부식 저항성 손실을 피하기 위해 이중 스테인레스 스틸 튜브의 올바른 용접 절차를 선택하는 방법은 무엇입니까?

몇 분 동안 용접을 잘못하면 이중 스테인리스 스틸 튜브의 내부식성-특성이 완전히 손상될 수 있습니다. 작업장이나 현장에서 제조된 모든 조인트는 듀플렉스에 강도와 저항을 제공하는 뚜렷한 2{2}}상 미세 구조를 주의 깊게 보존해야 합니다. 가혹한 염화물 및 산성 조건에서 합금이 어렵게 얻은 내부식성을 유지하는 것이 단순히 누출을 방지하는 것보다 더 중요합니다.

야금학적 기초: Duplex를 독특하게 만드는 요소
대략 50% 오스테나이트와 50% 페라이트의 균형 잡힌 혼합은 이중 스테인리스강(예: UNS S32205, S31803 또는 2205)에서 발견됩니다. 이 2-단계 구조는 다음을 제공합니다.

높은 기계적 강도(316L의 약 2배).

염화물(SCC)에 의한 응력부식균열에 대한 저항성이 뛰어납니다.

34-36의 PREN(공식 저항 등가 수치)은 공식 및 틈새 부식에 대한 우수한 저항성을 나타냅니다.

용접 과정에서 재료가 녹고 빠르게 응고됩니다. 용접 금속과 열{1}영향부(HAZ)의 최종 상 균형은 냉각 속도와 열 이력에 의해 결정됩니다. 프로세스가 잘못 수행되면 두 가지 해로운 일이 발생할 수 있습니다.

페라이트 과잉 생산: 냉각 속도가 느리거나 입열량이 많아 페라이트가 우세해지면 인성과 내식성이 저하됩니다.

금속간 상 침전, 특히 시그마(σ) 상(FeCrMo) 및 카이(χ) 상은 600도에서 900도 사이에서 발생합니다. 이러한 상의 발달은 크롬과 몰리브덴이 풍부하기 때문에 이러한 필수 합금 원소의 주변 매트릭스를 고갈시킵니다. 그 결과 심각한 취성이 발생하고 공식 부식 저항성이 급격히 감소합니다.

반면, 입열량이 부족하거나 냉각 속도가 너무 빠르면 오스테나이트가 너무 많이 생성되어 강도가 저하될 수 있습니다. 결과적으로 제한된 처리 기간을 준수해야 합니다.

듀플렉스 스테인레스강 용접 공정의 중요한 요소
적절한 이중 스테인리스강 용접 방식의 튜브 부식 방지 기술을 통해 다음 요소를 정확하게 제어합니다.

1. 용가재의 선정
상평형과 내식성을 유지하려면 용가재의 합금 함량이 모재의 합금 함량과 같거나 그 이상이어야 합니다. 2205 듀플렉스의 표준 필러는 ER2209(UNS S39209)입니다. 용접 용착물에서 오스테나이트 생성은 모재 금속에 비해 니켈과 질소가 다소 과합금된-조성으로 인해 촉진됩니다. 이는 페라이트-빠른 응고에 유리한 효과를 보완합니다.

ER2594와 같은 필러 금속은 슈퍼 듀플렉스 등급(예: 2507)에 사용됩니다. 이중 모재 금속에는 오스테나이트계 필러(예: 308L 또는 316L)를 사용하지 마십시오. 결과적인 용접은 잘못된 부식 특성을 가지며 균열이 발생할 수 있습니다.

2. 입열량 조절
이동 속도, 전압 및 전류는 모두 열 입력에 영향을 미칩니다. 듀플렉스 스테인리스강에 권장되는 열 입력 범위는 일반적으로 밀리미터당 0.5~2.5킬로줄입니다. 열 입력이 너무 높으면 냉각 속도가 느려져 시그마 상이 형성되고 페라이트가 조대화됩니다. 너무 낮은 열 입력은 불완전한 융합이나 과도한 페라이트의 위험을 초래합니다.

2205 튜브의 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW)은 일반적으로 0.5~1.5kJ/mm를 목표로 합니다. 패스간 온도가 엄격하게 조절되는 경우 펄스 스프레이 전달을 사용하는 GMAW(가스 금속 아크 용접)에 대해 다소 더 넓은 범위(최대 2.0kJ/mm)가 허용될 수 있습니다.

3. 온도 인터패스
패스간 온도-후속 패스 전 용접 영역의 온도-를 150도 미만으로 유지해야 하며, 초기 패스 중에는 100도 미만으로 유지하는 경우가 많습니다. 높은 층간 온도로 인해 열이 축적되어 냉각 기간이 길어지고 시그마 상 침전이 촉진됩니다. 얇은 벽(예: 2~3mm)이 있는 튜브에는 통과 사이의 자연 공기 냉각이 적합할 수 있습니다. 두꺼운 부분에는 강제 공기 냉각 또는 패스 간 대기 시간이 더 길어야 합니다.

