จะเลือกขั้นตอนการเชื่อมที่ถูกต้องสำหรับท่อสแตนเลสดูเพล็กซ์ได้อย่างไรเพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียความต้านทานการกัดกร่อน

การเชื่อมที่ไม่ดีเพียงไม่กี่นาทีสามารถทำลายคุณสมบัติการต้านทานการกัดกร่อน-ของท่อสแตนเลสดูเพล็กซ์ได้อย่างสมบูรณ์ ข้อต่อทุกชิ้นที่ผลิตในร้านค้าหรือในภาคสนามจะต้องรักษาโครงสร้างจุลภาคสองเฟส-ที่แตกต่างกันอย่างระมัดระวัง ซึ่งจะทำให้ดูเพล็กซ์มีความแข็งแรงและทนทาน การรักษาความต้านทานการกัดกร่อนที่แข็ง-ของโลหะผสมในสภาวะที่มีคลอไรด์และกรดที่รุนแรงมีความสำคัญมากกว่าการป้องกันการรั่วไหล

มูลนิธิโลหการ: อะไรทำให้ดูเพล็กซ์มีเอกลักษณ์
ส่วนผสมที่สมดุลของออสเทนไนต์ประมาณ 50% และเฟอร์ไรต์ 50% พบได้ในสเตนเลสดูเพล็กซ์ (เช่น UNS S32205, S31803 หรือ 2205) โครงสร้างสอง-เฟสนี้นำเสนอ:

ความแข็งแรงเชิงกลสูง (ประมาณ 316 ลิตรประมาณสองเท่า)

ต้านทานการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้นที่เกิดจากคลอไรด์ (SCC) ได้ดีเยี่ยม

PREN (ตัวเลขเทียบเท่าความต้านทานแบบหลุม) 34–36 บ่งชี้ถึงความต้านทานที่ดีต่อการกัดกร่อนแบบรูพรุนและรอยแยก

วัสดุจะละลายและแข็งตัวอย่างรวดเร็วในระหว่างกระบวนการเชื่อม ความสมดุลของเฟสสุดท้ายในโลหะเชื่อมและ-โซนที่ได้รับผลกระทบความร้อน (HAZ) ถูกกำหนดโดยอัตราการเย็นตัวและประวัติความร้อน สิ่งที่เป็นอันตรายสองประการอาจเกิดขึ้นได้หากกระบวนการทำไม่ถูกต้อง:

การผลิตเฟอร์ไรต์มากเกินไป: เมื่อเฟอร์ไรต์มีอิทธิพลเหนือกว่าเนื่องจากการระบายความร้อนช้าหรือการป้อนความร้อนสูง ความเหนียวและความต้านทานการกัดกร่อนจะลดลง

การตกตะกอนในเฟสอินเตอร์เมทัลลิก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเฟสซิกมา (σ) (FeCrMo) และไค (χ) ซึ่งพัฒนาระหว่าง 600 ถึง 900 องศา การพัฒนาระยะเหล่านี้ทำให้เมทริกซ์โดยรอบของธาตุผสมที่จำเป็นเหล่านี้หมดสิ้นลง เนื่องจากมีโครเมียมและโมลิบดีนัมอยู่มาก ผลลัพธ์ที่ได้คือเกิดการแตกตัวอย่างรุนแรงและการต้านทานการกัดกร่อนแบบรูพรุนลดลงอย่างรวดเร็ว

ในทางกลับกัน ออสเทนไนต์มากเกินไปอาจเกิดขึ้นได้จากการป้อนความร้อนไม่เพียงพอหรือทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วมาก ซึ่งจะทำให้ความแข็งแรงลดลง ด้วยเหตุนี้ จึงต้องปฏิบัติตามกรอบเวลาการประมวลผลที่จำกัด

องค์ประกอบสำคัญของกระบวนการเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์
ปัจจัยต่อไปนี้ได้รับการควบคุมอย่างแม่นยำโดยเทคนิคการเชื่อมท่อสแตนเลสดูเพล็กซ์ที่เหมาะสม เทคนิคการป้องกันการกัดกร่อนของท่อ

