ปัจจัยใดที่มีผลต่อความต้านทานการกัดกร่อนของท่อเหล็กเชื่อมและจะปรับปรุงได้อย่างไร?

ท่อเหล็กเชื่อม เป็นวีรบุรุษที่ไม่ได้รับการคัดเลือกของโครงสร้างพื้นฐานที่ทันสมัย ตั้งแต่การขนส่งน้ำและน้ำมันไปจนถึงการสร้างโครงกระดูกโครงสร้างของอาคารและสะพานความแข็งแรงและความเก่งกาจของพวกเขานั้นไม่มีใครเทียบได้ อย่างไรก็ตามองค์ประกอบที่สำคัญนี้มีศัตรูที่รู้จัก: การกัดกร่อน การสลายตัวของโลหะอย่างค่อยเป็นค่อยไปผ่านปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้าอาจนำไปสู่ความล้มเหลวของหายนะความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อมและค่าใช้จ่ายทางการเงินที่ยิ่งใหญ่

ทำความเข้าใจกับสิ่งที่มีอิทธิพลต่อ ความต้านทานการกัดกร่อนของท่อเหล็กเชื่อม ไม่ได้เป็นเพียงการฝึกวิชาการ แต่เป็นข้อกำหนดพื้นฐานสำหรับวิศวกรผู้จัดการโครงการและผู้ประดิษฐ์ที่ต้องการอายุยืนและความปลอดภัยจากโครงการของพวกเขา บทความนี้นำเสนอปัจจัยสำคัญที่กำหนดความอ่อนแอของท่อเชื่อมต่อการกัดกร่อนและให้กลยุทธ์ที่สามารถดำเนินการได้เพื่อปรับปรุงอายุการใช้งานอย่างมีนัยสำคัญ

เหตุใดท่อเชื่อมจึงมีความเสี่ยงไม่เหมือนใคร

เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งที่จะต้องเข้าใจว่าท่อเชื่อมไม่ใช่ชิ้นส่วนของโลหะสม่ำเสมอ กระบวนการเชื่อมสร้างโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) และโซนโลหะเชื่อมแต่ละโซนมีคุณสมบัติทางโลหะวิทยาที่แตกต่างกันกว่าท่อหลักดั้งเดิม ความแตกต่างโดยธรรมชาตินี้เป็นสาเหตุของช่องโหว่ที่เป็นเอกลักษณ์ เป้าหมายของ การปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนของท่อ คือการจัดการความหลากหลายที่สร้างขึ้นนี้

ปัจจัยสำคัญที่มีอิทธิพลต่อการกัดกร่อนในท่อเหล็กเชื่อม

ความต้านทานการกัดกร่อนของท่อเชื่อมไม่ได้ถูกกำหนดโดยองค์ประกอบเดียว แต่โดยการทำงานร่วมกันที่ซับซ้อนของวัสดุกระบวนการและปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม

องค์ประกอบของวัสดุและการเลือกเกรด

การแต่งหน้าทางเคมีของโลหะฐานเป็นบรรทัดแรกของการป้องกัน

เนื้อหาคาร์บอน: ปริมาณคาร์บอนที่สูงขึ้นจะเพิ่มความแข็งแรง แต่ลดความต้านทานการกัดกร่อนและการเชื่อม มันสามารถนำไปสู่การก่อตัวของโครงสร้างจุลภาคที่อ่อนแอมากขึ้นใน HAZ

องค์ประกอบการผสม: องค์ประกอบเช่นโครเมียม (CR), นิกเกิล (NI), โมลิบดีนัม (MO) และทองแดง (CU) มีความสำคัญ ยกตัวอย่างเช่นโครเมียมเป็นองค์ประกอบหลักที่สร้างชั้นออกไซด์แบบพาสซีฟและป้องกันในเหล็กกล้าไร้สนิม เกรดเหล็กเฉพาะเช่น เหล็กกล้าคาร์บอนกับท่อสแตนเลส แสดงถึงตัวเลือกที่สำคัญที่สุดในการพิจารณาความต้านทานการกัดกร่อนโดยธรรมชาติ

สิ่งสกปรก: องค์ประกอบเช่นซัลเฟอร์ (s) และฟอสฟอรัส§สามารถสร้างสารประกอบจุดที่มีจุดต่ำซึ่งเพิ่มโอกาสในการแตกและสร้างไซต์สำหรับการกัดกร่อนที่มีการแปล

กระบวนการเชื่อมและผลกระทบความร้อน

การกระทำของการเชื่อมเองแนะนำความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุด อินพุตความร้อนที่เข้มข้นและมีการแปลเป็นปัจจัยหลักใน การป้องกันการกัดกร่อนเชื่อม .

โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ): นี่คือพื้นที่ของโลหะแม่ที่ไม่ละลาย แต่มีโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติที่เปลี่ยนแปลงไปโดยความร้อนของการเชื่อม ในเหล็กกล้าคาร์บอน HAZ สามารถเห็นการก่อตัวของโครงสร้างจุลภาคที่แข็งและเปราะเช่น Martensite ซึ่งมีความไวต่อการกัดกร่อนบางประเภทโดยเฉพาะอย่างยิ่งหากไม่ได้อารมณ์อย่างเหมาะสม

องค์ประกอบโลหะเชื่อม: โลหะฟิลเลอร์ที่ใช้จะต้องเข้ากันได้กับและมักจะเหนือกว่าโลหะท่อฐาน การใช้ลวดฟิลเลอร์ที่ไม่ถูกต้องหรือคุณภาพต่ำสามารถสร้างคู่กัลวานิกที่ส่วนหนึ่งของการเชื่อมกลายเป็นขั้วบวกและสึกกร่อน

อินพุตความร้อน: ความร้อนมากเกินไปอาจทำให้เกิดการเจริญเติบโตของเมล็ดพืชมากเกินไปใน HAZ ทำให้โลหะอ่อนลงและทำให้เกิดการกัดกร่อนได้ง่ายขึ้น ความร้อนน้อยเกินไปอาจนำไปสู่การขาดข้อบกพร่องฟิวชั่นสร้างรอยแยกที่สมบูรณ์แบบสำหรับการกัดกร่อนเพื่อเริ่มต้น

ความเครียดที่เหลืออยู่: การเชื่อมแนะนำความเครียดภายในที่สำคัญเมื่อโลหะร้อนขยายเย็นและสัญญา เหล่านี้ การเชื่อมความเครียดที่เหลืออยู่ เป็นตัวขับเคลื่อนหลักสำหรับการร้าวการกัดกร่อนความเครียด (SCC) ซึ่งเป็นโหมดอันตรายและความล้มเหลวอย่างฉับพลัน

การเชื่อมข้อบกพร่องและสภาพพื้นผิว

รอยเชื่อมที่สมบูรณ์แบบนั้นราบรื่นและต่อเนื่อง ในความเป็นจริงข้อบกพร่องเป็นเรื่องธรรมดาและทำหน้าที่เป็นแหล่งนิวเคลียสสำหรับการกัดกร่อน

ความพรุน: กระเป๋าก๊าซเล็ก ๆ ที่ติดอยู่ในโลหะเชื่อมสร้างกระเป๋าที่ซ่อนอยู่และนิ่งเงียบเหมาะสำหรับการโจมตีที่กัดกร่อน

ต่ำกว่า: ร่องละลายลงในโลหะฐานถัดจากนิ้วเท้าเชื่อมที่ไม่เต็มไปด้วยโลหะเชื่อม สิ่งนี้สร้างจุดเข้มข้นของความเครียดและรอยแยก

Spatter: หยดเล็ก ๆ ของโลหะหลอมเหลวที่ลงจอดบนพื้นผิวของท่อ พวกเขาสามารถสร้างช่องว่างเล็ก ๆ ระหว่างตัวเองกับโลหะฐานซึ่งนำไปสู่การกัดกร่อนรอยแยก

ความขรุขระพื้นผิว: ความชื้นและสารปนเปื้อนที่ขรุขระและขรุขระทำให้เกิดความชื้นและสารปนเปื้อนป้องกันการเคลือบป้องกันไม่ให้ยึดติดอย่างถูกต้อง

การเปิดรับสิ่งแวดล้อม

สภาพแวดล้อมการบริการกำหนดประเภทและความเร็วของการกัดกร่อน

การกัดกร่อนในบรรยากาศ: การสัมผัสกับออกซิเจนความชื้นและคลอไรด์ในอากาศ (ในพื้นที่ชายฝั่ง) หรือซัลไฟด์ (ในพื้นที่อุตสาหกรรม)

การกัดกร่อนของน้ำ: สามารถเป็นน้ำจืดน้ำทะเลหรือน้ำที่ผ่านการบำบัด ปัจจัยรวมถึงปริมาณคลอไรด์ระดับออกซิเจนอุณหภูมิและอัตราการไหล น้ำนิ่งมักจะกัดกร่อนมากขึ้น

