La saldatura è una procedura di lavorazione essenziale per la produzione di tubi riscaldanti in acciaio inossidabile 316 raggruppati, piegati e flangiati-. Durante il ciclo termico di saldatura ad alta-temperatura, la zona di saldatura e la zona adiacente-influenzata dal calore subiranno rapidi processi di riscaldamento e raffreddamento. Quando la temperatura rimane entro l'intervallo di sensibilizzazione compreso tra 450 e 850 gradi per un certo periodo, il carburo di cromo precipita continuamente lungo i bordi dei grani, portando ad un impoverimento locale del cromo ai bordi dei grani. L'area povera di cromo-non può formare un film passivo ricco di cromo-completo e stabile, che diventa una regione anodica suscettibile alla dissoluzione preferenziale in mezzi acidi-contenenti cloruro, ad alta-temperatura o acidi, innescando infine la corrosione intergranulare. Una grave corrosione intergranulare causerà la perdita della forza legante intergranulare del tubo riscaldante, con conseguenti perdite fragili o addirittura frammentazione in caso di minime sollecitazioni esterne. Molti produttori si concentrano solo sull'aspetto della saldatura e sulle prestazioni di tenuta, ignorando il controllo della sensibilizzazione termica e il trattamento di stabilizzazione post-saldatura, rendendo i giunti saldati le posizioni di guasto più frequenti dei tubi riscaldanti in ambienti corrosivi difficili. Pertanto, il controllo standardizzato del processo di saldatura e il trattamento anti-sensibilizzazione sono mezzi tecnici fondamentali per evitare la corrosione intergranulare dei tubi riscaldanti saldati.
Il meccanismo di formazione della corrosione intergranulare risiede nello squilibrio della distribuzione degli elementi di cromo causato dalla sensibilizzazione termica della saldatura. A temperature di sensibilizzazione elevate, gli atomi di carbonio nell'acciaio inossidabile si diffondono rapidamente fino ai bordi dei grani e si combinano con il cromo per formare precipitati di carburo di cromo. Poiché il tasso di diffusione del cromo all'interno dei grani è molto inferiore a quello del carbonio, l'area dei bordi dei grani non può integrare tempestivamente il cromo consumato, formando strette zone -impoverite di cromo. In ambienti con elettroliti corrosivi, il potenziale dei bordi dei grani poveri di cromo- è molto inferiore a quello degli interni dei grani, formando innumerevoli microcelle galvaniche. I confini dei grani si dissolvono continuamente lungo la rete cristallina, provocando una corrosione invisibile da penetrazione all'interno del materiale, che non può essere facilmente rilevata mediante l'ispezione visiva convenzionale. Una volta esposto a cicli termici, vibrazioni o carico di pressione, il tubo riscaldante si romperà improvvisamente e perderà nella zona interessata dal calore della saldatura sensibilizzata-. Rispetto alla normale corrosione per vaiolatura, la corrosione intergranulare presenta un occultamento più forte e un rischio per la sicurezza più elevato.
Questo studio propone quattro misure di controllo sistematico per frenare la corrosione intergranulare dei tubi riscaldanti saldati in acciaio inossidabile 316. Innanzitutto, seleziona preferibilmente il materiale di base in acciaio inossidabile 316L a basso-carbonio e il filo di apporto per saldatura corrispondente. Il contenuto di carbonio del 316L è rigorosamente controllato al di sotto dello 0,03%, il che riduce notevolmente la forza motrice della precipitazione del carburo di cromo durante i cicli termici di saldatura e indebolisce fondamentalmente la tendenza alla sensibilizzazione intergranulare. Per i tubi riscaldanti che devono utilizzare l'acciaio inossidabile 316 convenzionale, il processo di saldatura deve ridurre rigorosamente il tempo di permanenza nell'intervallo di temperature di sensibilizzazione. Evitare saldature ripetute multi-strato e il raffreddamento lento delle saldature; adottare la saldatura ad arco di tungsteno con schermatura ad argon con corrente ridotta e velocità di saldatura elevata per restringere la larghezza della zona-interessata al calore e ridurre l'intervallo di sensibilizzazione. La protezione posteriore dell'argon è obbligatoria per prevenire l'ossidazione delle radici di saldatura e l'esaurimento del cromo causato dall'ossidazione dell'aria ad alta-temperatura.