1. การเลือกใช้โลหะฟิลเลอร์
เพื่อรักษาสมดุลของเฟสและความต้านทานการกัดกร่อน ปริมาณโลหะผสมของโลหะตัวเติมจะต้องเท่ากันหรือเกินกว่าปริมาณของโลหะฐาน ตัวเติมมาตรฐานสำหรับดูเพล็กซ์ 2205 คือ ER2209 (UNS S39209) การผลิตออสเทนไนต์ในชั้นเชื่อมได้รับการสนับสนุนจากองค์ประกอบของมัน ซึ่งค่อนข้างจะเจือ-ในนิกเกิลและไนโตรเจนมากกว่าเมื่อเทียบกับโลหะฐาน ซึ่งชดเชยเฟอร์ไรต์-ผลจากการแข็งตัวอย่างรวดเร็ว

โลหะตัวเติม เช่น ER2594 ใช้สำหรับเกรดซูเปอร์ดูเพล็กซ์ (เช่น 2507) สำหรับโลหะฐานดูเพล็กซ์ ห้ามใช้ฟิลเลอร์ออสเทนนิติก (เช่น 308L หรือ 316L) ผลการเชื่อมจะมีลักษณะการกัดกร่อนที่ไม่ถูกต้องและอาจแตกร้าวได้

2. การควบคุมการป้อนความร้อน
ความเร็วในการเดินทาง แรงดันไฟฟ้า และกระแสไฟฟ้าล้วนส่งผลต่ออินพุตความร้อน ช่วงป้อนความร้อนที่แนะนำสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์มักจะอยู่ระหว่าง 0.5 ถึง 2.5 กิโลจูลต่อมิลลิเมตร การป้อนความร้อนที่สูงเกินไปจะทำให้การระบายความร้อนช้าลง ซึ่งก่อให้เกิดเฟสซิกมาและการแข็งตัวของเฟอร์ไรต์ การป้อนความร้อนที่ต่ำเกินไปจะเสี่ยงต่อการหลอมละลายที่ไม่สมบูรณ์หรือเฟอร์ไรต์ที่มากเกินไป

การเชื่อมอาร์กทังสเตนแก๊ส (GTAW) ของท่อ 2205 โดยทั่วไปมีจุดมุ่งหมายที่ 0.5–1.5 กิโลจูล/มม. หากอุณหภูมิระหว่างทางถูกควบคุมอย่างใกล้ชิด ช่วงที่ค่อนข้างกว้าง (สูงถึง 2.0 กิโลจูล/มม.) อาจยอมรับได้สำหรับการเชื่อมอาร์กโลหะแก๊ส (GMAW) ด้วยการถ่ายโอนสเปรย์แบบพัลส์

3. อินเตอร์พาสอุณหภูมิ
จำเป็นต้องรักษาอุณหภูมิระหว่างการเชื่อม-อุณหภูมิของพื้นที่เชื่อมก่อนที่จะผ่านครั้งต่อไป-ต่ำกว่า 150 องศา และบ่อยครั้งที่ต่ำกว่า 100 องศาในระหว่างการผ่านครั้งแรก ความร้อนสะสมตามอุณหภูมิอินเตอร์พาสที่สูง ซึ่งทำให้ระยะเวลาการทำความเย็นยาวนานขึ้น และกระตุ้นให้เกิดการตกตะกอนของเฟสซิกมา การระบายความร้อนด้วยอากาศตามธรรมชาติระหว่างรอบอาจเพียงพอสำหรับท่อที่มีผนังบาง (เช่น 2–3 มม.) การบังคับระบายความร้อนด้วยอากาศหรือการรอนานกว่าระหว่างรอบต่างๆ เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับส่วนที่หนาขึ้น

4. การล้างและป้องกันกลับ
ทั้งหน้าเชื่อมและด้านรากของรอยเชื่อมสแตนเลสดูเพล็กซ์จำเป็นต้องได้รับการปกป้องจากออกซิเจนโดยรอบ เกี่ยวกับการเชื่อมท่อ:

อาร์กอนที่มีไนโตรเจน 1-3% เป็นก๊าซป้องกันหลักทั่วไป ไนโตรเจนจำนวนเล็กน้อยซึ่งเป็นสารเพิ่มความคงตัวออสเทนไนต์ ถูกเติมลงในก๊าซป้องกันช่วยในการรักษาสมดุลของเฟสที่ต้องการในโลหะเชื่อม

การไล่ล้างย้อนกลับ: เพื่อหยุดรูตบีดจากการออกซิไดซ์ อาร์กอนบริสุทธิ์ (หรืออาร์กอนที่มีไนโตรเจน 2-5%) จะถูกไล่ออกจากด้านในของท่อ เกล็ดโครเมียมออกไซด์ซึ่งเกิดจากมลภาวะของออกซิเจน ส่งผลให้โครเมียมสูญเสียไปและลดความต้านทานการกัดกร่อน

