การกัดกร่อนตามแนวขอบเกรนในท่อฮาสเทลลอย C276: เหตุใดการเกิดภาวะไวต่อการกัดกร่อน (Sensitization) จึงเกิดขึ้นระหว่างการเชื่อม และจะหลีกเลี่ยงได้อย่างไร
การกัดกร่อนระหว่างเกรนในท่อ Hastelloy C‑276: เหตุใดจึงเกิดภาวะเซนซิไทเซชันระหว่างการเชื่อม และวิธีป้องกันไม่ให้เกิดขึ้น
Hastelloy C‑276 (UNS N10276) เป็นโลหะผสมนิกเกิล-โครเมียม-โมลิบดีนัมแบบใช้งานหนักสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีการกัดกร่อนรุนแรง เช่น คลอรีนในสถานะเปียก กรดไฮโดรคลอริก กรดซัลฟูริก และระบบกำจัดกำมะถันจากก๊าซไอเสีย (FGD) ชื่อเสียงของวัสดุชนิดนี้ในการต้านทานการกัดกร่อนแบบจุด (pitting) การกัดกร่อนแบบรอยแยก (crevice corrosion) และการกัดกร่อนแบบแตกหักภายใต้แรงดัน (stress corrosion cracking) นั้นได้รับการยืนยันอย่างดี แต่มีจุดอ่อนหนึ่งที่วิศวกรมักมองข้ามไป: การกัดกร่อนระหว่างเกรน (IGC) หลังการเชื่อม
ต่างจากเหล็กกล้าไร้สนิมชนิดออสเทนิติก (ซึ่งมักเกิดการไวต่อการกัดกร่อนจากการตกตะกอนของคาร์ไบด์โครเมียม) โลหะผสม C‑276 ก็อาจประสบปัญหาการกัดกร่อนที่ขอบเกรนภายใต้สภาวะเฉพาะได้เช่นกัน — ไม่ใช่จากคาร์ไบด์โครเมียม แต่เป็นจาก สารตกตะกอนที่อุดมด้วยโมลิบดีนัม และ การแยกตัวสะสมที่ขอบเกรน ปัญหานี้มีลักษณะละเอียดอ่อนแต่เกิดขึ้นจริง ท่อโลหะผสม C‑276 ที่เชื่อมได้อย่างสมบูรณ์แบบอาจเสียหายภายในเวลาเพียงไม่กี่เดือนตามแนวแคบๆ บริเวณข้างรอยเชื่อม ในขณะที่ส่วนที่เหลือของท่อยังคงอยู่ในสภาพสมบูรณ์แบบ
บทความนี้อธิบายสาเหตุที่การไวต่อการกัดกร่อนเกิดขึ้นกับโลหะผสม Hastelloy C‑276 ระหว่างการเชื่อม วิธีการตรวจจับปัญหานี้ และที่สำคัญที่สุดคือ วิธีการป้องกันปัญหานี้ผ่านขั้นตอนการเชื่อมที่เหมาะสม การเลือกโลหะเติมที่ถูกต้อง และการให้ความร้อนหลังการเชื่อม
การกัดกร่อนที่ขอบเกรนในโลหะผสม Hastelloy C‑276 คืออะไร?