4. 백퍼징 및 차폐
이중 스테인리스강 용접의 용접면과 루트 측면 모두 주변 산소로부터 보호되어야 합니다. 튜브 용접에 관하여:

1~3%의 질소를 함유한 아르곤은 일반적인 1차 차폐 가스입니다. 오스테나이트 안정제인 소량의 질소가 보호 가스에 첨가되어 용접 금속의 의도된 상 균형을 유지하는 데 도움이 됩니다.

백 퍼징: 루트 비드의 산화를 막기 위해 순수 아르곤(또는 2~5% 질소를 함유한 아르곤)을 튜브 내부에서 퍼징합니다. 산소 오염으로 인해 생성되는 산화크롬 스케일은 크롬이 고갈되고 내식성이 저하됩니다.

5. 용접방법 및 절차
듀플렉스 튜브의 경우 펄스 아크 방법(펄스 GTAW 또는 펄스 GMAW)이 사용됩니다.

열 입력을 줄이려면 높은 피크 전류와 낮은 배경 전류를 사용하십시오.

용접 풀 관리를 강화하고 좁은 벽이 탈-가능성을 줄입니다.

더욱 일관되고 미세한 미세 구조를 만듭니다.

입열량이 증가하고 냉각 속도가 느린 Wide Weave Bead를 사용하는 대신 Stringer Bead(Weaving이 없는 Straight Pass)를 수동 용접에 활용.

사후{0}}용접 청소(산세척 및 패시베이션)가 중요한 단계입니다.
열 입력이 이상적이더라도 용접 표면과 주변 HAZ에 열 색조(산화물 스케일)가 나타납니다. 크롬은 산소와 우선적으로 상호작용하여 밑에 있는 금속에 크롬이 덜 남아 있기 때문에 이 산화물 층은 크롬이 고갈됩니다-. 염화물 서비스에서 구멍 및 틈새 부식은 이 결핍 영역에서 쉽게 시작됩니다.

용접 후 청소가 필요합니다. 두 가지 효율적인 방법이 있습니다.

화학적 제거(산세)
산세 페이스트 또는 욕조: 열 착색제를 용해시키고 질산(HNO₃)과 불화수소산(HF) 용액을 사용하여 크롬-이 고갈된 층을 제거합니다. 산세 페이스트를 튜브의 용접 부위와 열{2}영향을 받는 부분에 바르고 일정 시간(예: 15~60분) 동안 방치한 후 물로 완전히 헹굽니다.

침지 산세척: 특정 장비가 필요하지만 작은 튜브 어셈블리나 스풀 부품을 가열된 산세척 욕조에 담그는 것이 더 균일합니다.

기계 세척 후 패시베이션
연삭 또는 브러싱: 고운 연마 패드 또는 비{0}}금속 브러시(예: 양면 인쇄에만 사용되며 탄소강에는 사용되지 않는 스테인레스 스틸 와이어 브러시)를 사용하여 열 착색제를 제거할 수 있습니다. 매립된 철 입자를 남기지 않고 전체 착색층을 분쇄하여 제거해야 합니다.

패시베이션: 패시브 산화크롬 코팅을 복원하기 위해 기계적 세척 후 질산 또는 구연산 용액을 표면에 도포합니다. 그라인딩 자체는 금속을 더럽히고 보호 표면을 덜 생성할 수 있으므로 이 단계가 중요합니다.

적절한 산세척 후에 용접부와 HAZ는 양호한 용접부가 부식되지 않기 때문에 모체 튜브와 동일한 외관과 내식성을 가져야 합니다. 열 착색이 지속되면 용접이 첫 번째 실패 지점이 됩니다.

용접 품질 검증을 위한 페라이트 측정
자기 유도 장치인 페라이트 스코프를 사용하여 용접 금속의 페라이트 함량과 HAZ를 측정하여 용접 공정이 적절한 위상 균형을 유지하는지 확인합니다. 이중 스테인리스강의 경우 30~70%의 페라이트 함량(오스테나이트 균형)이 종종 허용됩니다. 많은 사양에서는 40~60%를 목표로 합니다.

오스테나이트가 과도하면 강도가 감소하며, 이는 30% 미만의 값으로 나타납니다.

과도한 페라이트는 70% 이상의 값으로 표시되며, 이는 인성을 감소시키고 시그마 위상의 존재를 암시할 수 있습니다(시그마는 비자성이지만, 시그마가 발생함에 따라 페라이트 비율이 감소합니다. 비정상적으로 낮거나 일관되지 않은 페라이트 판독값이 단서가 될 수 있습니다).

