Hvorfor kræver 316 rustfrit stålkappens vægtykkelse under 1,0 millimeter specielle svejseprocedurer til flangefastgørelse i elektriske dyppevarmere?

En af de mest afgørende procedurer i produktionen af ​​elektriske dyppevarmere til produktionsingeniører og kvalitetssikringsprofessionelle er fastgørelsen af ​​monteringsflanger til 316 rustfri stålkappen. En defekt svejsning kan tillade indtrængen af ​​procesvæske, elektriske kortslutninger eller fuld adskillelse af varmelegemet. Svejseprocesser for normale vægtykkelser på mere end 1,5 mm er veletablerede. Svejsning af tynde-væggede 316-kapper under 1,0 mm giver tydelige problemer. Den tynde vægs lave termiske masse fører til hurtig varmeopbygning-og gennembrænding, overskydende korndannelse og tab af korrosionsbestandighed. Dette papir beskriver måling af svejseproblemerne for tyndvæggede 316 hylstre og bestemmelse af nødvendige proceduremæssige ændringer for at sikre pålidelige flangefastgørelser.

Problemer med termisk styring af tynd-Wall 316-svejsning
To weld a 316 sheath to a mounting flange the base metal is melted using heat to generate a fusion zone. For a thick-walled sheath (>1,6 mm) fjerner kølepladen af ​​det omgivende materiale varme fra svejsebassinet og forhindrer en for høj temperaturstigning. For en tynd-vægget kappe på mindre end 1,0 mm er effekten af ​​køleplade ubetydelig. Den samme svejsestrøm, som ville skabe et kontrolleret svejsebad i en 1,6 mm væg, vil smelte gennem en 0,9 mm væg på millisekunder. 316 rustfrit stål har en termisk diffusivitet på ca. 4 mm2/s ved normal temperatur. Varmeledningen gennem 0,9 mm tykkelsen tager kun 0,02 sekunder. Dette betyder, at medmindre varmetilførslen er nøje reguleret, opnår bagsiden af ​​kappen smeltepunkt praktisk talt umiddelbart efter, at lysbuen er startet. Gennembrænding skaber et hul i kappen, der blotlægger MgO-isoleringen og modstandstråden. Selv uden total-gennembrænding vil en betydelig varmetilførsel forårsage kornforstørrelse i den varme-berørte zone. Kornstørrelsen for tyndvæggede sektioner kan være fra ASTM 7-8 (20-30 mikron) op til ASTM 2-3 (100-150 mikron). Chromcarbider præcipiterer fortrinsvis ved grove korngrænser, hvilket formindsker den mekaniske styrke og mere kritisk korrosionsbestandigheden af ​​316 under chloridforhold.

Svejseprocedurer for tyndvæggede 316 hylstre er nødvendige
For at svejse en 0,8-1,0 mm 316 kappe korrekt til en monteringsflange kræves fem modifikationer til den typiske gaswolframbuesvejseproces. Svejsestrømmen skal først sænkes 40–60 % sammenlignet med metoden med 1,6 mm vægtykkelse. Typiske strømme for 1,6 mm 316 er 60-80 ampere; for 0,9 mm reduceres rækkevidden til 25-35 ampere. For det andet har du brug for en pulserende strømbølgeform. Der anvendes en baggrundsstrøm på 20–30 %, og pulserne er på 50–100 Hz, hvilket gør, at svejsebadet kan afkøle lidt mellem pulserne, så der ikke opbygges varme. For det tredje bør rejsehastigheden øges til 200-300 mm pr. minut sammenlignet med 100-150 mm pr. minut for tykke vægge. Ved højere hastighed tilføres mindre varme pr. længdeenhed. For det fjerde øger brugen af ​​en wolframelektrode med mindre diameter, 1,0 mm eller 1,6 mm i stedet for de typiske 2,4 mm, lysbuestabiliteten ved lave strømme. For det femte og vigtigst, skal der sættes en bagende gasbarriere på det indre af kappen. Under svejsning undgår passagen af ​​argon ind i det indre af kappen oxidation af bagsiden og giver en vis afkøling. Uden støttende gas er den indvendige overflade blottet og stærkt oxideret, hvilket efterlader et ru, krom-udtømt lag, der er tilbøjelig til at korrosion.

