Płukanie tylnego strzału podczas spawania rur ze stali nierdzewnej: zapobieganie zjawisku „cukrowania” oraz utlenianiu korzenia spoiny

Wytłaczanie tylnego strumienia polega na wypieraniu powietrza znajdującego się wewnątrz rury ze stali nierdzewnej za pomocą gazu obojętnego, zwykle argonu, tak aby stopiona część korzenia spoiny zastygała bez kontaktu z tlenem. Poprawne wykonanie tej czynności pozwala uniknąć zjawiska „cukrzycy”, czyli ziarnistej, intensywnie utlenionej powierzchni korzenia spoiny, która niszczy odporność na korozję i nie może zostać usunięta szlifowaniem po jej powstaniu. Praktycznym celem jest obniżenie zawartości tlenu resztkowego w strefie połączenia poniżej ok. 0,5 %; w przypadku materiałów wysoko stopowych oraz zastosowań wymagających wysokiej czystości wartość ta powinna być niższa niż 0,1 % przed rozpoczęciem spawania łukiem. Połyskujący, czysty korzeń spoiny nie ma jedynie znaczenia estetycznego – zapewnia on zachowanie warstwy pasywnej oraz długotrwałą żywotność rury.

Czym jest zjawisko „cukrzycy” i dlaczego występuje
Gdy stopy stalowe austenityczne i dwufazowe osiągają temperaturę spawania, chrom wiąże dostępny tlen. W nieoczyszczonym rurze uwięziony powietrzny tlen utlenia gorącą warstwę przy korzeniu szwu, tworząc chropowatą, ciemną, przypominającą cukier warstwę tlenków bogatych w chrom oraz usuwając chrom z metalu bezpośrednio poniżej niej. Strefa ubogotała w chrom nie jest już w stanie utrzymać pasywnej warstwy ochronnej, dlatego korzeń szwu staje się najbardziej podatnym miejscem połączenia na korozję punktową, korozję szczelinową oraz pęknięcia spowodowane napięciem i korozją.

Zjawisko «cukrzycy» wiąże się również z utratą właściwości mechanicznych. Skorupka tlenkowa jest krucha i nieregularna; zakłóca przepływ medium, gromadzi osady oraz tworzy miejsca, w których może rozpocząć się korozja i zmęczenie materiału. Ponadto, gdy do tego zjawiska dojdzie, uszkodzenie ma charakter metalurgiczny, a nie tylko powierzchniowy. Szlifowanie wnętrza gotowej rury jest zazwyczaj niemożliwe, a nawet gdyby było możliwe, nie przywróci ono chromu utraconego z stopu – jedynym skutecznym rozwiązaniem jest zapobieganie temu zjawisku w trakcie spawania.

Rola argonowego oczyszczania od strony grzbietowej
Wypełnianie tylnego przestrzeni działa poprzez wypełnienie wnętrza spoiny argonem – gazem obojętnym, cięższym od powietrza, który nie reaguje z nagrzanym metalem. Podczas wpływu argonu rozrzedza on i wypycha powietrze zawierające tlen, aż stężenie resztkowego tlenu stanie się na tyle niskie, że podczas krzepnięcia nie tworzy się istotna ilość tlenków. Spawanie wykonuje się następnie przy jednoczesnej ochronie zewnętrznej płomieniem osłoniętym gazem chroniącym oraz ochronie wewnętrznej za pomocą wypełnienia tylnego przestrzeni – dzięki temu obie strony korzenia pozostają czyste.

Argon jest zwykle wybierany ze względu na swoją obojętność chemiczną, łatwość dostępności oraz gęstość, która ułatwia jego osiadanie i wypychanie powietrza w poziomych szwach. W przypadku grubszych lub wyższych stopów niektórzy wykonawcy dodają do argonu niewielką ilość wodoru, aby uzyskać jaśniejszy korzeń; jednak mieszanki zawierające wodór stosuje się wyłącznie w stopach austenitycznych i nigdy nie stosuje się ich w stopach duplex ani martensitycznych ze względu na ryzyko pęknięć. Zasada pozostaje niezmieniona: należy zapobiegać kontaktowi tlenu z gorącym korzeniem, dopóki nie ochłodzi się on poniżej temperatury, przy której zachodzi utlenianie.

Osiągnięcie docelowego stężenia tlenu

Skuteczne oczyszczanie mierzy się, a nie zgaduje. Uszczelnij objętość, którą oczyszczasz, dopuszczaj argon w kontrolowanym tempie i obserwuj gaz wydechowy za pomocą analizatora tlenu, aż wskazanie osiągnie docelową wartość przed rozpoczęciem spawania. Typowym progiem akceptacji jest poziom tlenu poniżej 0,5% dla ogólnych zastosowań ze stali nierdzewnej, przy czym w przypadku wymagających warunków eksploatacyjnych stosuje się jeszcze ścislsze limity.

Objętość i przepływ gazu oczyszczającego muszą być dopasowane do średnicy i długości rury. Zbyt mały przepływ pozostawia kieszenie powietrza; zbyt duży wywołuje turbulencje, które mogą zakłócić basen ciekłego metalu lub wyłączyć spoinę korzeniową. Podawaj argon od dołu, a odprowadzaj od góry, aby lżejsze powietrze było wypychane przed naprzód poruszającym się gazem obojętnym, oraz zapewnij wystarczający czas oczyszczania przed zapłonem łuku.