การกัดกร่อนของดิน: ท่อที่ฝังอยู่ต้องเผชิญกับสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อนด้วยความชื้นที่แตกต่างกันค่า pH และกิจกรรมของจุลินทรีย์ (มีอิทธิพลต่อการกัดกร่อนทางจุลภาค - MIC)

การเปิดรับสารเคมี: ท่อส่งน้ำในโรงงานอุตสาหกรรมอาจมีหรือสัมผัสกับกรดอัลคาลิสหรือสารเคมีที่ก้าวร้าวอื่น ๆ

กลยุทธ์ในการปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนในท่อเชื่อม

โชคดีที่ช่องโหว่ของท่อเชื่อมสามารถจัดการได้อย่างมีประสิทธิภาพผ่านการรวมกันของการออกแบบอัจฉริยะการดำเนินการอย่างระมัดระวังและมาตรการป้องกัน

ขั้นตอนวัสดุและการออกแบบ: การวางแผนที่จะยืนยาว

การต่อสู้กับการกัดกร่อนจะชนะก่อนที่ส่วนโค้งแรกจะเกิดขึ้น

การเลือกวัสดุ: เลือกเกรดเหล็กที่เหมาะสมสำหรับสิ่งแวดล้อม สำหรับสภาพแวดล้อมที่มีการกัดกร่อนสูง ท่อสแตนเลส (เช่น, 304, 316, ดูเพล็กซ์หรือเกรดเพล็กซ์สุดยอด) หรืออัลลอยด์แปลกใหม่อาจจำเป็น สำหรับเหล็กกล้าคาร์บอนให้พิจารณาเกรดที่มีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีขึ้นเช่น ASTM A106 เกรด B

การออกแบบการป้องกันแคโทด: สำหรับท่อที่ถูกฝังหรือจมอยู่ใต้น้ำให้รวมระบบการป้องกัน cathodic (แอโนดเสียสละหรือกระแสที่น่าประทับใจ) ตั้งแต่เริ่มแรก เทคนิคทางเคมีไฟฟ้านี้บังคับให้ท่อทั้งหมดกลายเป็นแคโทดหยุดปฏิกิริยาการกัดกร่อน

การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการเชื่อม

แนวทางการเชื่อมที่เหนือกว่าเป็นวิธีที่ตรงที่สุดในการปรับปรุง ประสิทธิภาพการกัดกร่อนของการเชื่อม .

วุฒิการศึกษาขั้นตอน: พัฒนาและทำตามข้อกำหนดขั้นตอนการเชื่อมอย่างเคร่งครัด (WPS) ที่ควบคุมอินพุตความร้อนความร้อนก่อนและอุณหภูมิระหว่าง สิ่งนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่ามีการเชื่อมคุณภาพสูงที่สอดคล้องกันพร้อมกับ HAZ ที่ลดลงและมีเสถียรภาพ

การเลือกโลหะฟิลเลอร์: ใช้โลหะฟิลเลอร์ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อต่อสู้กับการกัดกร่อน ซึ่งมักหมายถึงการเลือกโลหะฟิลเลอร์ที่มีปริมาณโลหะผสมสูงกว่าโลหะฐาน

การป้องกันก๊าซ: ใช้ประเภทและความบริสุทธิ์ที่ถูกต้องของก๊าซป้องกัน (เช่น ARGON-CO2 ผสม) เพื่อป้องกันการปนเปื้อนในบรรยากาศ (ไนโตรเจน, ออกซิเจน) ของสระเชื่อมซึ่งนำไปสู่ความพรุนและการก่อตัวออกไซด์

การรักษาหลังโพสต์-weld

ขั้นตอนเหล่านี้กล่าวถึงความไม่สมบูรณ์และการเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากการเชื่อม

การสืบทอดและทำความสะอาด: ทันทีหลังจากการเชื่อมให้ถอดตะกรันทั้งหมดสปาและออกไซด์ (มักจะมองเห็นได้ว่าเป็นสีความร้อนบนสแตนเลส) โดยใช้การแปรงลวดการบดหรือน้ำพริกดองพิเศษ นี่เป็นขั้นตอนแรกที่ไม่สามารถต่อรองได้

การบดและการผสม: การปรับโปรไฟล์การเชื่อมให้เรียบเพื่อกำจัดการตัดราคารอยแยกและความขรุขระพื้นผิวจะช่วยขจัดไซต์เริ่มต้นที่มีศักยภาพและปรับปรุงการยึดเกาะของการเคลือบ นิ้วเท้าเชื่อมแบบผสมผสานแบบผสมผสานนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความต้านทานต่อความเมื่อยล้าและการกัดกร่อน