การกัดกร่อนที่ขอบเกรนคือการกัดกร่อนแบบเลือกสรรที่เกิดขึ้นตามแนวขอบเกรนของโลหะผสม โดยปล่อยให้เม็ดเกรนเองยังคงอยู่ในสภาพที่แทบไม่ได้รับผลกระทบ ในโลหะผสม C‑276 ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเมื่อ:
-
โลหะผสมจะถูกให้ความร้อนจนถึงช่วงอุณหภูมิวิกฤต (โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 600–1050°C) ซึ่งเป็นช่วงอุณหภูมิเดียวกับที่เกิดขึ้นในโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (Heat-Affected Zone: HAZ) ระหว่างการเชื่อม
-
ระหว่างการให้ความร้อนนี้ ฟาเซสทุติยภูมิจะตกผลึกที่บริเวณขอบเม็ดผลึก
-
ฟาเซสที่ตกผลึกเหล่านี้มีลักษณะเป็น:
-
ฟาเซสอินเทอร์เมทัลลิก (โดยทั่วไปคือ ฟาเซสมู (mu phase) – Ni₇(Mo,Cr)₆ และ เฟสซิกมา – FeCrMo)
-
คาร์ไบด์ (M₆C หรือ M₂₃C₆ โดยที่ M = Mo, Cr, W)
-
-
การตกผลึกนี้ทำให้ปริมาณโครเมียมและโมลิบดีนัมที่อยู่บริเวณขอบเม็ดผลึกใกล้เคียงลดลงอย่างมาก — ซึ่งเป็นธาตุสองชนิดนี้เองที่ทำหน้าที่ให้คุณสมบัติต้านทานการกัดกร่อน
-
ในสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อน (กรดออกซิไดซ์ คลอไรด์) โซนที่สูญเสียธาตุโครเมียมจะละลายเป็นพิเศษ ส่งผลให้เกิดร่องหรือรอยแตกที่แคบตามแนวขอบเขต
จุดสำคัญ: ในเหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 316L การเกิดภาวะไวต่อการกัดกร่อน (sensitization) เกิดจากคาร์ไบด์ของโครเมียมที่อุณหภูมิประมาณ 550–850°C ในขณะที่โลหะผสม C‑276 ช่วงอุณหภูมิที่อันตรายกว้างกว่า (600–1050°C) และเกี่ยวข้องกับเฟสที่อุดมด้วยโมลิบดีนัม สิ่งนี้ทำให้ C‑276 มากขึ้น มีความทนทานมากกว่าเกรด 304/316 ในการเชื่อมหลายสถานการณ์ แต่ยังคงมีความเสี่ยงหากอัตราการเย็นตัวช้า หรือหากโลหะฐานมีโครงสร้างจุลภาคไม่เสถียร
เหตุใดภาวะไวต่อการกัดกร่อนจึงเกิดขึ้นระหว่างการเชื่อม – กลไกการทำงาน
ระหว่างการเชื่อมแบบ GTAW (TIG) หรือ GMAW (MIG) ของโลหะผสม C‑276 พื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) จะผ่านวงจรความร้อน:
-
อุณหภูมิสูงสุดใกล้แนวรอยหลอม: ประมาณ 1250–1350°C (สูงกว่าอุณหภูมิอบชุบแบบละลาย)
-
การทำเย็นอย่างรวดเร็ว จากอุณหภูมิสูงสุดลงมาถึงประมาณ 1000°C — ไม่มีการตกตะกอนเกิดขึ้น เนื่องจากการเย็นตัวเร็วเกินไป
-
การเย็นตัวช้า จาก 1000°C ลงมาถึง 600°C (บริเวณส่วนปลายของเส้นโค้ง TTT สำหรับโลหะผสม C‑276) ในช่วงนี้เฟสเมียว (mu phase) (Ni₇(Mo,Cr)₆) อาจเกิดการตกตะกอนได้ หากอัตราการเย็นตัวไม่เร็วพอ
อัตราการเกิดการตกตะกอนขึ้นอยู่กับ:
| ปัจจัย | ผลต่อการเกิดภาวะไวต่อสารก่อภูมิแพ้ |
|---|---|
| ปริมาณความร้อนสูง (>1.5 กิโลจูล/มิลลิเมตร) | การเย็นตัวช้าลง → เวลาที่ใช้ในช่วงอุณหภูมิ 600–1000°C นานขึ้น → การเกิดการตกตะกอนมากขึ้น |
| ส่วนผนังที่หนา | การถ่ายเทความร้อนออกช้าลง → เวลาที่อยู่ในช่วงอุณหภูมิอันตรายนานขึ้น |
