Za proizvodne inženirje in strokovnjake za zagotavljanje kakovosti, ki nadzorujejo proizvodnjo električnih potopnih grelnikov, predstavlja pritrditev montažnih prirobnic na plašč iz nerjavečega jekla 316 eno najbolj kritičnih operacij. Neuspešen zvar lahko povzroči vdor procesne tekočine, električne kratke stike ali popolno ločitev grelca. Medtem ko so varilni postopki za standardne debeline sten nad 1,5 mm dobro-uveljavljeni, predstavlja varjenje tankostenskih-oklepov 316 pod 1,0 mm edinstven izziv. Nizka toplotna masa tanke stene omogoča hitro kopičenje toplote, kar povzroči prežganje, prekomerno rast zrn in izgubo odpornosti proti koroziji. Ta članek količinsko opredeljuje težave pri varjenju, povezane s tanko{11}}ohišji 316, in določa zahtevane spremembe postopka za doseganje zanesljivih pritrditev prirobnic.
Izzivi toplotnega upravljanja pri varjenju tankih-sten 316
Pri varjenju montažne prirobnice na ovoj iz 316 se toplota uporabi za taljenje osnovne kovine in ustvarjanje talilne cone. Pri debelostenskem ovoju nad 1,6 mm okoliški material deluje kot odvod toplote, odvaja toploto stran od zvarnega bazena in preprečuje prekomerno povišanje temperature. Pri tanko-ohišju pod 1,0 mm je učinek odvoda toplote minimalen. Enak varilni tok, ki ustvari nadzorovano zvarno plast v steni debeline 1,6 mm, se bo v milisekundah stopil skozi steno debeline 0,9 mm. Toplotna difuzivnost nerjavečega jekla 316 je približno 4 mm²/s pri sobni temperaturi. Za steno debeline 0,9 mm je čas, potreben za prevajanje toplote skozi debelino, le 0,02 sekunde. To pomeni, da zadnja stran ovoja doseže temperaturo taljenja skoraj v trenutku po vžigu obloka, razen če vnos toplote ni natančno nadzorovan. Burn{18}}proizvaja luknjo v ovoju, kar omogoča izolacijo MgO in izpostavljenost uporovne žice. Tudi brez popolnega{20}}prežganja, čezmerni vnos toplote povzroči zgostitev zrn v toplotno-prizadetem območju. Velikost zrn se lahko poveča od ASTM 7–8 (20–30 mikronov) do ASTM 2–3 (100–150 mikronov) v tankih-odsekih sten. Groba zrna zmanjšajo mehansko trdnost in, kar je še pomembneje, zmanjšajo korozijsko odpornost 316 v kloridnih okoljih, ker se kromovi karbidi obarjajo prednostno na mejah grobih zrn.
Zahtevane spremembe postopka varjenja za tanko{0}}stenske ovoje 316
Za uspešno varjenje 0,8–1,0 mm ovoja 316 na montažno prirobnico je treba standardni postopek plinskega volframovega obločnega varjenja spremeniti na pet posebnih načinov. Najprej je treba zmanjšati varilni tok za 40–60 % v primerjavi s postopkom pri debelini stene 1,6 mm. Običajni tokovi za 1,6 mm 316 segajo od 60–80 amperov; za 0,9 mm se obseg zmanjša na 25–35 amperov. Drugič, valovna oblika impulznega toka je bistvena. Pulziranje pri 50–100 Hz z 20–30 % toka ozadja omogoča, da se varilni bazen med impulzi nekoliko ohladi, kar preprečuje kopičenje toplote. Tretjič, hitrost vožnje se mora povečati na 200–300 mm na minuto v primerjavi s 100–150 mm na minuto pri debelih stenah. Višja hitrost zmanjša vnos toplote na enoto dolžine. Četrtič, volframova elektroda manjšega premera, 1,0 mm ali 1,6 mm namesto standardne 2,4 mm, izboljša stabilnost obloka pri nizkih tokovih. Petič, kar je najbolj kritično, je treba na notranjo stran ovoja namestiti zaščitni plinski ščit. Argon, ki teče skozi notranjost plašča med varjenjem, preprečuje oksidacijo hrbtne strani in zagotavlja nekaj hlajenja. Brez podpornega plina nezaščitena notranja površina močno oksidira in ustvari hrapavo plast-brez kroma, ki je dovzetna za korozijo.
