چه عواملی بر مقاومت خوردگی لوله های فولادی جوش داده شده تأثیر می گذارد و چگونه می توان آن را بهبود بخشید؟

لوله های فولادی جوش داده شده قهرمانان ناخوشایند زیرساخت های مدرن هستند. از حمل و نقل آب و روغن تا شکل گیری اسکلت های ساختاری ساختمانها و پل ها ، قدرت و تطبیق پذیری آنها بی نظیر است. با این حال ، این مؤلفه مهم دارای یک دشمن شناخته شده است: خوردگی. تخریب تدریجی فلز از طریق واکنشهای الکتروشیمیایی می تواند منجر به خرابی فاجعه بار ، آسیب های زیست محیطی و هزینه های مالی عظیم شود.

درک آنچه در آن تأثیر می گذارد مقاومت در برابر خوردگی لوله های فولادی جوش داده شده فقط یک تمرین دانشگاهی نیست - این یک نیاز اساسی برای مهندسان ، مدیران پروژه و سازندگان است که از پروژه های خود خواستار طول عمر و ایمنی هستند. این مقاله به عوامل اصلی تعیین کننده حساسیت لوله جوش داده شده به خوردگی می پردازد و استراتژی های عملی را برای بهبود چشمگیر طول عمر آن فراهم می کند.

چرا لوله های جوش داده شده منحصر به فرد آسیب پذیر هستند

این اولین بار بسیار مهم است که درک کنیم که یک لوله جوش داده شده یک قطعه فلز یکنواخت نیست. فرآیند جوشکاری یک منطقه تحت تأثیر گرما (HAZ) و یک منطقه فلزی جوش ایجاد می کند که هر کدام دارای خاصیت متالورژیکی متفاوتی نسبت به لوله اصلی والدین هستند. این ناهمگونی ذاتی عامل اصلی آسیب پذیری بی نظیر آن است. هدف از بهبود مقاومت در برابر خوردگی لوله برای مدیریت این ناهمگونی ایجاد شده است.

عوامل اصلی مؤثر بر خوردگی در لوله های فولادی جوش داده شده

مقاومت در برابر خوردگی یک لوله جوش داده شده توسط یک عنصر واحد بلکه با یک تعامل پیچیده از مواد ، فرآیند و عوامل محیطی تعیین نمی شود.

ترکیب مواد و انتخاب درجه

آرایش شیمیایی فلزی پایه اولین خط دفاع است.

محتوای کربن: میزان کربن بالاتر قدرت را افزایش می دهد اما مقاومت در برابر خوردگی و جوشکاری را کاهش می دهد. این می تواند منجر به تشکیل ریزساختارهای مستعد تر در HAZ شود.

عناصر آلیاژ: عناصری مانند کروم (CR) ، نیکل (نیکل) ، مولیبدن (MO) و مس (مس) بسیار مهم هستند. به عنوان مثال ، کروم عنصر اصلی است که لایه اکسید منفعل و محافظ را در فولادهای ضد زنگ تشکیل می دهد. درجه خاص فولاد ، مانند فولاد کربن در مقابل لوله های استیل ضد زنگ ، مهمترین انتخاب در تعیین مقاومت در برابر خوردگی ذاتی است.

ناخالصی ها: عناصری مانند گوگرد (ها) و فسفر § می توانند ترکیبات کم ذوب را تشکیل دهند که احتمال ترک خوردگی را افزایش می دهد و سایت هایی برای خوردگی موضعی ایجاد می کند.

فرآیند جوشکاری و اثرات حرارتی آن

عمل جوشکاری خود بزرگترین چالش ها را معرفی می کند. ورودی شدید و موضعی گرمای یک عامل اصلی در پیشگیری از خوردگی جوش .

منطقه تحت تأثیر گرما (HAZ): این منطقه از فلز والدین است که ذوب نشده است اما ریزساختار و خاصیت آن با گرمای جوش تغییر کرده است. در فولادهای کربن ، HAZ می تواند شکل گیری ریزساختارهای سخت و شکننده مانند مارتنزیت را مشاهده کند ، که مستعد ابتلا به انواع خاصی از خوردگی است ، به خصوص اگر به درستی کم شود.

ترکیب فلز جوش: فلز پرکننده مورد استفاده باید با فلز لوله پایه سازگار و اغلب برتر باشد. با استفاده از یک سیم پرکننده نادرست یا کم با کیفیت می تواند یک زوج گالوانیک ایجاد کند که در آن یک قسمت از جوش به آندی تبدیل شود و به صورت ترجیحی.

ورودی گرما: گرمای بیش از حد می تواند باعث رشد بیش از حد دانه در HAZ شود ، فلز را تضعیف کرده و آن را مستعد ابتلا به خوردگی بیشتر کند. گرمای بیش از حد کمی می تواند منجر به عدم وجود نقص همجوشی شود و باعث ایجاد شکاف های مناسبی برای خوردگی برای شروع شود.

