افزودن عنصر خاکی کمیاب در لوله مقاوم در برابر سایش آلیاژ خاکی کمیاب چگونه بر جوش پذیری آن تأثیر می گذارد؟

افزودن عناصر خاکی کمیاب به لوله مقاوم در برابر سایش از آلیاژ خاکی کمیاب به طور قابل توجهی جوش پذیری را در مقایسه با لوله های آلیاژی با کروم بالا یا کاربید تقویت شده بهبود می بخشد - اما همچنین حساسیت های متالورژیکی خاصی را معرفی می کند که کنترل دقیق رویه را می طلبد. به طور خلاصه، افزودنی‌های خاکی کمیاب منطقه متاثر از حرارت جوش (HAZ) را اصلاح می‌کنند، تمایل به ترک خوردگی داغ را کاهش می‌دهند و چقرمگی در اتصال جوش را بهبود می‌بخشند، مشروط بر اینکه پروتکل‌های دمای پیش گرمایش، دمای بین پاسی و پروتکل‌های عملیات حرارتی پس از جوش (PWHT) رعایت شود.

در میان دسته بندی های مختلف از لوله های مقاوم در برابر سایش امروزه در بازار موجود است - از جمله انواع کامپوزیت با روکش سرامیکی، پوشش بازالتی و دو فلزی - لوله آلیاژ خاکی کمیاب برای ترکیب مقاومت سایشی معنی دار با قابلیت جوشکاری میدانی عملی برجسته است. این مقاله مکانیسم‌های متالورژیکی، الزامات عملی جوشکاری و پارامترهای حیاتی را که هر مهندس یا متخصص تدارکات باید قبل از نصب یا تعمیر بداند، توضیح می‌دهد. لوله مقاوم در برابر سایش از آلیاژ خاکی کمیاب در زمینه

چگونه عناصر نادر زمینی متالورژی جوش را تغییر می دهند

عناصر خاکی کمیاب (RE) - معمولاً سریم (Ce)، لانتانیم (La) و ایتریم (Y) - به ماتریس آلیاژ اضافه می شوند. لوله مقاوم در برابر سایش از آلیاژ خاکی کمیاب در مقادیر کم، معمولاً از 0.02٪ تا 0.15٪ وزنی . با وجود این مقادیر کم، تأثیر آنها بر رفتار جوش عمیق است.

در طول انجماد حوضچه جوش، عناصر خاکی کمیاب به عنوان تصفیه کننده دانه و اصلاح کننده گنجایش قوی عمل می کنند. بر خلاف استاندارد لوله های مقاوم در برابر سایش که برای سختی تنها به محتوای بالای کربن یا کروم متکی هستند لوله آلیاژ خاکی کمیاب عملکرد خود را از طریق یک رویکرد ریزساختاری دقیق تر به دست می آورد. به طور خاص، عناصر RE سه عملکرد متالورژیکی کلیدی را انجام می دهند:

• گوگرد زدایی و اکسیژن زدایی: عناصر RE تمایل زیادی به گوگرد و اکسیژن دارند، سولفیدها و اکسیدهای RE پایدار (مانند Ce2O3، CeS) را تشکیل می‌دهند که به صورت سرباره از حوضچه جوش شناور می‌شوند و غلظت ناخالصی‌های شکننده را در مرز دانه‌ها کاهش می‌دهند.
• تصفیه مرز دانه: با جابجایی گوگرد و فسفر از مرزهای دانه آستنیت، افزودن‌های RE حساسیت ترک خوردگی مایع در HAZ را کاهش می‌دهد - یک حالت شکست رایج در فولادهای مقاوم در برابر سایش بالا.
• کنترل مورفولوژی کاربید: در آلیاژهای سایش با کربن بالا، عناصر RE شکل کاربیدهای اولیه را از صفحات لبه تیز به ذرات گردتر و پراکنده تر تغییر می دهند، که باعث کاهش غلظت تنش در رابط های جوش می شود و شکل پذیری کلی اتصال را بهبود می بخشد.

اثر ترکیبی یک اتصال جوشی با ریزساختار ریزتر، همگن تر و چقرمگی به طور قابل اندازه گیری بهتر است - یک مزیت مهم زمانی که لوله مقاوم در برابر سایش از آلیاژ خاکی کمیاب تحت بارهای ضربه ای یا ارتعاش در سرویس قرار می گیرد.

