Un design di saldatura TIG + MAG di tubi in acciaio inossidabile 304

Rispetto a tutta la saldatura ad argon e la saldatura ad argon elettrica, l'efficienza di produzione e la qualità di saldatura della saldatura TIG + MAG di tubi in acciaio inossidabile sono notevolmente migliorate ed è stata ampiamente utilizzata nella saldatura di condotte di centrali elettriche. Il giunto orizzontale fisso per tutte le posizioni del tubo di grande diametro in acciaio inossidabile 304 viene utilizzato principalmente negli oleodotti di lubrificazione delle centrali elettriche. È difficile da saldare e richiede una qualità di saldatura superiore e una formatura della superficie interna. L'ispezione PT e RT è richiesta dopo la saldatura.

La saldatura TIG o la saldatura ad arco manuale ha una bassa efficienza e non è possibile garantire una scarsa qualità della saldatura. Usiamo lo strato inferiore di saldatura del filo di riempimento interno ed esterno TIG, il riempimento della saldatura MAG e lo strato superficiale di copertura per ottenere buoni giunti di saldatura. Rispetto all'acciaio al carbonio e all'acciaio debolmente legato, il tasso di espansione termica e la conduttività dell'acciaio inossidabile TP304 sono maggiori e il flusso e la formatura della piscina sono scarsi soprattutto nella saldatura in tutte le posizioni. Nel processo di saldatura MAG, la lunghezza di estensione del filo di saldatura deve essere inferiore a 10 mm e devono essere mantenuti l'ampiezza, la frequenza, la velocità e il tempo di ritenzione del bordo appropriati dell'oscillazione della torcia per saldatura. L'angolo della torcia di saldatura deve essere regolato in qualsiasi momento per fare in modo che il bordo della superficie di saldatura si fonda in modo ordinato, una buona formatura per garantire la qualità del riempimento e dello strato di copertura.

È stato utilizzato il tubo di acciaio TP304 campione con dimensioni 530 mm * 11 mm, supporto per saldatura ad arco di tungsteno con argon manuale, riempimento della saldatura a gas misto (CO2 + Ar) e saldatura del coperchio, saldatura orizzontale fissa per tutte le posizioni. Prima di saldare, dovremmo fare alcuni progetti di preparazione:

1. Pulire lo sporco come olio e ruggine e lucidare la scanalatura e la gamma di 10 mm circostante;

2. Assemblaggio in base alle dimensioni, la saldatura di posizionamento utilizzando il pavimento fisso (2, 7, 11 punti per il blocco di posizionamento fisso), può anche utilizzare la saldatura solida a punto scanalato;

3. Il tubo è protetto dal gas argon.

Processo di saldatura TIG

Parametri di saldatura

Viene utilizzato un elettrodo di tungsteno WCE-2.5 da 20 mm. L'elettrodo di tungsteno si estende per 4 ~ 6 mm senza preriscaldamento e il diametro dell'ugello è di 12 mm

Filo per saldaturaODCorrente di saldatura I / ATensione dell'arco U / VFlusso di gas L / minPurezza Ar,%Polarità
TIG-ER3082.5di 80-90di 12-14Positivo 9-12 Indietro 9-399.99DCSP

Processo operativo

  • La saldatura orizzontale fissa per tutte le posizioni del tubo è difficile. Per evitare l'abbassamento interno del cordone di saldatura, la parte di saldatura in posizione sopraelevata (60 ° su entrambi i lati di sei punti) viene utilizzata per riempire il filo e le parti di saldatura verticali e orizzontali vengono utilizzate per riempire il filo come supporto saldatura.
  • Prima di iniziare l'arco, il tubo deve essere riempito con argon per pulire l'aria. Nel processo di saldatura, il filo di saldatura non deve entrare in contatto con l'elettrodo di tungsteno o entrare direttamente nell'area della colonna dell'arco dell'arco, altrimenti l'inclusione di tungsteno verrà catturata nel cordone di saldatura e la stabilità dell'arco sarà danneggiata.
  • Iniziare a saldare da quasi 6 punti per rendere l'elettrodo di tungsteno sempre perpendicolare all'asse del tubo di acciaio, che può controllare meglio le dimensioni del bagno di fusione e fare in modo che l'ugello protegga uniformemente il bagno di fusione dall'ossidazione.
  • La parte estrema del tungsteno è a circa 2 mm dal pezzo di saldatura e il filo di saldatura deve essere inviato all'estremità anteriore del bagno di saldatura lungo la scanalatura. L'arco viene preriscaldato a un'estremità della scanalatura dopo l'accensione e la prima goccia di filo di saldatura viene immediatamente inviata per fondere il metallo dopo che il metallo è stato fuso, quindi la seconda goccia di filo di saldatura viene inviata per fondere il metallo dall'altra fine della scanalatura, quindi l'arco oscilla lateralmente e rimane su entrambi i lati per un po 'in modo che il filo di saldatura venga inviato in modo uniforme e intermittente al bagno di fusione. In 12 punti, l'estremità viene lucidata in una pendenza e il filo viene sospeso durante la saldatura al pendio, viene fuso in una chiusura del foro con un arco. Prestare attenzione a ridurre il flusso di gas protettivo interno a 3 l / min al termine della saldatura per evitare che la saldatura si concava a causa dell'eccessiva pressione dell'aria.

