1.0 ミリメートル未満の 316 ステンレス鋼シース肉厚では、電気浸漬ヒーターのフランジ取り付けに特別な溶接手順が必要なのはなぜですか?

製造エンジニアや品質保証専門家にとって、電気浸漬ヒーターの製造において最も重要な手順の 1 つは、316 ステンレス鋼シースへの取り付けフランジの取り付けです。溶接に欠陥があると、プロセス流体の侵入、電気的短絡、またはヒーターの完全な分離が発生する可能性があります。通常の壁厚が 1.5 mm を超える場合の溶接プロセスは十分に確立されています。 1.0 mm 未満の薄肉 316 シースの溶接には明らかな問題が発生します。薄壁の熱質量が低いため、急速な熱の蓄積と焼き付き、過剰な粒子の形成、耐食性の低下が発生します。{9}}この文書では、薄壁 316 シースの溶接問題の測定と、信頼性の高いフランジ取り付けを保証するために必要な手順の変更の決定について説明します。

薄肉 316 溶接の熱管理の問題{0}
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）周囲の材料のヒートシンクが溶接池から熱を除去し、過度の温度上昇を防ぎます。 1.0 mm 未満の薄壁シースの場合、ヒートシンクの影響は無視できます。 1.6 mm の壁に制御された溶接池を作成するのと同じ溶接電流は、ミリ秒で 0.9 mm の壁を溶かします. 316 ステンレス鋼の熱拡散率は、常温で約 4 mm2/s です。厚さ 0.9 mm の熱伝導にはわずか 0.02 秒かかります。これは、入熱が厳密に制御されない限り、シースの裏側はアーク開始直後に実質的にすぐに融点に達することを意味します。バーンスルーによりシースに穴が開き、MgO 絶縁体と抵抗線が露出します。たとえ完全な燃焼が行われなかったとしても、大量の入熱により熱の影響を受けたゾーンで粒子の粗大化が引き起こされます。-薄肉セクションの粒径は ASTM 7 ～ 8 (20 ～ 30 ミクロン) から ASTM 2 ～ 3 (100 ～ 150 ミクロン) までです。クロム炭化物は粗粒界に優先的に析出し、機械的強度を低下させ、より重要なことに、塩化物条件下での 316 の耐食性を低下させます。

薄肉 316 シースの溶接手順の変更が必要
0.8 ～ 1.0 mm の 316 シースを取り付けフランジに適切に溶接するには、一般的なガス タングステン アーク溶接プロセスに 5 つの変更を加える必要があります。肉厚1.6mmの場合に比べて、まず溶接電流を40～60％下げる必要があります。 1.6mm 316 の標準電流は 60-80 アンペアです。 0.9mm の場合、範囲は 25 ～ 35 アンペアに減少します。次に、パルス電流波形が必要です。 20 ～ 30% のバックグラウンド電流が使用され、パルスは 50 ～ 100 Hz で、熱が蓄積しないようにパルス間で溶融池がわずかに冷却されます。第三に、移動速度は、厚い壁の場合は毎分 100 ～ 150 mm ですが、毎分 200 ～ 300 mm に増加する必要があります。速度が速くなると、単位長さあたりに投入される熱が少なくなります。第 4 に、一般的な 2.4 mm ではなく、より小さい直径の 1.0 mm または 1.6 mm のタングステン電極を使用することで、低電流でのアークの安定性が向上します。 5 番目で最も重要なことは、シースの内部に背面のガスバリアを設置する必要があることです。溶接中、シースの内部にアルゴンが通過することで裏面の酸化が回避され、ある程度の冷却が行われます。支持ガスがないと、内面が露出して広範囲に酸化され、腐食しやすい粗いクロムが枯渇した層が残ります。

さまざまな溶接プロセスでの最小肉厚
次の表は、さまざまなフランジ取り付け溶接プロセスにおける 316 の最小許容シース壁厚と、それぞれに関連する手順の変更を示しています。機械的強度の完全溶け込み溶接の値です。

溶接プロセス 一貫した溶接を実現するには、最低 316 のシース肉厚が必要です。手順の変更が必要です。相対コスト |標準的な溶接品質
GTAW (標準)、手動 1.2 mm1.2 mm なし。これ以下は推奨しません 1.2 mm 低で良好
手動 GTAW (パルス) 0.9 mm バックガス 低アンペア パルス電流中程度。専門のオペレーターが必要 低～中程度
自動 GTAW (パルス) 0.8 mm 完全に認定されるための手順: 適切なセットアップで中良好
レーザー溶接 0.6 mm 正確な取り付け-、ギャップなし、ビーム位置合わせが重要低入熱優れています。
電子ビーム溶接 0.5 mm 真空チャンバーが必要酸化なし非常に高い
抵抗溶接（突出量） 0.8mm フランジ突出量専用設計 小径に最適 小～中
ろう付け (溶接ではありません) 0.5 mm 銀またはニッケルベースのフィラーメタル 適度な強度。高圧用ではありません 低い
ほとんどの産業用電気浸漬ヒーターの用途は、壁厚が 0.9 mm ～ 1.2 mm のシースで溶接するのが最適です。バックガスを使用した自動パルス GTAW が最も一般的なプロセスです。のために<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.

-薄肉溶接: 検査と認定要件
肉厚の薄い 316 シースでは、誤差の余地が少ないため、肉厚の溶接部よりも詳細な検査が必要です。{0}{2} 1.2 mm 未満のシースについては、目視検査では十分ではありません。放射線透過検査または染料浸透検査は、サンプリングベースで実施するものとします。頻度は、アプリケーションの生産量と重要度に基づくものとします。 1.0 mm 未満のシースについては、100% 染料浸透検査をお勧めします。薄肉溶接の許容基準では、多少のアンダーフィル（肉厚の 10% まで）は許容されますが、亀裂、直径 0.2 mm を超える気孔率、または焼き抜けは許容されません。-。加圧操作で使用するように設計されたすべての薄肉溶接アセンブリもヘリウム漏れ試験を受けなければなりません。-良好な溶接部の漏れ率は 1 x 10-7 mbar・L/秒未満です。ヒーターを腐食性雰囲気で使用する場合は、溶接金属のフェライトテストを行うことをお勧めします。フェライト含有量 > 5% は、塩化物使用環境での選択腐食の可能性を示唆しています。最高の耐食性を得るには、316 ～ 316 溶接部の溶接金属のフェライト濃度を 2% ～ 5% の範囲にする必要があります。薄肉シースを指定する場合、エンジニアはメーカーに溶接法の認定記録を要求する必要があります。-溶け込みプロファイルの断面顕微鏡写真、熱影響部の粒径、および焼き抜けの証拠がないことを示しています。-サプライヤーがこれらの文書の提供をためらう場合、そのサプライヤーは薄壁ヒーターの提供を信頼すべきではありません。溶接方法の再認定にかかる費用は、溶接の亀裂や漏れによる現場での故障に比べて最小限で済みます。