Ġonot iwweldjati fuq 316 tubi ta 'tisħin elettriku ta' l-istainless steel jirrappreżentaw l-aktar post ta 'falliment komuni f'sistemi ta' ilma dejonizzat b'konduttività baxxa-, minkejja konċentrazzjonijiet ta 'klorur taħt l-10 ppm. Dejta tas-servizz fuq il-post minn loops ta' riċirkolazzjoni ta' ilma farmaċewtiku-għal-injezzjoni (WFI) turi li weldjaturi tal-flanġ u weldjaturi ta' tubi-sa-tapp ta' tarf ta' spiss jiżviluppaw attakk intergranulari u pitting wara 18–36 xahar ta' tħaddim, anke meta r-reżistenza tal-ilma bl-ingrossa taqbeż 1 MΩ·cm. Dan il-fenomenu jikkontradixxi l-istennija konvenzjonali li ilma b'-klorur, newtrali-pH baxx joħloq riskju ta' korrużjoni negliġibbli għall-istainless steel awstenitiku. Il-kawża ewlenija tinsab fil-kombinazzjoni ta' sensitizzazzjoni tas-sħana tal-weldjatura-żona affettwata (HAZ) u ċikli termali ripetuti minn tħaddim intermittenti tal-heater. Matul kull ċiklu ta' mixgħul-mitfi, it-temperatura tal-wiċċ tal-għant toxxilla bejn il-punti ta' sett ambjentali u tipiċi ta' 150–200 grad għas-sistemi WFI. Dan iċ-ċikliżmu jmexxi tnaqqis lokalizzat tal-kromju fil-konfini tal-qamħa fil-HAZ, u jagħmel dawn ir-reġjuni suxxettibbli għal attakk minn speċi ossidanti anki traċċa f'ilma ta' purità għolja-. Dan l-artikolu jikkwantifika r-relazzjoni bejn l-istorja termali tal-weldjatura, il-grad ta 'sensitizzazzjoni, u l-bidu tal-pitting taħt ċiklu ta'-temperatura baxxa, li jipprovdi qafas ta 'speċifikazzjoni għall-inġiniera li jispeċifikaw ħiters tal-immersjoni tal-istainless steel 316 iwweldjati għal servizz tal-ilma-purità għolja.
Mekkaniżmu Metallurġiku ta' Sensitizzazzjoni ta'-Temperatura Baxxa f'Għatijiet tal-Azzar Stainless 316 iwweldjati
Fehim konvenzjonali jsostni li s-sensitizzazzjoni ta 'l-istainless steel 316 teħtieġ espożizzjoni għal temperaturi bejn 450 grad u 850 grad għal żmien biżżejjed biex jippreċipita karburi tal-kromju fil-konfini tal-qamħ. Madankollu, l-iwweldjar ta 'tubi tal-kisja tal-ħajt-rqiq (ħxuna tipika tal-ħajt 1.0–1.6 mm) joħloq HAZ dejjaq li jesperjenza tkessiħ rapidu miż-żona mdewba. Dan il-HAZ fih tixrid fin ta' karburi tal-kromju li jiffurmaw matul iċ-ċiklu termali tal-iwweldjar, u jħallu żona dejqa tal-kromju-maġenb kull konfini tal-qamħ. F'ambjenti korrużivi standard li fihom il-kloruri, din is-sensitizzazzjoni ħafifa tista 'ma tikkawżax falliment immedjat. Iżda f'ilma dejonizzat ta'-purità għolja b'ossiġnu maħlul (tipikament 5–8 ppm f'temperatura tal-kamra, li jonqos għal 2–3 ppm fi 80 grad), joħroġ mekkaniżmu ta' korrużjoni uniku.