Minimum vægtykkelse med forskellige svejseprocesser
Følgende tabel angiver minimum acceptable kappevægtykkelser for 316 for de forskellige flangefastgørelsessvejseprocesser og tilhørende procedureændringer for hver. Værdierne er for en fuld penetrationssvejsning for mekanisk styrke.

Svejseproces Minimum 316 kappevægtykkelse for konsekvent svejsning Krævede procedureændringerRelative omkostninger|Standard svejsekvalitet
GTAW (standard), manuel 1,2 mm1,2 mm Ingen; anbefales ikke under denne God ved 1,2 mm lav
Manuel GTAW (pulseret) 0,9 mm Baggas Lavere ampere Pulserende strømModerat; kræver ekspertoperatør Lav til Moderat
Automatiseret GTAW (pulserende) 0,8 mm Procedurer for at blive fuldt kvalificeret: Medium God med korrekt opsætning
Lasersvejsning 0,6 mm Nøjagtig pasform-op, ingen mellemrum, strålejustering vigtigLav varmetilførsel Fremragende;
Elektronstrålesvejsning 0,5 mm Vakuumkammer påkrævet Udmærket; ingen oxidationMeget høj
Modstandssvejsning (fremspring) 0,8 mm Fremspring af flanger specielt designet God til små diametre Lav til medium
Lodning (ikke svejsning) 0,5 mm Sølv- eller nikkelbaseret fyldmetal Moderat styrke; ikke til højtryk Lav
De fleste industrielle elektriske el-patrons applikationer svejses bedst med kappe med vægtykkelser mellem 0,9 mm og 1,2 mm. Automatiseret pulseret GTAW med tilbagegas er den mest almindelige proces. For<0.9 mm, laser welding is the most reliable, although the capital equipment cost is much higher. For flanged heaters, manufacturers without laser welding capabilities shall provide a minimum wall thickness of 1.0 mm to assure weld reliability.

Tynde-vægsvejsninger: inspektions- og kvalifikationskrav
Mere detaljeret undersøgelse er nødvendig for tynde-vægge 316-kapper end for tykke-vægsvejsninger, da der er mindre plads til fejl. For hylstre under 1,2 mm er visuel inspektion ikke tilstrækkelig. Røntgen- eller farvestofgennemtrængningsinspektion skal udføres på prøveudtagningsbasis. Frekvensen skal være baseret på produktionsvolumen og applikationens kritikalitet. For hylstre, der er mindre end 1,0 mm, anbefales 100 % penetrantundersøgelse. Acceptstandarder for tynde-vægsvejsninger bør tillade lidt underfyldning (op til 10 % af vægtykkelsen), men ingen revner, porøsitet > 0,2 mm i diameter eller gennembrænding. Alle tyndvæggede svejsede samlinger, der er designet til brug under tryk, skal også underkastes en heliumlækagetest. En god svejsning har en lækagerate på mindre end 1 x 10-7 mbar·L/sek. Hvis varmelegemet skal bruges i en korrosiv atmosfære, anbefales en ferrittest af svejsemetallet. Ferritindhold > 5 % tyder på mulighed for selektiv korrosion i kloriddrift. For at opnå den bedste korrosionsbestandighed bør svejsemetalferritkoncentrationen for 316 til 316 svejsninger være i intervallet 2% til 5%. Ved angivelse af tynde-vægskeder bør ingeniører anmode om svejsemetodekvalifikationsregistreringer fra producenten, der viser tværsnitsmikrofotografier af penetrationsprofilen, kornstørrelsen af ​​den varme-påvirkede zone og ingen tegn på gennembrænding. Hvis en leverandør er tøvende med at levere disse dokumenter, bør de ikke have tillid til at levere tyndvæggede varmeapparater. Omkostningerne ved at genkvalificere en svejsemetode er minimal sammenlignet med omkostningerne ved feltfejl på grund af svejserevner eller utætheder.