5. วิธีการและขั้นตอนการเชื่อม
สำหรับหลอดดูเพล็กซ์ จะใช้วิธีการพัลซิ่งอาร์ค (Pulsed GTAW หรือ Pulsed GMAW) เนื่องจาก

ใช้กระแสไฟสูงสุดตามด้วยกระแสไฟพื้นหลังต่ำเพื่อลดการป้อนความร้อน

เพิ่มการจัดการสระเชื่อมและลดโอกาสที่จะเกิดการไหม้-ทะลุกำแพงแคบ

สร้างโครงสร้างจุลภาคที่มีความสม่ำเสมอและละเอียดยิ่งขึ้น

แทนที่จะใช้เม็ดบีดทอกว้างซึ่งจะเพิ่มการป้อนความร้อนและการระบายความร้อนช้า มีการใช้บีดสตริง (ผ่านเส้นตรงโดยไม่ต้องทอ) สำหรับการเชื่อมด้วยมือ

หลัง-การทำความสะอาดรอยเชื่อม (การดองและการทู่) เป็นขั้นตอนสำคัญ
สีความร้อน (สเกลออกไซด์) จะปรากฏบนพื้นผิวของรอยเชื่อมและ HAZ โดยรอบ แม้ว่าความร้อนที่ป้อนเข้าจะเหมาะสมก็ตาม เนื่องจากโครเมียมทำปฏิกิริยากับออกซิเจนได้ดีกว่า ทำให้โลหะที่อยู่ด้านล่างมีโครเมียมน้อยลง ชั้นออกไซด์นี้จึง-หมดสิ้นไป การกัดกร่อนแบบรูพรุนและรอยแยกในการให้บริการคลอไรด์เกิดขึ้นได้ง่ายในบริเวณที่มีข้อบกพร่องนี้

จำเป็นต้องทำความสะอาดหลังการเชื่อม มีสองวิธีที่มีประสิทธิภาพ:

การกำจัดสารเคมี (การดอง)
น้ำยาดองหรืออ่าง: สีความร้อนจะละลาย และชั้นโครเมียม-ที่หมดสิ้นจะถูกกำจัดออกโดยใช้สารละลายของกรดไนตริก (HNO₃) และกรดไฮโดรฟลูออริก (HF) น้ำยาสำหรับดองจะถูกนำไปใช้กับแนวเชื่อมและบริเวณ-ความร้อนของท่อที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน โดยปล่อยทิ้งไว้ตามระยะเวลาที่กำหนดไว้ล่วงหน้า (เช่น 15 ถึง 60 นาที) จากนั้นจึงล้างออกด้วยน้ำสะอาดจนหมด

การดองแบบจุ่ม: แม้ว่าจะต้องใช้อุปกรณ์เฉพาะ แต่การจุ่มชุดท่อขนาดเล็กหรือชิ้นส่วนแกนในอ่างดองแบบให้ความร้อนจะมีความสม่ำเสมอมากกว่า

ทู่หลังจากการทำความสะอาดเครื่องจักรกล
การเจียรหรือการแปรง: แผ่นขัดละเอียดหรือแปรงที่ไม่ใช่โลหะ- (เช่น แปรงลวดสแตนเลส ซึ่งใช้กับดูเพล็กซ์เท่านั้นและไม่ใช้กับเหล็กกล้าคาร์บอน) สามารถใช้เพื่อขจัดคราบความร้อนได้ โดยไม่ทิ้งอนุภาคเหล็กที่ฝังไว้ใด ๆ ชั้นสีย้อมทั้งหมดจะต้องถูกบดออกโดยการเจียร

การเคลือบฟิล์ม: ในการคืนสถานะการเคลือบโครเมียมออกไซด์แบบพาสซีฟ จะต้องใช้สารละลายกรดไนตริกหรือซิตริกกับพื้นผิวหลังจากการทำความสะอาดเชิงกล การเจียรด้วยตัวมันเองอาจทำให้โลหะเปื้อนและทำให้พื้นผิวมีการป้องกันน้อยลง ดังนั้นขั้นตอนนี้จึงมีความสำคัญ

หลังจากการดองที่เหมาะสม รอยเชื่อมและ HAZ ควรมีลักษณะและความต้านทานการกัดกร่อนเหมือนกันกับท่อหลัก เนื่องจากการเชื่อมที่ดีไม่ทนต่อการกัดกร่อน การเชื่อมจะเป็นจุดแรกของความล้มเหลวหากสีความร้อนยังคงมีอยู่