Iċ-ċikliżmu termali ripetut bejn it-temperatura ambjentali u 150-200 grad jaċċellera żewġ proċessi. L-ewwel, tensjonijiet ta 'espansjoni termali differenzjali bejn il-metall tal-weldjatura (koeffiċjent kemmxejn ogħla minħabba l-istruttura fonduta) u l-metall bażiku jikkawża mikrokrekkjar taż-żoni tal-konfini tal-qamħa mnaqqsa tal-kromju irqiq-. It-tieni, iċ-ċikli perjodiċi ta' tisħin u tkessiħ jippompjaw volumi żgħar ta' ilma dejonizzat ġewwa u barra mid-difetti tal-HAZ tal-wiċċ-. Matul il-fażi tat-tisħin, l-ilma jevapora minn dawn il-mikrocrevices, u jikkonċentra kwalunkwe traċċa ta 'impuritajiet (inkluż klorur residwu mill-kisbiet tal-manifattura jew tat-trattament tal-ilma) b'fatturi ta' 100-1000. Kejl tal-potenzjal elettrokimiku fuq weldjatura tal-istainless steel 316 ċiklata juri li l-HAZ isir anodiku kemm għall-metall tal-weldjatura kif ukoll għall-metall bażiku b'150-200 mV matul il-parti tat-tisħin taċ-ċiklu, u toħloq ċellula ta 'korrużjoni misjuqa.
Ħinijiet ta' Bidu ta' Pitting Kwantifikati minn Testijiet HAZ ta' Weld Iċ-ċikli
L-ittestjar tal-laboratorju aċċellerat bl-użu ta '316 kampjun ta' tubi tal-istainless steel b'weldjaturi TIG awtoġeni (l-ebda metall tal-mili) sar f'ilma dejonizzat (reżistività 18 MΩ·cm, ossiġnu maħlul 6 ppm, pH 6.8, mingħajr kloruri miżjuda). Il-kampjuni ġew soġġetti għal ċikliżmu termali bejn 25 grad u 180 grad b'rata ta 'tisħin ta' 5 gradi kull minuta, li tirrappreżenta ċiklu ta 'ħidma tipiku tal-heater. Kull ċiklu sħiħ kien jinkludi żamma ta '30 minuta f'180 grad segwit minn tkessiħ bl-arja sfurzata għal 25 grad. Nuqqas kien definit bħala pitting viżibbli taħt ingrandiment 50x jew perforazzjoni mkejla permezz ta 'spezzjoni penetrant taż-żebgħa.
Ebda ċikliżmu, immersjoni kostanti ta '180 grad: L-ebda pitting osservat wara 5000 siegħa. Il-HAZ baqa' passiv minħabba n-nuqqas ta' ċikli ta' stress termali.
50 ċiklu termali (madwar . 100 siegħa ta 'tħaddim imsaħħan): L-ebda pitting viżibbli. L-ittestjar tar-riattivazzjoni potenzjodinamika elettrokimika (EPR) wera grad ta 'sensitizzazzjoni (DOS) ta' 3%, taħt il-limitu tipiku għal korrużjoni attiva.
200 ċiklu termali (madwar. 400 siegħa): L-ewwel evidenza ta' mikro-pitting fil-weldjatura HAZ. Fosos b'dijametru ta' inqas minn 20 µm, li jistgħu jinstabu biss mis-SEM. DOS żdied għal 8%.
600 ċiklu termali (madwar . 1200 siegħa): Pitting viżibbli f'10–15-il post tul HAZ fuq iż-żewġ naħat tax-xoffa tal-weldjatura. Penetrazzjoni tal-fossa l-aktar profonda: 0.3 mm fuq kampjun tal-ħajt ta '1.2 mm (25% penetrazzjoni tal-ħajt). DOS: 14%.
1200 ċiklu termali (madwar . 2400 siegħa): perforazzjonijiet tal-ħofra multipli f'70% tal-kampjuni. Fond medju tal-fossa: 0.9 mm, li jirriżulta fi tnixxija mill-ħajt ta '1.2 mm. DOS qabeż l-20%.