| การเชื่อมหลายรอบ | รอบการเชื่อมก่อนหน้าจะถูกให้ความร้อนซ้ำเข้าสู่ช่วงอุณหภูมิที่ทำให้เกิดการตกตะกอนซ้ำๆ |
| อุณหภูมิระหว่างรอบการเชื่อมสูง (>150°C) | ทำให้โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) มีอุณหภูมิสูงเป็นเวลานานขึ้น → ส่งเสริมการเกิดการตกตะกอน |
| สิ่งเจือปน (P, S, Si) | ส่งเสริมการแยกตัวของธาตุที่ขอบเกรน และเร่งกระบวนการกัดกร่อนตามแนวขอบเกรน (IGC) |
ผล: หลังการเชื่อม จะเกิดบริเวณแถบแคบๆ อยู่ติดกับเส้นรอยเชื่อม (โดยทั่วไปกว้าง 1–2 มม.) ซึ่งเข้าสู่ภาวะไวต่อการกัดกร่อน (sensitized) ในการใช้งานจริง หากท่อมีของไหลที่กัดกร่อน (เช่น กรดไฮโดรคลอริก 10% ที่อุณหภูมิ 80°C) การกัดกร่อนจะเริ่มต้นที่แถบนี้แล้วลุกลามเข้าสู่ภายใน
ลักษณะที่สังเกตเห็นได้ด้วยตาเปล่าและภายใต้กล้องจุลทรรศน์ของการกัดกร่อนตามแนวขอบเกรน (IGC) ในโลหะผสม C‑276
-
การตรวจสอบด้วยสายตา: หลังการกัดผิวด้วยสารเคมี จะปรากฏเส้นสีเข้มแบบ 'ใบมีด' หรือร่องแคบขนานกับรอยเชื่อม มักพบบริเวณผิวด้านในของท่อ ในการใช้งานจริง อาจเกิดการรั่วซึมเป็นรอยแตกเล็กๆ ตามบริเวณโซนที่ได้รับความร้อนจากกระบวนการเชื่อม (HAZ)
-
ภายใต้กล้องจุลทรรศน์: ขอบเกรนแสดงการกัดผิวอย่างลึกหรือเกิดรอยแตกร้าว ผลการวิเคราะห์ด้วยไมโครโพรบที่ใช้ลำแสงอิเล็กตรอน (electron microprobe) พบว่ามีการตกตะกอนที่อุดมด้วยโมลิบดีนัม (Mo-rich precipitates) อยู่ตามขอบเกรน
การทดสอบมาตรฐานสำหรับการกัดกร่อนตามแนวขอบเกรน (IGC) ในโลหะผสม C‑276: ASTM G28 – การทดสอบด้วยสารละลายเฟอริกซัลเฟต-กรดซัลฟูริก ตัวอย่างที่เข้าสู่ภาวะไวต่อการกัดกร่อนจะแสดงค่าการสูญเสียน้ำหนักสูง (อัตราการกัดกร่อน > 5 มม./ปี) และเกิดรอยแตกร้าวตามแนวขอบเกรน
การเลือกโลหะเติม (Filler Metal): แนวป้องกันขั้นแรก
น่าแปลกใจที่ลวดเชื่อมที่ใช้สำหรับการเชื่อมโลหะ C‑276 มีผลกระทบอย่างมากต่อการเกิดภาวะไวต่อการกัดกร่อนในบริเวณ Heat-Affected Zone (HAZ) ของโลหะฐาน นี่คือเหตุผล:
-
ERNiCrMo‑4 (ลวดเชื่อมชนิดตรงกันตามมาตรฐาน AWS A5.14) – องค์ประกอบโดยประมาณ นิกเกิล 57%, โครเมียม 15.5%, โมลิบดีนัม 16%, เหล็ก 5%, ทังสเตน 3.5% ลวดเชื่อมชนิดนี้มีโมลิบดีนัมและทังสเตนสูง ซึ่งอาจแพร่กระจายเข้าสู่บริเวณ HAZ และจริงๆ แล้ว ลด เพิ่มแนวโน้มการตกตะกอนของเฟสไมอู (mu phase)
-
ลวดเชื่อมที่มีองค์ประกอบเกินกว่าที่จำเป็น (Over‑alloyed fillers) เช่น ERNiCrMo‑10 (ชนิด C‑22) หรือ ERNiCrMo‑13 (ชนิด C‑59) จะให้ความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบระหว่างเกรน (IGC) ในบริเวณ HAZ ได้ดียิ่งขึ้น