Processo di saldatura MAG

Parametri di saldatura

Il diametro dell'ugello è di 20 mm, la distanza tra l'ugello e il campione è di 6 ~ 8 mm, la temperatura tra gli strati è inferiore a 150 ℃ e lo spessore del cordone di saldatura è di 11 mm.

La miscelazione del gas protettivo con il rapporto Ar80% + CO2 20% (volume) rende stabile l'arco AR, piccoli schizzi e una transizione assiale del getto facile da ottenere. L'ossidazione dell'arco supera i difetti della saldatura ad argon, come l'alta tensione superficiale, il metallo liquido spesso e la facile deriva dei punti catodici, e migliora la profondità di penetrazione della saldatura.

Filo per saldaturaODCorrente di saldatura I / ATensione dell'arco U / VGas di protezioneFlusso di gas L / minPolarità
E-308L1.0di 100-110di 17-19Positivo 80% Ar + 20% CO2, Supporto Ar9-12,3DCEP

Il processo operativo

  • Ispezione prima della saldatura: ispezionare l'ugello, la pulizia conduttiva dell'ugello, il flusso di gas, il contatto con la superficie inferiore, la temperatura tra gli strati.
  • Durante la saldatura a gas nel riempimento, lo strato superficiale di copertura, la lunghezza del filo di saldatura esteso influenzerà la stabilità del processo di saldatura. Una lunghezza di estensione troppo lunga aumenterà il valore di resistenza del filo e il surriscaldamento del filo, causando schizzi e una scarsa formazione della saldatura; una lunghezza di estensione troppo corta aumenterà la corrente, la distanza tra l'ugello e il pezzo da lavorare si accorcia per causare il surriscaldamento, che può causare schizzi che bloccano l'ugello, influenzando così il flusso di gas e la formazione del cordone di saldatura.
  • Durante la saldatura, l'angolo della torcia di saldatura è perpendicolare all'asse del tubo per evitare l'inclusione di pori e scorie nel cordone di saldatura. Oscillazione di piccola ampiezza, entrambi i lati rimangono leggermente più veloci nella velocità media, il che può evitare il cordone di saldatura convesso, irregolare; Nel processo di saldatura, è necessario utilizzare un'ampiezza e una frequenza di oscillazione uniformi e appropriate della torcia di saldatura per garantire che le dimensioni della superficie di saldatura e il bordo dello strato di copertura siano fusi correttamente.

Duplex in acciaio inossidabile 316L VS 2205 nel campo della biomedicina

L'industria farmaceutica e biotecnologica ha requisiti relativamente elevati riguardo ai materiali in acciaio utilizzati nei serbatoi di lavorazione e nel sistema di condutture, che devono avere un'eccellente resistenza alla corrosione e pulizia per garantire la purezza e la qualità del prodotto farmaceutico, devono anche essere in grado di tollerare l'ambiente di produzione e i processi di disinfezione e pulizia di temperatura, pressione e corrosione, hanno anche una buona saldabilità e possono soddisfare i requisiti dell'industria della finitura superficiale.