Għat-tqabbil, kampjuni identiċi ttestjati f'ilma dejonizzat b'50 ppm miżjud ta 'klorur tas-sodju (għadhom meqjusa klorur baxx) fallew wara biss 250 ċiklu, li juru li l-mekkaniżmu ta' sensitizzazzjoni jopera b'mod sinerġiku ma 'klorur ta' traċċa anki. Is-sejba kritika hija li l-ilma dejonizzat pur mingħajr kloruri li jistgħu jitkejlu xorta kkawża falliment tal-pitting wara 1200 ċiklu, biss minħabba l-effetti tal-konċentrazzjoni fi ħdan ix-xquq immexxija minn ċiklu termali-fl-HAZ.
Rwol tal-Input tas-Sħana tal-Iwweldjar u t-Trattament ta' Post-Weldjatura fuq il-Ħajja taċ-Ċiklu
Il-parametri tal-proċess ta 'l-iwweldjar jinfluwenzaw bil-qawwa l-grad ta' sensitizzazzjoni u r-reżistenza sussegwenti għall-pitting ta 'ċikliżmu termali. Ġew evalwati tliet kundizzjonijiet ta' weldjatura komuni għall-fabbrikazzjoni tal-kisi tal-istainless steel 316:
| Kundizzjoni tal-Weldjatura | Input tas-Sħana (kJ/cm) | HAZ Wisa' (mm) | DOS imkejjel wara l-Iwweldjar | Ċikli Termali għal Perforazzjoni tal-Fossa | Applikazzjoni Rakkomandata |
|---|---|---|---|---|---|
| TIG awtoġenu b'input għoli ta' sħana (80–100 A, vjaġġ bil-mod) | 1.8 – 2.5 | 1.2 – 1.8 | 22% | 180 – 300 | Mhux rakkomandat għal kwalunkwe servizz ċiklat |
| Input tas-sħana standard TIG (50–70 A, vjaġġ medju) | 1.0 – 1.5 | 0.6 – 1.0 | 12% | 600 – 900 | Aċċettabbli għal servizz intermittenti taħt il-150 grad,<1000 cycles total |
| TIG pulsat b'input baxx tas-sħana (30–50 A, vjaġġar rapidu, mili jekk meħtieġ) | 0.5 – 0.8 | 0.3 – 0.5 | 5% | 1800 – 2400 | Rakkomandat għal ilma ta'-purità għolja, servizz ċiklat |
| Input ta' sħana baxxa + ittemprar ta' soluzzjoni ta' wara-weldjatura (1050 grad, tifi tal-ilma) | 0.5 – 0.8 | 0 (rikristallizzat bis-sħiħ) | <1% | >10,000 (l-ebda pitting osservat għat-terminazzjoni tat-test) | L-aħjar għal applikazzjonijiet kritiċi WFI farmaċewtiċi |
Il-kundizzjoni ittemprata tas-soluzzjoni telimina s-sensitizzazzjoni għal kollox iżda ħafna drabi mhix prattika għal assemblaġġi tal-heater lesti minħabba li l-wajer tar-reżistenza interna (tipikament NiCr 80/20) ma jistax jittollera 1050 grad mingħajr ossidazzjoni u bidla dimensjonali. Għalhekk, għall-biċċa l-kbira tal-ħiters fabbrikati, li tispeċifika l-iwweldjar TIG tal-impulsi b'input baxx tas-sħana b'kontroll strett tal-input tas-sħana taħt 0.8 kJ/cm toffri l-aħjar kompromess bejn il-manifattura u r-reżistenza għall-korrużjoni.