قابلیت جوش در مقایسه با آلیاژهای معمولی مقاوم در برابر سایش

برای تعیین کمیت بهبود، جدول زیر شاخص‌های جوش‌پذیری را با هم مقایسه می‌کند لوله مقاوم در برابر سایش از آلیاژ خاکی کمیاب در برابر دو جایگزین رایج در خانواده گسترده تر لوله های مقاوم در برابر سایش : لوله استاندارد آهن سفید با کروم بالا (28٪ کروم) و فولاد سایش ساده کربن منگنز (به عنوان مثال، معادل هاردوکس).

داده ها به وضوح این را نشان می دهد لوله مقاوم در برابر سایش از آلیاژ خاکی کمیاب سطح میانی عملی را اشغال می کند - قابلیت جوش بسیار بیشتری نسبت به آهن سفید با کروم بالا دارد، در حالی که در مقایسه با فولاد سایش ساده، مقاومت در برابر سایش بسیار بالاتری دارد. برای عملیاتی که هم به محافظت در برابر سایش و هم به انعطاف پذیری مفصل در محل نیاز دارد، لوله آلیاژ خاکی کمیاب به طور مداوم یک راه حل مهندسی متعادل تر از هر یک از جایگزین های معمولی ارائه می دهد لوله های مقاوم در برابر سایش .

الزامات آماده سازی قبل از جوش

آماده سازی مناسب قبل از جوش برای دستیابی به اتصالات سالم غیر قابل مذاکره است لوله مقاوم در برابر سایش از آلیاژ خاکی کمیاب . مراحل زیر باید به شدت رعایت شود:

تمیز کردن سطح

تمام رسوبات آسیاب، زنگ زدگی، گریس و رطوبت باید در حداقل 25 میلی متر از ناحیه جوش حذف شوند. آلودگی - به ویژه ترکیبات گوگردی - می تواند اثر گوگرد زدایی RE مفید را نادیده بگیرد و خطر ترک داغ را دوباره ایجاد کند. این امر به ویژه برای لوله آلیاژ خاکی کمیاب ، جایی که مرزهای دانه اصلاح شده با RE به معرفی مجدد گوگرد حساس هستند. سنگ زنی زاویه ای تا یک روکش فلزی روشن روش توصیه شده است.

پیش گرمایش

یک دمای پیش گرم از 150 تا 250 درجه سانتی گراد برای اکثر نمرات مورد نیاز است لوله مقاوم در برابر سایش از آلیاژ خاکی کمیاب با معادل های کربن (CE) در محدوده 0.45-0.65. پیش گرما باید به طور یکنواخت با استفاده از مشعل های پروپان یا پتوهای گرمایش القایی اعمال شود، که توسط دماسنج های تماس سطحی تأیید شده و در کل عملیات جوشکاری حفظ شود.

طراحی مشترک

آماده سازی یک یا دو شیار V با یک زاویه شامل 60 تا 70 درجه و سطح ریشه 1.5-2.0 میلی متر برای مفاصل لب به لب توصیه می شود. این هندسه دسترسی کافی را برای رسوب عبور ریشه فراهم می کند در حالی که حجم فلز جوش مورد نیاز را به حداقل می رساند، که گرمای ورودی و نرم شدن HAZ مربوطه را کاهش می دهد - یک ملاحظه در همه آلیاژهای بالا مشترک است. لوله های مقاوم در برابر سایش اما به ویژه برای ریزساختار تقویت شده RE حیاتی است.

فرآیندهای جوشکاری و مواد مصرفی توصیه شده

همه فرآیندهای جوشکاری به یک اندازه مناسب نیستند لوله مقاوم در برابر سایش از آلیاژ خاکی کمیاب . انتخاب فرآیند مستقیماً بر گرمای ورودی، سرعت رقت‌سازی و حفظ ریزساختار اصلاح‌شده RE در HAZ تأثیر می‌گذارد.