316L (UNS S31603, EN 1.4404) L'acciaio inossidabile austenitico è il materiale principale per le apparecchiature nella produzione delle industrie farmaceutiche e biotecnologiche. L'acciaio inossidabile 316L ha un'eccellente resistenza alla corrosione, saldabilità e proprietà di lucidatura elettrolitica, che lo rendono un materiale ideale per la maggior parte delle applicazioni farmaceutiche. Sebbene l'acciaio inossidabile 316L funzioni bene in molti ambienti di processo, i clienti continuano a migliorare le prestazioni dell'acciaio inossidabile 316L attraverso un'attenta selezione della composizione chimica specifica dell'acciaio inossidabile 316L e l'uso di processi di produzione migliorati come l'elettroslag remelting (ESR).

Per fluidi altamente corrosivi, i clienti che possono accettare costi di manutenzione maggiori possono continuare a utilizzare acciaio inossidabile 316L o scegliere di utilizzare acciaio inossidabile super austenitico al 6% di molibdeno con una composizione di lega più elevata, come AL-6XN® (UNS N08367) o 254 SMO® (UNS S31254, EN 1.4547). Attualmente, l'acciaio inossidabile a doppia fase 2205 (UNS S32205, EN 1.4462) viene utilizzato anche nella produzione di apparecchiature di processo in questo settore.

La microstruttura dell'acciaio inossidabile 316L comprende la fase di austenite e una quantità molto piccola di fase di ferrite, che si forma principalmente aggiungendo una quantità sufficiente di nichel alla lega per stabilizzare la fase di austenite. Il contenuto di nichel dell'acciaio inossidabile 316L è generalmente del 10-11%. L'acciaio inossidabile duplex 2205 è formato riducendo il contenuto di nichel a circa il 5% e regolando il manganese e l'azoto aggiunti per formare circa il 40-50% di ferrite e contiene all'incirca la stessa quantità di fase ferritica e microstruttura della fase austenitica, con corrosione da grande a considerevole resistenza. L'aumento del contenuto di azoto e la microstruttura a grana fine dell'acciaio inossidabile duplex 2205 ne fanno avere una resistenza maggiore rispetto ai comuni acciai inossidabili austenitici come 304L e 316L. In condizioni di ricottura, il limite di snervamento dell'acciaio inossidabile duplex 2205 è circa il doppio di quello dell'acciaio inossidabile 316L. A causa di questa maggiore resistenza, lo stress ammissibile dell'acciaio inossidabile duple 2205 può essere molto più alto, a seconda delle specifiche di progettazione per le apparecchiature di processo di produzione. Può ridurre lo spessore e il costo della parete in molte applicazioni. Vediamo la composizione chimica e il confronto delle proprietà meccaniche tra 316L e 2205 (specificato in ASTM A240)

classiUNSCMnPSSiCrNiMoN
316LS316030.032.00.0450.030.75di 16.0-18.0di 10.0-14.0di 2.0-3.00.1
2205S322050.032.00.030.021.0di 22.0-23.0di 4.5-6.5di 3.0-3.5di 0.14-0.2
classiResistenza alla trazione, Mpa (ksi)Limite di snervamento Mpa (ksi)AllungamentoDurezza, HRB (HRC)
316 / 316L515 (75)205 (30)40% 217 (95)
2205655 (95)450 (65)25% 29331 ()

Prestazioni di corrosività

Pitting resistenza alla corrosione

Nelle applicazioni farmaceutiche e biotecnologiche, la corrosione più comune dell'acciaio inossidabile è la vaiolatura nei mezzi di cloruro. L'acciaio inossidabile duplex 2205 ha un contenuto di cromo, molibdeno e azoto più elevato, che è significativamente migliore dell'acciaio inossidabile 316L in termini di resistenza alla corrosione per vaiolatura e interstiziale. La resistenza alla corrosione relativa dell'acciaio inossidabile può essere determinata misurando la temperatura (temperatura critica di corrosione) richiesta per la vaiolatura in una soluzione di prova standard di cloruro ferrico al 6%. La temperatura critica di corrosione (CPT) dell'acciaio inossidabile duplex 2205 è compresa tra l'acciaio inossidabile 316L e l'acciaio inossidabile super austenitico al 6% di molibdeno. Va notato che i dati CPT misurati nella soluzione di cloruro ferrico rappresentano una classifica affidabile della resistenza alla corrosione ionica del cloruro e non devono essere utilizzati per prevedere la temperatura critica di corrosione del materiale in altri ambienti di cloruro.