Zagrody oczyszczające i praktyczne ustawienie
W przypadku długich przewodów oczyszczanie całej rury jest powolne i marnotrawne, dlatego rozpuszczalne lub mechaniczne zagrody oczyszczające izolują krótki obszar wokół połączenia. Zagrody z papieru lub folii rozpuszczalnych w wodzie są popularne, ponieważ rozpuszczają się i są usuwane podczas późniejszego testowania hydraulicznego lub eksploatacji, nie pozostawiając żadnych pozostałości w przewodzie. Nadmuchiwane i mechaniczne korki można wielokrotnie używać w powtarzalnych zadaniach. Niezależnie od rodzaju zagrady, zapewnij kontrolowane odprowadzanie, aby ciśnienie nie rosło i nie deformowało spoiny korzeniowej, a szczelinę spawalniczą zaklej taśmą lub przykryj ją aż do rozpoczęcia spawania.
Dobra praktyka oznacza również przepłukiwanie przed spawaniem oraz utrzymanie odpowiedniego przepływu podczas spawania, kontynuowanie przepłukiwania aż do ostygnięcia szwu korzeniowego i pierwszego szwu gorącego oraz zabezpieczanie otwartych końców rur przed przeciągami. Wenqiang stosuje te środki kontroli w całej produkcji spawanych rur i przewodów zgodnie ze standardami ASTM A249, A269, A312 oraz A928; jakość spawów weryfikowana jest za pomocą badań nieniszczących (NDT) oraz testów hydraulicznych w ramach systemu ISO 9001.

Odczytywanie i akceptacja koloru szwu korzeniowego
Kolor gotowego szwu korzeniowego stanowi szybką wizualną wskazówkę dotyczącą ilości tlenu, która dotarła do metalu. Jasnosrebrny lub słomkowo-żółty szew korzeniowy wskazuje na minimalne utlenienie i zazwyczaj jest akceptowalny. Ciemniejsze odcienie – od niebieskiego przez szary – świadczą o rosnącym stopniu utlenienia, natomiast ciemnoszary lub czarny, ziarnisty szew korzeniowy oznacza „cukrzycę” i podlega odrzuceniu. Wiele specyfikacji i norm, takich jak AWS D18.1 dotycząca spawania rur sanitarnych, określa dopuszczalne poziomy przebarwień przy użyciu wykresów kolorów.
Ponieważ przebarwienie cieplne obniża odporność na korozję nawet bez pełnego wystąpienia zjawiska 'cukrzycy', prace wymagające wysokiej czystości oraz ekstremalnych warunków eksploatacyjnych wymagają najjaśniejszych spoin korzeniowych, a czasem także czyszczenia po spawaniu. Rejestrowanie koloru spoiny korzeniowej wraz z pomiarami tlenu w gazie ochronnym zapewnia śledzalne dowody na to, że połączenie zostało wykonane w kontrolowanych warunkach.

Podsumowanie
Zabezpieczanie spoiny gazem ochronnym od strony odwrotnej to różnica między spoiną ze stali nierdzewnej, która przez dziesięciolecia wykazuje odporność na korozję, a taką, która ulega awarii od wewnątrz na zewnątrz. Wypieraj powietrze argonem, obniż zawartość resztkowego tlenu poniżej ok. 0,5 %, izoluj połączenie za pomocą zapór gazowych, sprawdzaj skład gazu wylotowego analizatorem tlenu i akceptuj wyłącznie jasne, wolne od tlenków spoiny korzeniowe. Wykonując te czynności, chronisz chrom, który nadaje stali nierdzewnej jej własność pasywności. Efektem jest spoina korzeniowa o odporności na korozję porównywalnej z odpornością podstawowego materiału rury — co jest wymagane w trudnych zastosowaniach: chemicznych, sanitarnych, spożywczych oraz w rurociągach morskich, które muszą funkcjonować bezawaryjnie przez dziesięciolecia.

Często zadawane pytania
P: Czy można usunąć zjawisko 'cukrzycy' szlifowaniem po spawaniu?
A: Ogólnie nie. Zaczernienie to utlenianie wewnętrznej warstwy korzeniowej, które ponadto powoduje ubytek chromu w metalu leżącym pod nią, a wnętrze rury zwykle jest niedostępne. Szlifowanie nie przywraca utraconego chromu, więc jedynym niezawodnym sposobem zapobiegania temu zjawisku jest zastosowanie ochrony gazem od strony wewnętrznej (back-purging).
Q: Jaki poziom tlenu resztkowego powinienem osiągnąć przed spawaniem?
A: Poniżej ok. 0,5% jest akceptowalne w wielu zastosowaniach ze stali nierdzewnej, natomiast spoiny z wysokostopowych, wysokiej czystości lub przeznaczone do ekstremalnych warunków eksploatacyjnych powinny osiągać poziom poniżej ok. 0,1%. Zawsze sprawdzaj poziom tlenu analizatorem tlenu na odprowadzeniu gazu ochronnego przed rozpoczęciem spawania.

Stal nierdzewna w formie rur spawanych z zabezpieczeniem gazem od strony wewnętrznej i oczyszczonych z korozji – Wenqiang: +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/