Miżuri ta 'Inġinerija biex Jestendu l-Ħajja tal-Weldjatura fis-Servizz taċ-Ċikli tal-Ilma Dejonizzat
Meta l-ambjent operattiv jinvolvi ilma dejonizzat jew reverse osmosis b'ċikliżmu tal-heater intermittenti, ħames miżuri ta 'disinn u speċifikazzjoni jistgħu jdewmu jew jipprevjenu l-falliment tal-pitting HAZ. L-ewwel, jeħtieġ li l-manifattur tal-heater jikkwalifika kull lott ta 'weldjatura billi juża t-test EPR skont ASTM G108, b'DOS massimu aċċettabbli ta' 8% għal servizz ġenerali jew 5% għal applikazzjonijiet farmaċewtiċi. It-tieni, speċifika li l-iwweldjar jitwettaq b'tarka tal-gass trailing (argon jew nitroġenu) fuq id-dijametru ta 'ġewwa tat-tubu tal-għant kull meta jkun aċċessibbli, u jipprevjeni l-ossidazzjoni tal-għerq tal-weldjatura ta' ġewwa li jbattal lokalment il-kromju. It-tielet, itlob illustrar mekkaniku ta' wara-weldjatura tar-reġjun HAZ estern għal finitura tal-wiċċ ta' Ra Inqas minn jew ugwali għal 0.4 µm. Illustrar ineħħi s-saff tal-wiċċ irqiq fejn it-tnaqqis tal-kromju huwa l-aktar sever; L-ittestjar elettrokimiku juri li l-illustrar ta 'weldjatura b'DOS inizjali ta' 12% inaqqas id-DOS effettiv fil-wiċċ għal 6%, u jirdoppja l-ħajja taċ-ċiklu termali. Ir-raba', implimenta protokoll operattiv li jimminimizza n-numru ta' ċikli termali sħaħ billi tuża ċirkolazzjoni kontinwa jew modi ta' standby ta'-enerġija baxxa aktar milli għeluq sħiħ tal-heater. Dejta minn impjant farmaċewtiku li nbidlet minn kontroll mixgħul-off għal kontroll proporzjonali b'temperatura ta' standby ta' 60 grad naqqset fallimenti tal-weldjatura minn 15% fis-sena għal inqas minn 1%. Il-ħames, għal installazzjonijiet ġodda li jistennew aktar minn 2000 ċiklu termali fuq ħajja ta' għaxar-snin, speċifika li l-ġonot iwweldjati kollha jkunu ttemprati b'soluzzjoni wara l-iwweldjar u qabel l-assemblaġġ finali, anke jekk dan jeħtieġ proċess ta' fabbrikazzjoni f'żewġ-stadji b'iwweldjar mill-ġdid tal-komponenti interni.
L-Ispeċifikazzjoni tal-Kwalità tal-Iwweldjar għal Affidabilità fit-Tul-Fil-Water Heaters ta'-purità għolja
Meta jakkwistaw heaters ta 'immersjoni elettriċi ta' l-istainless steel 316 għal ilma dejonizzat, permeat ta 'reverse osmosis, jew servizz ta' ilma distillat, l-inġiniera għandhom jinkludu rekwiżiti espliċiti tal-kwalità tal-weldjatura fuq l-ispeċifikazzjoni tax-xiri. Itlob kopji tar-rekords tal-kwalifika tal-proċedura tal-weldjatura (WPQR) li juru l-parametri tad-dħul tas-sħana, u teħtieġ riżultati tat-test EPR fuq kupun iwweldjat bl-istess parametri. Għal applikazzjonijiet bi frekwenza mistennija taċ-ċikli tal-heater 'l fuq minn żewġ ċikli kuljum, iwweldjar bil-polz TIG b'input baxx ta' sħana b'input massimu tas-sħana ta '1.0 kJ/ċm u wisa' massimu permissibbli ta 'HAZ ta' 0.7 mm. Fejn ir-reżistività ta' l-ilma taqbeż 1 MΩ·cm (konduttività taħt 1 µS/cm), speċifika li l-weldjaturi mxarrba kollha jirċievu electropolishing biex ineħħu 20–30 µm ta' materjal tal-wiċċ, u jelimina l-aktar saff ta' kromju-imbattal. Billi jindirizzaw is-sensitizzazzjoni tal-weldjatura bħala mekkaniżmu ta' ħsara primarja aktar milli jassumu li klorur baxx jiggarantixxi reżistenza għall-korrużjoni, l-inġiniera jistgħu jiksbu ħajja ta' servizz tal-heater li jaqbeż l-għaxar snin anke f'applikazzjonijiet ta' purità għolja-iċ-ċikli tal-ilma.