• SMAW (جوشکاری قوس فلزی محافظ): مناسب برای تعمیرات میدانی لوله آلیاژ خاکی کمیاب . از الکترودهای کم هیدروژن (E7018 یا معادل آن) با شرایط پخته شده در رطوبت (ذخیره شده در دمای 300 تا 350 درجه سانتیگراد، در عرض 4 ساعت پس از برداشتن استفاده می شود) استفاده کنید. گرمای ورودی باید در زیر نگه داشته شود 25 کیلوژول بر سانتی متر در هر پاس
• FCAW (جوشکاری قوسی با هسته شار): برای تولید جوشکاری ترجیح داده می شود لوله های مقاوم در برابر سایش به دلیل نرخ رسوب بالاتر از سیم شاردار محافظ گاز با گاز محافظ 75% Ar / 25% CO2 استفاده کنید. دمای بینگذر را در زیر حفظ کنید 200 درجه سانتی گراد برای جلوگیری از درشت شدن بیش از حد کاربید.
• GTAW (جوشکاری TIG): برای عبور ریشه با قطر کمتر توصیه می شود لوله مقاوم در برابر سایش از آلیاژ خاکی کمیاب (DN50-DN150) که در آن دقت و رقت کم بسیار مهم است. برای حفظ چقرمگی، از سیم پرکننده منطبق یا کمی کمتر همسان استفاده کنید.
• اجتناب از SAW (جوشکاری زیر آب) برای بخش های دیوار نازک از هر لوله آلیاژ خاکی کمیاب زیرا گرمای ورودی بالا (اغلب بیش از 50 کیلوژول بر سانتی متر) می تواند کاربیدهای اصلاح شده RE را حل کند و مزایای ریزساختاری افزودنی های خاکی کمیاب را خنثی کند.

پروتکل های عملیات حرارتی پس از جوش (PWHT).

عملیات حرارتی پس از جوش به شدت توصیه می شود - و در بسیاری از کاربردهای خدمات فشار، اجباری - برای لوله مقاوم در برابر سایش از آلیاژ خاکی کمیاب . اهداف PWHT کاهش تنش‌های جوشکاری باقی‌مانده، تعدیل هرگونه مارتنزیت تشکیل‌شده در HAZ در طول خنک‌سازی و بازگرداندن درجه‌ای از چقرمگی به ناحیه جوش است. در مقایسه با سایرین لوله های مقاوم در برابر سایش ، لوله آلیاژ خاکی کمیاب به ویژه به PWHT کنترل شده به دلیل ساختار مرزی دانه تثبیت شده RE، که در برابر رشد بیش از حد دانه در طول چرخه حرارتی مقاومت می کند، به خوبی پاسخ می دهد.

بازپخت تسکین استرس

مجموعه جوش تکمیل شده را گرم کنید 550-620 درجه سانتیگراد به مدت 1 ساعت به ازای هر 25 میلی متر ضخامت دیوار (حداقل 1 ساعت) نگه دارید، سپس به آرامی در هوای ساکن یا زیر یک پتوی عایق با سرعت کنترل شده ای که بیشتر از آن نباشد خنک کنید. 100 درجه سانتیگراد در ساعت تا زمانی که دما به زیر 300 درجه سانتی گراد برسد. خنک‌سازی سریع از دمای PWHT می‌تواند تنش‌های خاموشی را دوباره وارد کند و تا حدی مزیت کاهش تنش را خنثی کند.

اجتناب از ایجاد حساسیت

برای نمرات لوله مقاوم در برابر سایش از آلیاژ خاکی کمیاب با محتوای کروم بالای 12% از قرار گرفتن در معرض طولانی مدت در محدوده دمایی اجتناب کنید 450-850 درجه سانتیگراد در طول PWHT، زیرا این می تواند باعث رسوب کاربید کروم در مرزهای دانه (حساسیت) شود و مقاومت به خوردگی در اتصال جوش را کاهش دهد. در چنین مواردی، به جای کاهش تنش معمولی، ممکن است نیاز به بازپخت محلول در 1050 درجه سانتیگراد و سپس خاموش کردن سریع باشد.

لوله فولادی مقاوم در برابر سایش خاکی کمیاب

عیوب رایج جوش و نحوه جلوگیری از آنها

حتی با روش‌های بهینه‌سازی شده، نقص‌های خاص در آن شایع‌تر است لوله مقاوم در برابر سایش از آلیاژ خاکی کمیاب جوش می دهد. درک علل ریشه ای آنها، پیشگیری پیشگیرانه را ممکن می سازد:

تست غیر مخرب بعد از جوشکاری

پس از اتمام کلیه عملیات جوشکاری و PWHT، کلیه اتصالات در لوله مقاوم در برابر سایش از آلیاژ خاکی کمیاب سیستم ها باید قبل از بازگشت به سرویس تحت یک توالی معاینه غیرمخرب تعریف شده (NDE) قرار گیرند. همان اصول NDE به طور گسترده در مورد دیگر اعمال می شود لوله های مقاوم در برابر سایش ، اما رفتار ترک خوردگی با تاخیر خاص به لوله آلیاژ خاکی کمیاب زمان و ترتیب بازرسی را به ویژه حیاتی می کند:

1. بازرسی بصری (VT): پروفیل جوش، هندسه کلاهک و عدم وجود ترک های سطحی یا زیر بریدگی بیش از عمق 0.5 میلی متر را بررسی کنید.
2. بازرسی ذرات مغناطیسی (MT): ناپیوستگی های سطحی و نزدیک به سطح، به ویژه ترک های سرد HAZ را که ممکن است 24 تا 48 ساعت پس از جوشکاری به دلیل ترک های هیدروژنی تاخیری ایجاد شوند، شناسایی کنید.
3. تست اولتراسونیک (UT): بررسی حجمی برای عدم وجود همجوشی داخلی، خوشه های تخلخل، یا پارگی لایه. آرایه فازی UT (PAUT) برای ضخامت دیوارهای بالای 20 میلی متر توصیه می شود.
4. بررسی سختی (HV10): بررسی کنید که سختی HAZ از آن بیشتر نباشد 350 HV پس از PWHT، که نشان دهنده مارتنزیت باقیمانده و خطر ترک خوردگی سرد غیرقابل قبول است.

انجام بازرسی MT قبل از آن 24 ساعت پس از اتمام جوش به ویژه برای لوله مقاوم در برابر سایش از آلیاژ خاکی کمیاب ، زیرا ترک خوردگی با کمک هیدروژن می تواند به خوبی پس از خنک شدن اتصال تا دمای محیط ایجاد شود.

نکات کاربردی برای مهندسان میدانی و تیم های تدارکات

مزایای جوش پذیری معرفی شده توسط افزودنی های خاکی کمیاب را ایجاد می کند لوله مقاوم در برابر سایش از آلیاژ خاکی کمیاب یک راه حل واقعی برای سیستم های خدمات ساینده که به اتصالات قابل جوشکاری در میدان نیز نیاز دارند. با این حال، تحقق این مزایا مستلزم نظم و انضباط در اجرای رویه است. نکات عملی کلیدی برای پیشبرد:

• همیشه درخواست کنید ارزش معادل کربن (CE). از سازنده لوله قبل از طراحی مشخصات روش جوشکاری (WPS)، زیرا CE مستقیماً الزامات پیش گرمایش را برای هر نوع دیکته می کند. لوله آلیاژ خاکی کمیاب درجه
• مشخص کنید الکترودهای کم هیدروژن به عنوان یک نیاز قراردادی در قراردادهای ساخت و نصب - رطوبت الکترود تنها بزرگترین عامل خطر قابل کنترل برای ترک سرد در تمام آلیاژهای بالا است. لوله های مقاوم در برابر سایش .
• در صورت امکان، جوشکاری را در یک محیط داخلی کنترل شده انجام دهید. باد، باران و دمای محیط زیر 5 درجه سانتیگراد به طور چشمگیری جذب هیدروژن و سرعت خنک کننده را افزایش می دهد که هر دو برای کیفیت جوش مضر هستند. لوله مقاوم در برابر سایش از آلیاژ خاکی کمیاب .
• بودجه برای PWHT در برنامه زمانبندی پروژه - نادیده گرفتن آن برای کاهش هزینه تقریباً همیشه منجر به ترک زودرس HAZ و خرابی های گران تر در حین سرویس می شود، صرف نظر از درجه لوله آلیاژ خاکی کمیاب مشخص شده است.

عنصر خاکی کمیاب اضافه شده در لوله مقاوم در برابر سایش از آلیاژ خاکی کمیاب یک نکته مثبت خالص برای جوش پذیری است - اما چالش را از خواص مواد ذاتی لوله به دقت و نظم فرآیند جوش تغییر می دهد. با انتخاب صحیح فرآیند، مدیریت حرارتی و بازرسی پس از جوش، اتصالات جوش بادوام و با یکپارچگی بالا به طور کامل در محیط های مزرعه و کارگاه قابل دستیابی هستند. برای هر پروژه ای که مشخص می کند لوله های مقاوم در برابر سایش در خواستار خدمات ساینده، لوله آلیاژ خاکی کمیاب امروزه یکی از توجیه‌پذیرترین و نصب‌پذیرترین گزینه‌های موجود است.