Cricche da corrosione da stress

Quando le temperature sono superiori a 150 ° F (60 ° C), l'acciaio inossidabile 316L tende a rompersi sotto l'azione combinata di tensione di trazione e ioni cloruro, e questa corrosione catastrofica è nota come cracking da corrosione da stress da cloruro (SCC). Quando si selezionano materiali in condizioni di fluido caldo, l'acciaio inossidabile 316 deve essere evitato in presenza di ioni cloruro e temperature di 150 ° F (60 ° C) o superiori. Come mostrato nella figura seguente, l'acciaio inossidabile duplex 2205 può resistere a SCC ad almeno 250 ° C (120 ° F) in una semplice soluzione salina.

Proprietà di elaborazione

La lavorazione dell'acciaio inossidabile duplex 2205 è simile a quella del 316L per molti versi, ma ci sono ancora alcune differenze. La lavorazione di stampaggio a freddo deve tenere conto delle caratteristiche di maggiore resistenza e incrudimento dell'acciaio inossidabile a doppia fase, potrebbe essere necessario che le apparecchiature abbiano una capacità di carico maggiore e, durante il funzionamento, l'acciaio inossidabile 2205 mostrerà una maggiore resilienza rispetto ai gradi di acciaio inossidabile austenitico standard. La maggiore resistenza dell'acciaio inossidabile duplex 2205 rende più difficile il taglio rispetto al 316L.

L'acciaio inossidabile duplex 2205 può essere saldato allo stesso modo dell'acciaio inossidabile 316L. Tuttavia, l'apporto di calore e la temperatura interlaminare devono essere rigorosamente controllati per mantenere il rapporto di fase austenite-ferrite previsto e per evitare la precipitazione di fasi intermetalliche dannose. Il gas di saldatura contiene una piccola quantità di azoto per evitare questi problemi. Nella qualifica di saldatura dell'acciaio inossidabile duplex, il metodo comunemente utilizzato è quello di valutare il rapporto austenite-ferrite mediante tester di ferrite o esame metallografico. Il metodo di prova ASTM A 923 viene tipicamente utilizzato per verificare la presenza di fasi intermetalliche dannose. Il metallo d'apporto consigliato per la saldatura è ER2209 (UNSS39209, EN 1600). La saldatura autofusione è consigliata solo se il trattamento di ricottura in soluzione di saldatura può essere eseguito dopo la saldatura per ripristinare la resistenza alla corrosione. Non utilizza metallo d'apporto. Per eseguire la ricottura in soluzione, i componenti vengono riscaldati a una temperatura di almeno 1900 ° F (1040 ° C) e quindi raffreddati rapidamente.

La penetrazione e la fluidità dell'acciaio inossidabile Duplex 2205 sono scarse rispetto all'acciaio inossidabile 316L, quindi la velocità di saldatura è più lenta e la forma del giunto deve essere modificata. L'acciaio inossidabile duplex 2205 richiede un angolo di scanalatura più ampio, una distanza dalla radice maggiore e un bordo smussato più piccolo rispetto all'acciaio inossidabile 316L per ottenere una saldatura completamente fusa. Se l'attrezzatura di saldatura consente l'uso del filo di apporto, il 2209 filo d'apporto viene utilizzato per gestire la saldatura del binario di tubi in acciaio inossidabile 2205, oppure il filo di apporto può essere utilizzato al posto dell'inserto consumabile di lega appropriato.

Lucidatura elettrolitica

Molte applicazioni farmaceutiche e biotecnologiche richiedono che la superficie a contatto con il prodotto sia lucidata elettroliticamente, quindi le superfici lucidate elettroliticamente di alta qualità sono un'importante proprietà del materiale. L'acciaio inossidabile 2205 Duplex può essere lucidato elettroliticamente fino a una finitura di 15 micro pollici (0.38 micron) o superiore, che supera lo standard ASME BPE per la finitura superficiale delle superfici lucidate elettroliticamente, ma la superficie dell'acciaio inossidabile 2205 lucidata elettroliticamente non è brillante come l'acciaio inossidabile 316L superficie in acciaio. Questa differenza è dovuta alla solubilità metallica leggermente superiore della ferrite rispetto all'austenite durante il processo di elettrolucidatura.