת כרום נמוכה יותר. באזור המדולדל הזה, קורוזיה וחריצים מתחילים בקלות בשירות כלוריד.
ניקוי לאחר ריתוך אינו אופציונלי.שתי שיטות יעילות:
כבישה (הסרה כימית)
משחת כבישה או אמבטיה– תערובת של חומצה חנקתית (HNO₃) וחומצה הידרופלואורית (HF) ממיסה את גוון החום ומסירה את השכבה המדולדלת בכרום. עבור צינורות, משחת כבישה מוברשת על הריתוך ועל האזור המושפע מהחום, משאירים לזמן מוגדר (למשל, 15-60 דקות), ואז שוטפים היטב במים.
כבישה בטבילה– עבור מכלולי צינורות קטנים או חתיכות סליל, טבילה באמבט כבישה מחומם היא אחידה יותר אך דורשת מתקנים מיוחדים.
ניקוי מכני ואחריו פסיביות
טחינה או הברשה- ניתן להסיר את גוון החום באמצעות רפידות שוחקות עדינות או מברשות שאינן מתכתיות (למשל, מברשות תיל מנירוסטה המשמשות רק על דופלקס, לעולם לא על פלדת פחמן). הטחינה חייבת להסיר את כל השכבה הכהה מבלי להשאיר חלקיקי ברזל משובצים.
פסיביות- לאחר ניקוי מכני, המשטח מטופל בתמיסת חומצה חנקתית או לימון כדי לשחזר את סרט תחמוצת הכרום הפסיבי. שלב זה חיוני כי השחזה לבדה יכולה למרוח מתכת ולהשאיר משטח פחות מגן.
ריתוך טוב אינו נראה בפני קורוזיה- כלומר לאחר כבישה נכונה, הריתוך וה-HAZ צריכים להיות בעלי אותו מראה והתנגדות קורוזיה כמו צינור האב. אם גוון החום נשאר, הריתוך יהיה נקודת הכשל הראשונה.
אימות איכות הריתוך: מדידת פריט
כדי לאשר שהליך הריתוך שמר על איזון פאזות נכון, אהיקף פריט(מכשיר אינדוקציה מגנטי) משמש למדידת תכולת הפריט של מתכת הריתוך וה-HAZ. הטווח המקובל עבור פלדות אל חלד דופלקס הוא בדרך כלל30-70% פריט(מאזן אוסטניט). מפרטים רבים מכוונים ל-40-60%.
ערכים מתחת ל-30% מצביעים על אוסטניט מוגזם, מה שמפחית את החוזק.
ערכים מעל 70% מצביעים על פריט מוגזם, אשר מוריד את הקשיחות ועלול לאותת על נוכחות של שלב סיגמה (סיגמה אינה מגנטית, אך אחוז הפריט יורד עם היווצרות סיגמא; קריאת פריט נמוכה באופן בלתי צפוי או לא עקבית יכולה להיות רמז).
עבור יישומים קריטיים, אבדיקה מיקרוסטרוקטורלית(מטאלוגרפיה) ניתן לבצע על קופון מרותך כדי לבדוק אם יש שלבים בין-מתכתיים. שלב הסיגמא מופיע כמשקע גוש או אצילי בתוך גרגרי הפריט.
טעויות נפוצות וכיצד להימנע מהן
| טָעוּת | תוֹצָאָה | מְנִיעָה |
|---|---|---|
| שימוש במתכת מילוי 308L או 316L | לרתך עמידות לקורוזיה ירודה ועלול להיסדק | השתמש תמיד במילוי דופלקס תואם (ER2209 עבור 2205) |
| כניסת חום מוגזמת (מעל 2.5 קילו-ג'יי/מ"מ) | משקעים בשלב סיגמא, שבריריות, PREN נמוך | חשב קלט חום, השתמש בקשת פעימה, הגבל את מהירות הנסיעה |
| טמפרטורת מעבר מעל 150 מעלות | חום מצטבר מקדם סיגמה | למדוד עם צמד תרמי; לאפשר קירור בין מעברים |
| אין טיהור גב על שורש הצינור | חרוז שורש מתחמצן, דלדול כרום, קורוזיה של חריצים | טהר עם ארגון או תערובת חנקן ארגון |
| משאיר את גוון החום שלא הוסר | קורוזיה מקומית מתחילה בקצה הריתוך | מלפפון חמוץ או ניקוי מכני ופסיבי |
| שימוש במברשות פלדת פחמן או גלגלי שחיקה | זיהום ברזל מוביל לקורוזיה גלוונית | השתמש בכלי נירוסטה ייעודיים, רצוי לדופלקס בלבד |
מפרט נוהל ריתוך (WPS) והסמכה
לכל יישום תעשייתי, רשמימפרט נוהל ריתוך (WPS)יש לפתח ולהיות מוסמך לפי קוד כגון ASME Section IX, AWS D1.6, או ISO 15614. ה-WPS עבור צינורות נירוסטה דופלקסים צריך לציין במפורש:
דרגת מתכת בסיסית וטווח עובי.