Najmanjša debelina stene za različne postopke varjenja
Naslednja tabela podaja priporočene najmanjše debeline stene plašča 316 za različne metode varjenja priključkov prirobnic, skupaj z zahtevanimi spremembami postopka za vsako. Vrednosti predvidevajo popolno penetracijo zvara, potrebno za mehansko trdnost.
| Postopek varjenja | Najmanjša debelina stene plašča 316 za zanesljivo varjenje | Zahtevane spremembe postopka | Tipična kakovost zvara | Relativni stroški |
|---|---|---|---|---|
| Ročni GTAW (standard) | 1,2 mm | Brez za 1,2 mm; pod tem ni priporočljivo | Dobro pri 1,2 mm | Nizka |
| Ročni GTAW (impulzni) | 0,9 mm | Impulzni tok, podporni plin, zmanjšana amperaža | zmerno; zahteva usposobljenega operaterja | Nizka do srednja |
| Samodejni GTAW (impulzni) | 0,8 mm | Zahtevana je popolna kvalifikacija postopka | Dobro s pravilno nastavitvijo | Srednje |
| Lasersko varjenje | 0,6 mm | Natančno prileganje, brez vrzeli, poravnava snopa kritična | odlično; minimalen vnos toplote | visoko |
| Varjenje z elektronskim žarkom | 0,5 mm | Potrebna je vakuumska komora | odlično; brez oksidacije | Zelo visoko |
| Uporovno varjenje (projekcija) | 0,8 mm | Posebej oblikovana projekcija prirobnice | Dobro za majhne premere | Nizka do srednja |
| Spajkanje (ne varjenje) | 0,5 mm | Dodatna kovina na osnovi srebra ali niklja- | Zmerna moč; ni za visok pritisk | Nizka |
Za večino aplikacij industrijskega električnega potopnega grelnika je za plašče z debelino stene med 0,9 mm in 1,2 mm prednostna metoda avtomatsko impulzno GTAW s podpornim plinom. Pod 0,9 mm postane lasersko varjenje najbolj zanesljiva možnost, vendar so stroški kapitalske opreme bistveno višji. Proizvajalci, ki nimajo zmožnosti laserskega varjenja, morajo določiti najmanjšo debelino stene 1,0 mm za grelnike s prirobnico, da zagotovijo zanesljivost zvara.
Inšpekcijske in kvalifikacijske zahteve za tankostenske-zvare
Zvari na tanko{0}}ohišju 316 zahtevajo strožji pregled kot debelo{2}}stenski zvari, ker je možnost napake manjša. Pri plaščih pod 1,2 mm samo vizualni pregled ne zadošča. Radiografski pregled ali pregled s penetracijo barvila je treba izvajati na podlagi vzorčenja, pogostost pa je določena glede na obseg proizvodnje in kritičnost uporabe. Za plašče pod 1,0 mm je priporočljiv pregled s 100-odstotnim prodorom barvila. Merila sprejemljivosti za tankostenske zvare-morajo dopuščati nekaj manjšega polnjenja-do 10 % debeline stene-vendar brez razpok, poroznosti, ki presega premer 0,2 mm, ali prežganosti-. Poleg tega je treba na vseh tankostenskih varjenih sklopih, ki so namenjeni delovanju pod tlakom, opraviti helijev preskus tesnjenja. Stopnja puščanja pod 1 × 10⁻⁷ mbar·L/s pomeni dober zvar. Za aplikacije, kjer bo grelnik deloval v korozivnih okoljih, je priporočljiv feritni test zvara. Presežek ferita nad 5 % kaže na možnost selektivne korozije pri uporabi klorida. Vsebnost ferita zvara za varjenje 316 do 316 mora biti med 2 % in 5 % za optimalno odpornost proti koroziji. Ko določajo tanko{30}}plaste, morajo inženirji od proizvajalca zahtevati zapise o kvalifikacijah varilnega postopka, vključno z mikrofotografijami presekov, ki prikazujejo profil penetracije, velikost zrn-območja, ki ga prizadene toplota, in pomanjkanje prežganosti. Dobavitelju, ki noče zagotoviti teh zapisov, ne bi smeli zaupati proizvodnje tank{35}}grelnikov. Stroški ponovne kvalifikacije varilnega postopka so majhni v primerjavi s stroški napak na terenu zaradi razpok ali puščanja zvara.
