Hitsaus on olennainen muovausprosessi 316 ruostumattomasta teräksestä valmistetun lämmitysputken kokoamisessa erilaisiin teollisuuden lämmityslaitteisiin. Korkean lämpötilan-hitsauksen aikana hitsaussauma ja sen viereinen lämmön-vaikutusalue kuumenevat nopeasti ja jäähtyvät epätasaisesti. Kun lämpötila pysyy herkistysalueella 450 - 850 astetta tietyn ajan, kromikarbidia saostuu jatkuvasti materiaalin raerajaa pitkin. Tämä ilmiö johtaa paikalliseen kromin ehtymiseen raerajoilla, mikä tuhoaa pinnan passiivikalvon jatkuvuuden. Kun kromivajaiset raeraajat joutuvat alttiiksi kloridi-pitoisille, happamille tai kosteille syövyttäville väliaineille, niistä tulee ensisijaisia korroosiokanavia, mikä johtaa rakeiden väliseen korroosioon, joka leviää sisäänpäin raerajoja pitkin. Tällaista piilevää korroosiota ei voida havaita tavanomaisella ulkonäkötarkastuksella, ja se aiheuttaa lopulta putken halkeilua ja tunkeutumisvuotoja. Monet valmistajat jättävät huomioimatta hitsauksen herkistymisen riskin ja käyttävät satunnaisia hitsaus- ja jäähdytysmenetelmiä, mikä johtaa usein hitsattujen lämpöputkien varhaiseen rikkoutumiseen. Siksi standardoitu hitsausparametrien ohjaus ja kohtuullinen hitsin jälkeinen lämpökäsittely ovat välttämättömiä rakeiden välisen korroosion estämiseksi ja ruostumattomasta teräksestä valmistetun 316 lämmitysputken luontaisen korroosionestokyvyn säilyttämiseksi.
Rakeiden välisen korroosion perimmäinen syy on hitsauksen lämpösyklien aiheuttamassa kromikarbidin saostumisessa. Hitsauksen aikana hitsin lähellä oleva perusmateriaali kuumennetaan korkeaan lämpötilaan, joka on yli 1000 astetta, kromi liukenee täysin austeniittimatriisiin yhtenäisen kiinteän liuoksen muodostamiseksi. Jos jäähdytysnopeus on hitsauksen jälkeen liian hidas, materiaali pysyy herkistymislämpötila-alueella pitkään. Ylimääräiset hiiliatomit yhdistyvät kromin kanssa muodostaen kromikarbidia ja saostuvat raerajoilla, mikä kuluttaa kromielementtejä lähellä raerajaa. Tämän seurauksena kromipitoisuus raerajoilla on liian alhainen muodostamaan tiheää passiivikalvoa. Syövyttävässä ympäristössä mikrogalvaanisia soluja muodostuu rakeiden rajojen ja rakeiden sisäosien väliin, mikä laukaisee jatkuvan anodisen liukenemisen raerajoilla ja aiheuttaa peruuttamattomia rakeidenvälisiä korroosiovaurioita.
Tässä tutkimuksessa esitetään yhteenveto kolmesta tehokkaasta teknisestä keinosta, joilla vältetään hitsauksen -aiheuttama rakeiden välinen korroosio: optimoidut hitsausprosessiparametrit, nopea pakkojäähdytys ja kohdistettu jälki{1}}hitsausliuoksen lämpökäsittely. Ensinnäkin alhaisen lämmöntuoton hitsausparametreja käytetään lyhentämään lämpö-vaikutusalueen viipymisaikaa herkistyslämpötila-alueella. Pientä virtaa, lyhyttä hitsausaikaa ja kapeaa hitsausjalkaa käytetään vähentämään yleistä lämpövaikutusaluetta. Jaksottainen segmentoitu hitsaus korvaa jatkuvan-pitkän matkan hitsauksen kumulatiivisen lämmön pitoisuuden välttämiseksi, mikä rajoittaa tehokkaasti kromikarbidin saostumista raerajoilla. Samaan aikaan argonkaasusuojaus levitetään sekä hitsin sisä- että ulkosivuille estämään hitsimetallin korkean lämpötilan hapettumista ja pinnan hiiltymistä.
Toiseksi pakotetut nopeat jäähdytystoimenpiteet toteutetaan välittömästi hitsauksen jälkeen. Puristettua puhdasta ilmaa tai kiertävää jäähdytysvettä käytetään hitsin jäähdyttämiseen ja{1}}vaikutusalueen nopeaan lämmittämiseen, jotta materiaali läpäisee 450–850 asteen herkistymislämpötila-alueen mahdollisimman lyhyessä ajassa. Tämä menetelmä estää kromikarbidin saostumisen kineettisen reaktion näkökulmasta, mikä on taloudellisin ja kätevin anti--herkistystoimenpide, joka soveltuu kuumennusputkien paikan päällä tapahtuvaan eräkäsittelyyn. Liiallista nopeaa jäähdytystä tulee kuitenkin välttää jäännöshitsauksen lämpöjännityksen ja kylmähalkeamien estämiseksi.
Kolmanneksi liuoshehkutuslämpökäsittelyä käytetään lämmitysputkille, joita käytetään ankarissa syövyttävissä työolosuhteissa. Hitsatut komponentit kuumennetaan 1050-1100 asteeseen ja pidetään lämpiminä tietyn ajan, jotta saostunut kromikarbidi liukenee täysin takaisin austeniittimatriisiin, minkä jälkeen ne sammutetaan nopeasti huoneenlämpötilaan. Tämä prosessi palauttaa kromielementtien tasaisen jakautumisen materiaalin sisällä ja eliminoi kokonaan kromi-puutteisen raerajarakenteen, mikä ratkaisee pohjimmiltaan piilevän rakeiden välisen korroosion vaaran.
Metallografinen havainto ja rakeidenvälisen korroosion testitulokset osoittavat, että lämpöputket, joissa hitsataan vähän lämpöä ja joissa on pakkojäähdytys, eivät sisällä kromikarbidin saostumista raerajoilla hitsauksen jälkeen, ja ne läpäisevät rakeiden välisen korroosion tarkastusstandardin. Sitä vastoin näytteissä, joissa on suuri lämmöntuotto ja luonnollinen hidas jäähdytys, on ilmeistä raerajakorroosiota nopeutetun korroosiokokeen jälkeen. Kenttäsovellustiedot osoittavat, että standardisoitu hitsauksen ja lämpökäsittelyn ohjaus vähentää hitsattujen lämpöputkien rakeidenvälistä korroosion epäonnistumista yli 75 %. Yhteenvetona voidaan todeta, että hitsauslämmön ohjaaminen, hitsin jälkeisen-jäähdytyksen nopeuttaminen ja liuoksen lämpökäsittely tarvittaessa voivat estää tehokkaasti 316 ruostumattomasta teräksestä valmistetun lämmitysputken rakeiden välisen korroosion. Nämä prosessispesifikaatiot eliminoivat hitsauksen-aiheuttamat materiaalin herkistymisvirheet, varmistavat hitsattujen osien rakenteellisen tasaisuuden ja korroosionestovakauden ja antavat luotettavan teknisen takuun-teollisten hitsattujen lämmityslaitteiden pitkäaikaiselle turvalliselle toiminnalle.
