La soldadura es un procedimiento de procesamiento esencial para fabricar tubos calefactores de acero inoxidable 316 agrupados, doblados y conectados con bridas. Durante el ciclo térmico de soldadura de alta-temperatura, la zona de soldadura y su zona adyacente afectada por el calor-experimentarán rápidos procesos de calentamiento y enfriamiento. Cuando la temperatura se mantiene dentro del rango de temperatura de sensibilización de 450 grados a 850 grados durante un período determinado, el carburo de cromo precipita continuamente a lo largo de los límites de los granos, lo que lleva al agotamiento local del cromo en los límites de los granos. El área pobre en cromo-no puede formar una película pasiva completa y estable rica en cromo-, que se convierte en una región anódica susceptible a la disolución preferencial en medios que contienen cloruro-, de alta-temperatura o ácidos, lo que eventualmente desencadena la corrosión intergranular. La corrosión intergranular grave hará que el tubo calefactor pierda fuerza de unión intergranular, lo que provocará fugas frágiles o incluso fragmentación bajo una pequeña tensión externa. Muchos fabricantes solo se centran en la apariencia de la soldadura y el rendimiento del sellado, ignorando el control de sensibilización térmica y el tratamiento de estabilización posterior a la soldadura, lo que hace que las uniones soldadas sean los puntos de falla más frecuentes de los tubos calefactores en ambientes corrosivos severos. Por lo tanto, el control estandarizado del proceso de soldadura y el tratamiento anti-sensibilización son medios técnicos críticos para evitar la corrosión intergranular de los tubos calefactores soldados.
El mecanismo de formación de la corrosión intergranular radica en el desequilibrio en la distribución del elemento cromo causado por la sensibilización térmica de la soldadura. A altas temperaturas de sensibilización, los átomos de carbono del acero inoxidable se difunden rápidamente hasta los límites de los granos y se combinan con el cromo para formar precipitados de carburo de cromo. Dado que la tasa de difusión del cromo dentro de los granos es mucho menor que la del carbono, el área del límite del grano no puede complementar oportunamente el cromo consumido, formando zonas estrechas-empobrecidas en cromo. En entornos de electrolitos corrosivos, el potencial de los límites de grano deficientes del cromo-es mucho menor que el de los interiores de los granos, lo que forma innumerables microceldas galvánicas. Los límites de los granos se disuelven continuamente a lo largo de la red cristalina, lo que provoca una corrosión de penetración invisible dentro del material, que no se puede encontrar fácilmente mediante una inspección visual convencional. Una vez expuesto a ciclos térmicos, vibraciones o cargas de presión, el tubo calefactor se agrietará repentinamente y tendrá fugas en la zona afectada por el calor de soldadura sensibilizado-. En comparación con la corrosión por picaduras ordinaria, la corrosión intergranular tiene una ocultación más fuerte y un mayor riesgo de seguridad.
Este estudio propone cuatro medidas de control sistemáticas para frenar la corrosión intergranular de tubos calefactores soldados de acero inoxidable 316. En primer lugar, seleccione preferentemente un material base de acero inoxidable 316L con bajo contenido de carbono y un alambre de relleno de soldadura correspondiente. El contenido de carbono del 316L está estrictamente controlado por debajo del 0,03%, lo que reduce en gran medida la fuerza impulsora de precipitación del carburo de cromo durante los ciclos térmicos de soldadura y debilita fundamentalmente la tendencia a la sensibilización intergranular. Para tubos de calentamiento que deben utilizar acero inoxidable 316 convencional, el proceso de soldadura debe acortar estrictamente el tiempo de residencia en el rango de temperatura de sensibilización. Evite la soldadura repetida de múltiples capas y el enfriamiento lento de las piezas soldadas; adopte soldadura por arco de tungsteno con protección de argón con corriente pequeña y velocidad de soldadura rápida para reducir el ancho de la zona afectada por el calor y reducir el rango de sensibilización. La protección trasera con argón es obligatoria para evitar la oxidación de la raíz de la soldadura y el agotamiento del cromo causado por la oxidación del aire a alta-temperatura.