In secondo luogo, implementare il trattamento termico della soluzione post-saldatura per eliminare la microstruttura sensibilizzata. Dopo la saldatura, riscaldare l'intero pezzo del tubo riscaldante a 1050-1100 gradi per una sufficiente conservazione del calore, quindi effettuare un rapido raffreddamento con acqua. Il trattamento con soluzione ad alta-temperatura può dissolvere completamente il carburo di cromo precipitato nella matrice austenite e realizzare una ridistribuzione uniforme degli elementi di cromo all'interno dei grani e ai bordi dei grani, eliminando completamente le zone -impoverite di cromo. Per i tubi riscaldanti in bundle di grandi-dimensioni che non possono essere trattati termicamente integralmente, il trattamento locale con soluzione ad alta-temperatura dovrà essere effettuato sui giunti di saldatura per ripristinare la resistenza alla corrosione uniforme della zona-interessata dal calore.
In terzo luogo, ottimizzare la progettazione della struttura di saldatura per ridurre l'accumulo termico locale. Evitare schemi di saldatura paralleli densi e cordoni di saldatura lunghi e continui; organizzare ragionevolmente la sequenza di saldatura per evitare la sovrapposizione di cicli termici che portino a ripetute sensibilizzazione della stessa area. Ridurre l'altezza del rinforzo di saldatura ed evitare la concentrazione dello stress nelle posizioni di transizione della saldatura, poiché lo stress da trazione accelera il tasso di espansione delle cricche da corrosione intergranulare. Dopo la saldatura, rimuovere accuratamente gli spruzzi di saldatura, le incrostazioni di ossido e lo sporco di fumo sulla superficie dei cordoni di saldatura e sulle zone-influenzate dal calore mediante pulizia a ultrasuoni e lucidatura meccanica, altrimenti i difetti superficiali indurranno corrosione locale e si espanderanno lungo i bordi dei grani sensibilizzati.
In quarto luogo, rafforzare la passivazione del decapaggio post-saldatura e l'ispezione metallografica regolare. L'area di saldatura deve essere trattata mediante decapaggio e passivazione integrati per rimuovere gli strati di ossidazione ad alta-temperatura e riparare le pellicole passive danneggiate sui giunti di saldatura, impedendo agli ioni cloruro di invadere i bordi dei grani impoveriti di cromo-dai difetti superficiali. Campionare regolarmente i pezzi saldati per il rilevamento della microstruttura metallografica e i test di suscettibilità alla corrosione intergranulare per verificare se il processo di saldatura e il processo di trattamento termico eliminano efficacemente la sensibilizzazione. Per il riscaldamento dei tubi utilizzati in ambienti ricchi di cloruro- ad alta temperatura, la frequenza delle ispezioni di campionamento dovrà essere aumentata per evitare che pezzi sensibilizzati in batch vengano messi in servizio.
I dati di monitoraggio sul campo mostrano che i tubi riscaldanti 316L con tecnologia di saldatura ottimizzata e trattamento della soluzione non presentano problemi di corrosione intergranulare dopo un funzionamento a lungo termine-in officine contenenti cloruro ad alta-temperatura-. Al contrario, i tubi riscaldanti 316 convenzionali senza controllo anti-sensibilizzazione subiscono perdite intergranulari in corrispondenza dei giunti di saldatura entro 5–9 anni di servizio. In conclusione, la selezione dei materiali a basso-carbonio, la tecnologia di saldatura standardizzata ad alta-efficienza, il trattamento termico della soluzione post-saldatura e un rigoroso trattamento anticorrosivo della superficie-possono eliminare completamente la corrosione intergranulare indotta dalla saldatura-. Queste specifiche di anti-sensibilizzazione della saldatura eliminano il pericolo nascosto di guasti fragili ai giunti saldati e garantiscono l'integrità strutturale a lungo termine-dei tubi di riscaldamento in acciaio inossidabile 316 in ambienti industriali corrosivi ad alta-temperatura.