فشارهای باقیمانده: جوشکاری فشارهای داخلی قابل توجهی را به عنوان گرمای فلزی ، گسترش ، خنک شدن و قراردادها معرفی می کند. اینها استرس باقیمانده جوش یک محرک اصلی برای ترک خوردگی استرس (SCC) است ، یک حالت خرابی مخصوصاً خطرناک و ناگهانی.

نقص جوش و وضعیت سطح

یک مفصل کاملاً جوش داده شده صاف و مداوم است. در واقعیت ، نقص ها متداول هستند و به عنوان سایت های هسته ای برای خوردگی عمل می کنند.

تخلخل: جیب های گاز ریز که در فلز جوش به دام افتاده اند ، جیب های پنهان و راکد مناسب برای حمله خورنده را ایجاد می کنند.

Undercut: شیار در فلز پایه در کنار انگشت پا که پر از فلز جوش نیست ، ذوب می شود. این یک نقطه غلظت استرس و شکاف ایجاد می کند.

پاتر: قطرات کوچک فلز مذاب که روی سطح لوله قرار دارند. آنها می توانند شکاف های کوچکی بین خود و فلز پایه ایجاد کنند و منجر به خوردگی شکاف شوند.

زبری سطح: مشخصات جوش خشن و نامنظم رطوبت و آلاینده ها را به دام می اندازد و از چسبیدن صحیح پوشش های محافظ جلوگیری می کند.

قرار گرفتن در معرض محیط زیست

محیط خدمات نوع و سرعت خوردگی را دیکته می کند.

خوردگی جوی: قرار گرفتن در معرض اکسیژن ، رطوبت و کلریدهای موجود در هوا (در مناطق ساحلی) یا سولفیدها (در مناطق صنعتی).

خوردگی آب: می تواند آب شیرین ، آب دریا یا آب تصفیه شده باشد. عوامل شامل محتوای کلرید ، سطح اکسیژن ، دما و سرعت جریان است. آب راکد اغلب خورنده تر است.

خوردگی خاک: لوله های دفن شده با یک محیط پیچیده با رطوبت متفاوت ، pH و فعالیت میکروبی روبرو هستند (خوردگی بر میکروبیولوژیکی - MIC).

قرار گرفتن در معرض شیمیایی: خطوط لوله در گیاهان صنعتی ممکن است در معرض اسیدها ، قلیایی ها یا سایر مواد شیمیایی تهاجمی قرار بگیرند.

استراتژی هایی برای بهبود مقاومت در برابر خوردگی در لوله های جوش داده شده

خوشبختانه ، آسیب پذیری لوله های جوش داده شده را می توان از طریق ترکیبی از طراحی هوشمند ، اجرای دقیق و اقدامات محافظتی به طور مؤثر مدیریت کرد.

مرحله و مرحله طراحی: برنامه ریزی برای طول عمر

نبرد با خوردگی قبل از ضرب و شتم قوس اول پیروز می شود.

انتخاب مواد: یک درجه فولادی مناسب برای محیط را انتخاب کنید. برای محیط های بسیار خورنده ، لوله های استیل ضد زنگ (به عنوان مثال ، 304 ، 316 ، نمرات دوبلکس یا فوق العاده دوبلکس) یا آلیاژهای عجیب و غریب تر ممکن است لازم باشد. برای فولاد کربن ، نمرات را با مقاومت در برابر خوردگی بهبود یافته مانند ASTM A106 درجه B در نظر بگیرید.

طراحی محافظت از کاتدیک: برای خطوط لوله دفن شده یا غوطه ور ، از ابتدا یک سیستم محافظت از کاتدیک (آندهای قربانی یا جریان تحت تأثیر) را ادغام کنید. این تکنیک الکتروشیمیایی کل لوله را وادار می کند تا به یک کاتد تبدیل شود و واکنش خوردگی را متوقف می کند.

بهینه سازی روند جوشکاری

شیوه های جوشکاری برتر مستقیم ترین راه برای تقویت است عملکرد خوردگی جوش .

صلاحیت رویه: مشخصات روش جوشکاری (WPS) را که کنترل ورودی گرما ، گرمای قبل از گرم شدن و دمای آن را کنترل می کند ، توسعه داده و پیروی کنید. این یک جوش با کیفیت و با کیفیت بالا با HAZ به حداقل رساندن و پایدار را تضمین می کند.

انتخاب فلز پرکننده: از فلز پرکننده استفاده کنید که به طور خاص برای مقابله با خوردگی طراحی شده است. این اغلب به معنای انتخاب فلز پرکننده با محتوای آلیاژ بالاتر از فلز پایه (بیش از حد) برای اطمینان از اینکه مهره جوش خود نجیب ترین و مقاوم در برابر خوردگی در مفصل است.