중요한 응용 분야에서 용접된 쿠폰은 금속간 상을 감지하기 위해 미세구조 분석(금속학)을 거칠 수 있습니다. 페라이트 입자 내에서 시그마 상은 침상 또는 괴상 침전물로 나타납니다.

일반적인 오류 및 이를 방지하는 방법
실수로 인한 결과 예방
308L 또는 316LWeld의 용가재를 사용하면 균열이 발생하기 쉽고 내식성이 좋지 않습니다. 항상 적합한 이중 필러(2205의 경우 ER2209)를 사용하십시오.
과열(2.5kJ/mm 이상)낮은 PREN, 취성 및 시그마 단계의 석출 열 입력을 결정하고 펄스 아크를 사용하며 속도 제한을 설정합니다.
150도 이상의 온도 간격 열 축적으로 시그마가 촉진됩니다. 열전대를 사용하여 측정합니다. 패스 사이에 식히십시오.
튜브 루트 백 퍼지 없음크롬 고갈, 루트 비드 산화 및 틈새 부식퍼지하려면 아르곤 또는 아르곤{0}}질소 조합을 사용하십시오.
열 착색을 그대로 두면 용접 가장자리에서 국부적인 부식이 시작됩니다. 기계를 사용하여 피클링하거나 부동태화합니다.
연삭 휠 또는 탄소강 브러시 사용갈바니 부식은 철 오염으로 인해 발생합니다. 특수 스테인레스강 도구를 사용하십시오. 이상적으로는 양면 인쇄에 적합합니다.
자격 및 용접 절차 사양(WPS)
모든 산업 응용 분야에 대해 ASME 섹션 IX, AWS D1.6 또는 ISO 15614와 같은 코드에 따라 공식 용접 절차 사양(WPS)을 작성하고 인증해야 합니다. 듀플렉스 스테인리스강 튜브에 대한 WPS에는 다음 사항이 명확하게 명시되어야 합니다.

모재 두께 범위 및 등급.

용가재 분류(예: ER2209)

GTAW, GMAW 또는 SMAW 용접 기술.

보호 가스의 구성 및 유량.

백 퍼지를 위한 가스 및 기술.

열 입력 범위 및 전기 매개변수(전압, 전류 및 이동 속도).

최대 150도와 같은 온도 제한을 초과합니다.

주변 온도가 5도 미만이 아닌 한 양면 인쇄에는 일반적으로 예열이 필요하지 않습니다.

산세 페이스트, 침지 또는 기계적 + 부동태화는 -용접 후 청소 방법입니다.

페라이트 함량 허용 기준(예: 용접 금속의 페라이트 30~70%).

인장 및 굽힘 테스트와 부식 테스트(예: ASTM G48에 따른 염화제이철 피팅 테스트)가 인증 테스트의 예입니다. 튜브 용접에는 와전류 검사나 정수압 테스트가 필요할 수도 있습니다.

현장 용접 시 고려 사항
환경 제어가 더 어렵기 때문에 현장에서 이중 튜브를 용접하는 것은(예를 들어 연결 또는 수리를 위해) 작업장 용접보다 더 어렵습니다.- 특히 다음 사항에 중점을 두어야 합니다.

가스 렌즈와 스크린을 활용하여 차폐 가스 중단을 방지하는 것을 바람 차폐라고 합니다.

온도 모니터링: 접촉식 고온계 또는 적외선 온도계를 사용하여 층간 온도를 측정합니다.

퍼지: 대구경-튜브의 전체 길이를 비우는 것이 불가능할 수 있습니다. 대신 팽창식 고무 플러그로 만들어진 제한된 퍼지 댐을 활용할 수 있습니다.

산세척: 인근 장비로의 유출을 방지하려면 현장 산세척 페이스트를 조심스럽게 도포하고 중화해야 합니다.

결론적으로, 재료의 품질은 작업하는 사람의 손에 달려 있습니다.
듀플렉스 스테인리스 스틸 튜브의 경우, 내식성의 심각한 손실을 방지하려면 올바른 용접 기술을 선택하는 것이 중요합니다. 과도한 열 입력, 높은 층간 온도, 부적합한 용가재 또는 크롬-이 고갈된 열 색조의 존재는 모두 듀플렉스에 강도와 내공식성을 부여하는 균형 잡힌 오스테나이트-페라이트 미세 구조를 약화시킬 수 있습니다. 용접부는 열 입력(보통 0.5~2.5kJ/mm), 패스간 온도 150도 미만, 2205 모재용 ER2209 필러, 불활성 백 퍼지 및 엄격한 용접 후 산세척을 제어하는 ​​체계적인 프로세스 덕분에 모관과 동일한 부식 성능을 유지합니다. 성공은 페라이트 측정(30~70% 페라이트)으로 확인됩니다. 잘-용접이 완료되면 부식이 발생하지 않습니다. 재료는 그것을 결합하는 손만큼만 좋습니다.