การวัดเฟอร์ไรต์เพื่อการตรวจสอบคุณภาพการเชื่อม
ขอบเขตเฟอร์ไรต์ซึ่งเป็นอุปกรณ์เหนี่ยวนำแม่เหล็กใช้ในการวัดปริมาณเฟอร์ไรต์ของโลหะเชื่อมและ HAZ เพื่อตรวจสอบว่ากระบวนการเชื่อมรักษาสมดุลของเฟสที่เหมาะสม สำหรับเหล็กสเตนเลสดูเพล็กซ์ มักจะยอมรับปริมาณเฟอร์ไรต์ที่ 30–70% (การปรับสมดุลออสเทนไนต์) สเป็คจำนวนมากตั้งเป้าไว้ที่ 40–60%

ความแรงจะลดลงเมื่อมีออสเทนไนต์มากเกินไป ซึ่งระบุด้วยค่าที่ต่ำกว่า 30%

เฟอร์ไรต์ที่มากเกินไปจะระบุด้วยค่าที่สูงกว่า 70% ซึ่งจะลดความทนทานและอาจบ่งบอกถึงการมีอยู่ของเฟสซิกมา (ซิกมาไม่ใช่-แม่เหล็ก แต่เปอร์เซ็นต์เฟอร์ไรต์จะลดลงเมื่อเกิดซิกมา การอ่านค่าเฟอร์ไรต์ที่ต่ำผิดปกติหรือไม่สอดคล้องกันอาจเป็นเบาะแสได้)

ในการใช้งานที่สำคัญ คูปองแบบเชื่อมอาจได้รับการวิเคราะห์โครงสร้างจุลภาค (การถ่ายภาพโลหะ) เพื่อตรวจจับเฟสระหว่างโลหะ ภายในเม็ดเฟอร์ไรต์ เฟสซิกมาจะปรากฏเป็นตะกอนที่เป็นกรดหรือเป็นก้อน

ข้อผิดพลาดทั่วไปและวิธีป้องกัน
การป้องกันผลที่ตามมาของข้อผิดพลาด
การใช้โลหะเติม 308L หรือ 316LWeld เสี่ยงต่อการแตกร้าวและมีความต้านทานการกัดกร่อนต่ำ ใช้ตัวเติมดูเพล็กซ์ที่ตรงกัน (ER2209 สำหรับ 2205) ตลอดเวลา
ความร้อนสูงเกินไป (มากกว่า 2.5 กิโลจูล/มม.) ค่า PREN ต่ำ การเปราะ และการตกตะกอนในเฟสซิกมา กำหนดอินพุตความร้อน ใช้ส่วนโค้งแบบพัลส์ และตั้งค่าขีดจำกัดความเร็ว
อุณหภูมิที่ทะลุผ่านสูงกว่า 150 องศา การสะสมความร้อนกระตุ้นให้เกิดซิกม่าใช้เทอร์โมคัปเปิลในการวัด ปล่อยให้เย็นระหว่างรอบ
ไม่มีการล้างรากของหลอดกลับ การสูญเสียโครเมียม การเกิดออกซิเดชันของรูตบีด และการกัดกร่อนของรอยแยกใช้อาร์กอนหรืออาร์กอน-การรวมกันของไนโตรเจนในการไล่ล้าง
ปล่อยให้สีความร้อนอยู่กับที่ที่ขอบเชื่อม การกัดกร่อนเฉพาะที่จะเริ่มขึ้น ดองหรือดองโดยใช้เครื่องจักร
การใช้ล้อเจียรหรือแปรงเหล็กคาร์บอน การกัดกร่อนของกัลวานิกเกิดจากมลภาวะของเหล็ก ใช้เครื่องมือสแตนเลสแบบพิเศษ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับดูเพล็กซ์เท่านั้น
ข้อกำหนดคุณสมบัติและขั้นตอนการเชื่อม (WPS)
ต้องสร้างข้อกำหนดขั้นตอนการเชื่อมอย่างเป็นทางการ (WPS) และผ่านการรับรองตามโค้ด เช่น ASME Section IX, AWS D1.6 หรือ ISO 15614 สำหรับการใช้งานทางอุตสาหกรรม ควรระบุสิ่งต่อไปนี้อย่างชัดเจนใน WPS สำหรับท่อสแตนเลสดูเพล็กซ์:

ช่วงความหนาและเกรดของโลหะฐาน

การจำแนกประเภทของโลหะตัวเติม (เช่น ER2209)