گاز محافظ: برای جلوگیری از آلودگی جوی (نیتروژن ، اکسیژن) استخر جوش ، از نوع و خلوص گاز محافظت کننده (به عنوان مثال ، مخلوط های آرگون-CO2) استفاده کنید که منجر به تخلخل و تشکیل اکسید می شود.

درمان های ضروری پس از جوشکاری

این مراحل به نواقص و تغییرات ناشی از جوشکاری می پردازد.

نزول و تمیز کردن: بلافاصله پس از جوشکاری ، با استفاده از مسواک زدن به سیم ، سنگ زنی یا خمیر تخصصی ، تمام مقیاس سرباره ، پراکنده و اکسید (که اغلب به عنوان رنگ حرارتی روی فولاد ضد زنگ قابل مشاهده است) را بردارید. این اولین قدم غیر قابل مذاکره است.

سنگ زنی و مخلوط کردن: هموار سازی مشخصات جوش برای از بین بردن زیر بغل ، شکافها و زبری سطح ، سایتهای شروع بالقوه را از بین می برد و چسبندگی پوشش را بهبود می بخشد. یک انگشت جوش صاف و مخلوط برای خستگی و مقاومت در برابر خوردگی بسیار مهم است.

تسکین استرس عملیات حرارتی (PWHT): برای کاربردهای مهم ، قرار دادن لوله جوش داده شده در یک چرخه گرمایش و سرمایش کنترل شده در یک کوره می تواند به طرز چشمگیری مضر را کاهش دهد استرس باقیمانده جوش بشر این یک روش بسیار مؤثر برای جلوگیری از ترک خوردگی استرس (SCC) است.

انفعال: برای جوش های استیل ضد زنگ ، Passivation یک درمان شیمیایی (به طور معمول با اسید نیتریک یا سیتریک) است که ذرات آهن آزاد را از سطح خارج می کند و امکان تشکیل یک لایه اکسید کروم جدید و مداوم را فراهم می کند و مقاومت در برابر خوردگی ذاتی را باز می گرداند.

پوشش های محافظ و روکش

پوشش ها به عنوان یک مانع فیزیکی عمل می کنند و فلز را از محیط آن جدا می کنند. اثربخشی هر پوشش محافظ برای لوله کشی صنعتی کاملاً وابسته به آماده سازی مناسب سطح است.

آماده سازی سطح: این مسلماً مهمترین مرحله است. برای دستیابی به یک الگوی مشخصات تمیز و لنگر برای چسبندگی مکانیکی ، سطوح باید به یک درجه تجاری مشخص (به عنوان مثال SA 2.5) منفجر شوند.

انواع پوشش:

اپوکسی ها: همه جانبه های عالی برای طیف گسترده ای از دما و قرار گرفتن در معرض شیمیایی.

آغازگرهای غنی از روی: محافظت از کاتدیک را در سطح پوشش ارائه دهید. اگر روکش خراشیده شود ، روی قربانی از فولاد در معرض محافظت می کند.

پلی اورتان: اغلب به عنوان روکش های برتر برای مقاومت عالی در برابر اشعه ماوراء بنفش و دوام استفاده می شود.

اپوکسی پیوند شده با همجوشی (FBE): یک پوشش پودر به صورت حرارتی به لوله وصل می شود ، که به طور گسترده ای به عنوان استاندارد برای خطوط لوله نفت و گاز استفاده می شود.

پوشش های داخلی: برای خدمات سیال ، ملات سیمان یا روکش های اپوکسی می تواند در قسمت داخلی لوله های آب استفاده شود تا یک سد و کنترل مقیاس ایجاد شود.

نتیجه گیری: یک رویکرد جامع مهم است

هیچ گلوله ای جادویی برای اطمینان از این وجود ندارد مقاومت در برابر خوردگی لوله های فولادی جوش داده شده بشر درعوض ، به یک استراتژی جامع و چند وجهی نیاز دارد که کل چرخه عمر لوله را شامل می شود ، از انتخاب مواد اولیه و طراحی هوشمند گرفته تا اجرای جوشکاری دقیق و درمان دقیق پس از جوش.

نادیده گرفتن هر یک از این عوامل می تواند پیوند ضعیفی ایجاد کند که تمام تلاش های دیگر را تضعیف می کند. با درک علم در پشت آسیب پذیری و اجرای این عملی روشهای بهبود طول عمر مشترک جوش داده شده مهندسان و سازندگان با اطمینان می توانند سیستم های لوله کشی فلزی جوش داده شده را که نه تنها قوی بلکه با دوام و مقاومت در برابر تهدید بی امان خوردگی برای ده ها سال است ، مشخص ، تولید و نصب کنند. سرمایه گذاری در این فرایندها مقدماتی هزینه ای نیست. این یک سرمایه گذاری مهم در ایمنی ، قابلیت اطمینان و ارزش بلند مدت است. $ $