סיווג מתכת מילוי (למשל, ER2209).
תהליך ריתוך (GTAW, GMAW או SMAW).
הרכב גז המגן וקצב הזרימה.
גז טיהור גב ושיטה.
פרמטרים חשמליים (מתח, זרם, מהירות נסיעה) עם טווח כניסת חום.
מגבלת טמפרטורת מעבר (למשל, מקסימום 150 מעלות).
דרישות חימום מוקדם (בדרך כלל אין עבור דופלקס אלא אם כן מתחת ל-5 מעלות סביבה).
הליך ניקוי לאחר ריתוך (משחת כבישה, טבילה או מכני + פסיבציה).
קריטריוני קבלה לתכולת פריט (למשל, 30-70% פריט במתכת ריתוך).
בדיקת ההסמכה כוללת בדיקות מכניות (מתיחה, עיקול) ובדיקות קורוזיה (למשל, בדיקת בור כלוריד ברזל לפי ASTM G48). עבור ריתוך צינורות, אבדיקה הידרוסטטיתאוֹבדיקת זרם מערבולתעשוי להידרש גם.
שיקולי ריתוך שדה
ריתוך צינורות דופלקסים בשטח (למשל, לתיקונים או חיבורים) הוא מאתגר יותר מאשר ריתוך בחנות, מכיוון שהשליטה הסביבתית קשה יותר. יש להקדיש תשומת לב מיוחדת ל:
מיגון רוח– שימוש בעדשות גז ומסכים למניעת הפרעה בגז המגן.
ניטור טמפרטורה- מדי חום אינפרא אדום או פירומטר מגע לבדיקת טמפרטורת מעבר.
טיהור- עבור צינורות בקוטר גדול, טיהור לכל האורך עשוי להיות בלתי מעשי; ניתן להשתמש בסכר טיהור מקומי (אטמי גומי מתנפחים).
כְּבִישָׁה- משחות כבישה בשדה זמינות; יש ליישם ולנטרל אותם בזהירות כדי למנוע נגר לציוד שמסביב.
מסקנה: החומר טוב רק כמו הידיים שמצטרפות אליו
בחירת הליך הריתוך הנכון עבור צינורות נירוסטה דופלקסים חיונית כדי למנוע אובדן קטסטרופלי של עמידות בפני קורוזיה. מבנה המיקרו-אוסטניט-פריט המאוזן, המעניק לדופלקס את חוזקו ועמידות הבור, יכול להיהרס על ידי כניסת חום מוגזמת, טמפרטורות מעבר גבוהות, מתכות מילוי לא תואמות או נוכחות של גוון חום מדולדל בכרום. הליך ממושמע-הזנת חום מבוקרת (בדרך כלל 0.5–2.5 קילו-ג'יי/מ"מ), טמפרטורת מעבר מתחת ל-150 מעלות, חומר מילוי ER2209 למתכת בסיס 2205, טיהור גב אינרטי, וכבישה יסודית לאחר הריתוך-מבטיחים שהצינור של אזור הריתוך שומר על אותו ביצועים של צינור המקור של הריתוך. אימות על ידי מדידת פריט (30-70% פריט) מאשר הצלחה. החומר טוב רק כמו הידיים המצטרפות אליו; ריתוך מבוצע היטב אינו נראה בפני קורוזיה.