การลดความเครียดในการรักษาความร้อน (PWHT): สำหรับการใช้งานที่สำคัญการใช้ท่อเชื่อมไปยังวงจรความร้อนและการระบายความร้อนที่ควบคุมได้ในเตาเผาสามารถลดอันตรายได้อย่างมาก การเชื่อมความเครียดที่เหลืออยู่ - นี่เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพสูงในการป้องกันการกัดกร่อนการกัดกร่อนของความเครียด (SCC)

passivation: สำหรับรอยเชื่อมสแตนเลสการผ่านการรักษาด้วยสารเคมี (โดยทั่วไปจะมีกรดไนตริกหรือซิตริก) ที่กำจัดอนุภาคเหล็กอิสระออกจากพื้นผิวและช่วยให้เกิดการก่อตัวของชั้นโครเมียมออกไซด์ใหม่อย่างต่อเนื่องเพื่อฟื้นฟูความต้านทานการกัดกร่อนโดยธรรมชาติ

สารเคลือบผิวและบุด้วยการป้องกัน

การเคลือบทำหน้าที่เป็นอุปสรรคทางกายภาพแยกโลหะออกจากสภาพแวดล้อม ประสิทธิผลของใด ๆ การเคลือบป้องกันสำหรับท่ออุตสาหกรรม ขึ้นอยู่กับการเตรียมพื้นผิวที่เหมาะสมทั้งหมด

การเตรียมพื้นผิว: นี่เป็นขั้นตอนที่สำคัญที่สุด พื้นผิวจะต้องทำความสะอาดด้วยระเบิดไปยังเกรดเชิงพาณิชย์ที่ระบุ (เช่น SA 2.5) เพื่อให้ได้รูปแบบโปรไฟล์ที่สะอาดและสมอสำหรับการยึดเกาะทางกล

ประเภทการเคลือบ:

อีพ็อกซี่: ทุกรอบที่ยอดเยี่ยมสำหรับอุณหภูมิที่หลากหลายและการสัมผัสทางเคมี

ไพรเมอร์ที่อุดมไปด้วยสังกะสี: ให้การป้องกัน cathodic ที่ระดับการเคลือบ หากการเคลือบมีรอยขีดข่วนสังกะสีจะช่วยปกป้องเหล็กที่เปิดเผย

Polyurethanes: มักใช้เป็น topcoats สำหรับการต่อต้านรังสียูวีที่ยอดเยี่ยมและความทนทาน

อีพ็อกซี่ฟิวชั่นที่ถูกยึดติด (FBE): การเคลือบผงยึดติดกับท่อซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นมาตรฐานสำหรับท่อน้ำมันและก๊าซ

บุผิวภายใน: สำหรับการบริการของเหลวสามารถนำไปใช้ปูนปูนหรืออีพ็อกซี่กับการตกแต่งภายในของท่อน้ำเพื่อสร้างสิ่งกีดขวางและการควบคุมการปรับสเกล

สรุป: วิธีการแบบองค์รวมเป็นกุญแจสำคัญ

ไม่มีกระสุนวิเศษเดี่ยวเพื่อรับรอง ความต้านทานการกัดกร่อนของท่อเหล็กเชื่อม - แต่ต้องใช้กลยุทธ์แบบองค์รวมหลายแง่มุมที่ครอบคลุมวงจรชีวิตทั้งหมดของท่อตั้งแต่การเลือกวัสดุเริ่มต้นและการออกแบบอัจฉริยะไปจนถึงการดำเนินการเชื่อมอย่างพิถีพิถัน

การเพิกเฉยต่อปัจจัยใดปัจจัยหนึ่งเหล่านี้สามารถสร้างการเชื่อมโยงที่อ่อนแอซึ่งทำลายความพยายามอื่น ๆ ทั้งหมด โดยการทำความเข้าใจวิทยาศาสตร์ที่อยู่เบื้องหลังช่องโหว่และการใช้งานเหล่านี้ วิธีการปรับปรุงอายุการใช้งานที่มีรอยเชื่อม วิศวกรและผู้ประดิษฐ์สามารถระบุผลิตและติดตั้งระบบท่อเหล็กเชื่อมอย่างมั่นใจซึ่งไม่เพียง แต่แข็งแกร่ง แต่ยังทนทานและยืดหยุ่นต่อการคุกคามของการกัดกร่อนอย่างไม่หยุดยั้งในอีกหลายทศวรรษข้างหน้า การลงทุนในกระบวนการเหล่านี้ล่วงหน้าไม่ใช่ค่าใช้จ่าย เป็นการลงทุนที่สำคัญในด้านความปลอดภัยความน่าเชื่อถือและมูลค่าระยะยาว