คำแนะนำ: สำหรับท่อลวดเชื่อมโลหะ C‑276 ที่ใช้งานในสภาวะรุนแรงเป็นพิเศษ (โดยเฉพาะในสารละลายกรด) ควรใช้ลวดเชื่อม ERNiCrMo‑4 แต่ต้องมั่นใจว่ากระบวนการเชื่อมรวมถึงขั้นตอน การอบชุบแบบละลายหลังการเชื่อม (post‑weld solution anneal) หากทำได้ ถ้าไม่สามารถทำขั้นตอนการอบชุบได้จริง ให้พิจารณาใช้ ERNiCrMo‑10 เป็นทางเลือกแทน — ซึ่งมีปริมาณโมลิบดีนัมต่ำกว่า (13–15% เมื่อเทียบกับ 15–17%) แต่มีความเสถียรทางความร้อนดีกว่า
ห้ามใช้งาน ERNiCr‑3 (Inconel 82) หรือ ERNiFeCr‑2 (Alloy 800 filler) ลวดเชื่อมเหล่านี้จะไม่ให้คุณสมบัติต้านทานการกัดกร่อนเทียบเท่ากับโลหะฐาน และอาจก่อให้เกิดการกัดกร่อนแบบไฟฟ้าเคมี (galvanic attack)
วิธีหลีกเลี่ยงการกัดกร่อนระหว่างเกรน (IGC) ขณะเชื่อม: ขั้นตอนปฏิบัติจริง
1. ควบคุมปริมาณความร้อนที่ป้อนเข้า – ต่ำแต่ไม่ต่ำเกินไป
| พารามิเตอร์ | เป้าหมายสำหรับโลหะผสม C‑276 |
|---|---|
| ปริมาณความร้อนที่ป้อนเข้า (GTAW) | 0.5 – 1.2 กิโลจูล/มิลลิเมตร |
| อุณหภูมิระหว่างชั้นสูงสุด | 150°C (แนะนำให้ไม่เกิน 120°C) |
| การระบายความร้อนระหว่างการเชื่อมแต่ละชั้น | การระบายความร้อนด้วยอากาศบังคับ (ห้ามใช้น้ำดับความร้อนบริเวณรอยเชื่อมที่ยังร้อนอยู่) |
หากปริมาณความร้อนที่ป้อนเข้าต่ำเกินไป (<0.5 กิโลจูล/มิลลิเมตร) จะทำให้เย็นตัวเร็วเกินไป ส่งผลให้เกิดโครงสร้างจุลภาคอุดมไปด้วยเฟอร์ไรต์ (ซึ่งไม่ก่อให้เกิดปัญหา IGC แต่ส่งผลต่อความเหนียว) แต่หากปริมาณความร้อนที่ป้อนเข้าสูงเกินไป (>1.5 กิโลจูล/มิลลิเมตร) จะส่งเสริมการตกตะกอนของเฟสเมียว (mu phase) ดังนั้นควรรักษาค่าไว้ในช่วงกลาง
2. ใช้ก๊าซป้องกันที่อุดมไปด้วยไนโตรเจน
อาร์กอนบริสุทธิ์ 100% เป็นที่นิยมแต่ไม่เหมาะสมที่สุดสำหรับ C‑276 ให้เติมไนโตรเจน 2–5% ลงในก๊าซป้องกัน ไนโตรเจน:
-
ช่วยคงเสถียรเฟสออสเทนไนต์
-
ลดแรงขับให้เกิดการตกตะกอนของเฟสเมียว (mu phase)
-
เพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบเป็นหลุม (pitting) ของโลหะเชื่อม
สำหรับการป้องกันด้านรากของการเชื่อม (backing gas) ให้ใช้อาร์กอนบริสุทธิ์โดยไม่ผสมไนโตรเจน (เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดรูพรุน)
3. จำกัดอุณหภูมิระหว่างการเชื่อมแต่ละรอบ (Interpass Temperature) – ต้องควบคุมอย่างเข้มงวด
ห้ามพึ่งพาการสัมผัสเพื่อประเมินว่าเย็นพอแล้ว ให้ใช้เครื่องวัดอุณหภูมิแบบสัมผัส (contact pyrometer) หลังจากเชื่อมแต่ละรอบ ให้ปล่อยให้ท่อนั้นเย็นลงจนอุณหภูมิบริเวณโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) ต่ำกว่า 150°C สำหรับท่อที่มีผนังหนา (>5 มม.) อาจจำเป็นต้องใช้อากาศเย็นแบบบังคับ หรือรอหลายนาทีระหว่างการเชื่อมแต่ละรอบ
4. การอบอ่อนแบบละลาย (Solution Anneal) หลังการเชื่อม – มาตรฐานทองคำ
วิธีเดียวที่จะกำจัดภาวะการไวต่อการกัดกร่อน (sensitization) ได้อย่างสมบูรณ์คือการอบอ่อนแบบละลายทั้งชิ้นหลังการเชื่อม:
-
ให้ความร้อนท่อหรือส่วนประกอบที่เชื่อมแล้วทั้งหมดให้มีอุณหภูมิ 1120–1180°C
-
คงไว้เป็นเวลาเพียงพอ (1 ชั่วโมงต่อความหนา 25 มม.)