En segundo lugar, implemente un tratamiento térmico con solución posterior a la soldadura para eliminar la microestructura sensibilizada. Después de soldar, caliente toda la pieza de trabajo del tubo calefactor a 1050 grados –1100 grados para conservar el calor suficiente, luego realice un enfriamiento rápido con agua. El tratamiento con solución a alta-temperatura puede disolver completamente el carburo de cromo precipitado nuevamente en la matriz de austenita y lograr una redistribución uniforme de los elementos de cromo dentro de los granos y los límites de los granos, eliminando por completo las zonas empobrecidas en cromo-. Para haces de tubos de calefacción de gran tamaño-que no se pueden tratar térmicamente integralmente, se debe realizar un tratamiento local con solución de alta-temperatura en las juntas soldadas para restaurar la resistencia uniforme a la corrosión de la zona afectada por el calor-.
En tercer lugar, optimizar el diseño de la estructura de soldadura para reducir la acumulación térmica local. Evite la disposición densa de soldadura paralela y las costuras de soldadura largas y continuas; Organice razonablemente la secuencia de soldadura para evitar la superposición de ciclos térmicos que conduzcan a una sensibilización repetida de la misma área. Reduzca la altura del refuerzo de soldadura y evite la concentración de tensiones en las posiciones de transición de soldadura, porque la tensión de tracción acelerará la tasa de expansión de las grietas por corrosión intergranulares. Después de soldar, elimine completamente las salpicaduras de soldadura, las incrustaciones de óxido y la suciedad de humo en la superficie de las costuras de soldadura y caliente-las zonas afectadas mediante limpieza ultrasónica y pulido mecánico; de lo contrario, los defectos de la superficie inducirán corrosión local y se expandirán a lo largo de los límites de los granos sensibilizados.
En cuarto lugar, reforzar la pasivación post-decapado de la soldadura y la inspección metalográfica periódica. El área de soldadura debe tratarse mediante decapado y pasivación integrados para eliminar las capas de oxidación de alta-temperatura y reparar las películas pasivas dañadas en las uniones soldadas, evitando que los iones de cloruro invadan los límites de grano empobrecidos de cromo-de los defectos de la superficie. Muestre periódicamente piezas de trabajo soldadas para la detección de microestructura metalográfica y pruebas de susceptibilidad a la corrosión intergranular para verificar si el proceso de soldadura y el proceso de tratamiento térmico eliminan eficazmente la sensibilización. Para los tubos de calentamiento utilizados en ambientes ricos en cloruro- de alta temperatura, se debe aumentar la frecuencia de inspección de muestreo para evitar que se pongan en servicio piezas de trabajo sensibilizadas por lotes.
Los datos de seguimiento de campo muestran que los tubos calefactores 316L con tecnología de soldadura optimizada y tratamiento de solución no presentan fallas por corrosión intergranular después de un funcionamiento prolongado-en talleres que contienen cloruro- a alta-temperatura. Por el contrario, los tubos calefactores 316 convencionales sin control anti-sensibilización sufren fugas intergranulares en las uniones soldadas dentro de 5 a 9 años de servicio. En conclusión, la selección de materiales con bajo contenido de carbono-, la tecnología de soldadura estandarizada de alta-eficiencia, el tratamiento térmico con solución posterior a la soldadura y el estricto tratamiento anticorrosión de la superficie-pueden suprimir por completo la corrosión intergranular inducida por la soldadura. Estas especificaciones de antisensibilización de soldadura eliminan el peligro oculto de falla por fragilidad en las uniones soldadas y garantizan la integridad estructural a largo plazo de los tubos calefactores de acero inoxidable 316 en entornos industriales corrosivos de alta temperatura.