เทคนิคการเชื่อม GTAW, GMAW หรือ SMAW

องค์ประกอบและอัตราการไหลของก๊าซป้องกัน

แก๊สและเทคนิคการล้างหลัง

ช่วงอินพุตความร้อนและพารามิเตอร์ทางไฟฟ้า (แรงดัน กระแส และความเร็วการเคลื่อนที่)

เกินขีดจำกัดอุณหภูมิ เช่น สูงสุด 150 องศา

โดยปกติแล้วไม่จำเป็นต้องอุ่นเครื่องสำหรับดูเพล็กซ์ เว้นแต่อุณหภูมิโดยรอบจะต่ำกว่า 5 องศา

น้ำยาดอง การแช่ หรือกลไก + การทำให้เป็นฟิล์มเป็นวิธีการทำความสะอาดหลังการเชื่อม-

มาตรฐานการยอมรับปริมาณเฟอร์ไรต์ (เช่น เฟอร์ไรต์ 30–70% ในโลหะเชื่อม)

การทดสอบแรงดึงและการโค้งงอ รวมถึงการทดสอบการกัดกร่อน (เช่น การทดสอบแบบรูพรุนของเฟอร์ริกคลอไรด์ตามมาตรฐาน ASTM G48) เป็นตัวอย่างของการทดสอบคุณสมบัติ การตรวจสอบกระแสไหลวนหรือการทดสอบอุทกสถิตอาจจำเป็นสำหรับการเชื่อมท่อ

ข้อควรพิจารณาสำหรับการเชื่อมภาคสนาม
เนื่องจากการควบคุมสิ่งแวดล้อมทำได้ยากกว่า การเชื่อมท่อดูเพล็กซ์ในภาคสนาม (เช่น การผูก-หรือการซ่อม) จึงยากกว่าการเชื่อมในร้าน ต้องให้ความสำคัญเป็นพิเศษกับ:

การใช้เลนส์และตะแกรงป้องกันแก๊สเพื่อหยุดการป้องกันการหยุดชะงักของแก๊สเรียกว่าเกราะป้องกันลม

การตรวจสอบอุณหภูมิ: ใช้ไพโรมิเตอร์แบบสัมผัสหรือเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดเพื่อวัดอุณหภูมิระหว่างทาง

การไล่ล้าง: อาจเป็นไปไม่ได้ที่จะเทท่อขนาดใหญ่-ให้หมดความยาว แต่สามารถใช้เขื่อนกั้นน้ำแบบจำกัดซึ่งทำจากปลั๊กยางแบบพองได้แทน

การดอง: เพื่อป้องกันการหกรั่วไหลไปยังอุปกรณ์ใกล้เคียง ต้องใช้น้ำยาหมักดองภาคสนามและทำให้เป็นกลางอย่างระมัดระวัง

โดยสรุป คุณภาพของวัสดุขึ้นอยู่กับมือที่ใช้ทำ
สำหรับท่อสเตนเลสดูเพล็กซ์ การเลือกเทคนิคการเชื่อมที่ถูกต้องเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในการป้องกันการสูญเสียความต้านทานการกัดกร่อนอย่างรุนแรง การป้อนความร้อนที่มากเกินไป อุณหภูมิระหว่างทางสูง โลหะตัวเติมที่ไม่ตรงกัน หรือการมีอยู่ของโครเมียม-สีความร้อนที่หมดลง ล้วนสามารถบ่อนทำลายโครงสร้างจุลภาคของออสเทนไนต์-เฟอร์ไรต์ที่สมดุล ซึ่งให้ความแข็งแรงของดูเพล็กซ์และความต้านทานการเกิดรูพรุน บริเวณรอยเชื่อมจะรักษาประสิทธิภาพการกัดกร่อนเช่นเดียวกับท่อแม่ด้วยกระบวนการที่เป็นระบบซึ่งควบคุมการป้อนความร้อน (ปกติ 0.5–2.5 กิโลจูล/มม.) อุณหภูมิระหว่างการเชื่อมต่ำกว่า 150 องศา สารตัวเติม ER2209 สำหรับโลหะฐาน 2205 การไล่ล้างกลับโดยเฉื่อย และการดองหลัง-อย่างเข้มงวด ความสำเร็จได้รับการยืนยันโดยการตรวจวัดเฟอร์ไรต์ (เฟอร์ไรต์ 30–70%) การเชื่อมที่ดี-จะไม่ทนต่อการกัดกร่อน วัสดุนั้นดีพอ ๆ กับมือที่ต่อเข้าด้วยกันเท่านั้น