-
ทำให้เย็นอย่างรวดเร็ว (โดยการจุ่มในน้ำหรือใช้อากาศบังคับ)
ขั้นตอนนี้จะทำให้สารตกตะกอนทั้งหมดละลาย และคืนโครงสร้างจุลภาคที่สม่ำเสมอและทนต่อการกัดกร่อน อย่างไรก็ตาม วิธีนี้มักไม่สามารถปฏิบัติได้จริงในการเชื่อมในสนามหรือกับชิ้นส่วนขนาดใหญ่ เมื่อไม่สามารถทำแอนนีลได้ ให้ปฏิบัติตามขั้นตอนถัดไปอย่างระมัดระวัง
5. ดำเนินการล้างผิวหลังการเชื่อม (Pickling) และทำให้ผิวเป็นพาสซีฟ (Passivation)
แม้จะมีสารตกตะกอนอยู่ก็ตาม การล้างผิวด้วยสารเคมีอย่างเหมาะสม (ส่วนผสมของกรดไนตริกและกรดไฮโดรฟลูออริก) จะช่วยกำจัดชั้นผิวที่มีองค์ประกอบลดลงมากที่สุด วิธีนี้ไม่สามารถขจัดการกัดกร่อนแบบรอยต่อเกรน (IGC) ที่เกิดลึกลงไปภายในผนังได้ แต่จะกำจัดจุดเริ่มต้นของการกัดกร่อนออกไป สำหรับโลหะผสม C‑276 ให้ใช้ยาทาล้างผิว (pickling paste) หรือสารละลายล้างผิว (20% HNO₃ + 5% HF) เป็นเวลา 30–60 นาที แล้วล้างออกอย่างทั่วถึง ซึ่งจะช่วยยืดอายุการใช้งานได้อย่างมีนัยสำคัญ
6. ใช้การรับรองขั้นตอนการเชื่อม (Weld Procedure Qualification) พร้อมการทดสอบการกัดกร่อน
สำหรับการเชื่อมโลหะผสม C‑276 ที่มีความสำคัญสูง จำเป็นต้องรับรองขั้นตอนการเชื่อม (WPS) โดยใช้มาตรฐาน ASTM G28 วิธี A เกณฑ์การยอมรับคือ
-
อัตราการกัดกร่อน ≤ 0.5 มม./ปี (รหัสบางรายการอนุญาตให้เกิดการกัดกร่อนได้สูงสุดถึง 1.0 มม./ปี สำหรับการใช้งานที่ไม่สำคัญ)
หากตัวอย่างทดสอบของท่านเกินค่าดังกล่าว ให้ปรับพารามิเตอร์การเชื่อม (ลดปริมาณความร้อนที่ป้อนเข้า ลดอุณหภูมิระหว่างชั้น และเพิ่มไนโตรเจนลงในก๊าซป้องกัน) จนกว่าจะผ่านการทดสอบ
7. หลีกเลี่ยงการให้ความร้อนซ้ำหลายรอบ
การเชื่อมซ่อมและการเชื่อมแบบหลายชั้นทับบริเวณ HAZ เดียวกันนั้นมีความเสี่ยงสูงเป็นพิเศษ โดยแต่ละรอบของการให้ความร้อนจะทำให้โซนที่เคยเกิดการไวต่อการกัดกร่อนมาก่อนถูกให้ความร้อนซ้ำ ซึ่งมักทำให้สถานการณ์แย่ลง หากจำเป็นต้องเชื่อมซ่อม ให้ขูดเอารอยเชื่อมเดิมออกทั้งหมดแล้วใช้ขั้นตอนการเชื่อมใหม่ที่ผ่านการรับรองแล้ว
การเปรียบเทียบ C‑276 กับโลหะผสมอื่น ๆ – เหตุใดจึงยังคงมีคุณสมบัติดี
วิศวกรบางท่านเข้าใจผิดว่าโลหะผสม C‑276 นั้นไม่ไวต่อการเกิดการไวต่อการกัดกร่อนเลย ที่จริงแล้วไม่เป็นเช่นนั้น แต่ C‑276 มีความต้านทานต่อการไวต่อการกัดกร่อนได้ดีกว่าเหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 304/316 อย่างมาก โปรดเปรียบเทียบ:
| โลหะผสม | กลไกการเกิดการไวต่อการกัดกร่อน | ผลลัพธ์จากการเชื่อมโดยทั่วไป |
|---|---|---|
| 304 SS | การตกตะกอนของ Cr₂₃C₆ ที่อุณหภูมิ 550–850°C | การกัดกร่อนตามแนวเกรนอย่างรุนแรง หากไม่ใช้เกรดคาร์บอนต่ำ (เช่น 304L) หรือเกรดที่มีการเสริมสารคงโครงสร้าง |
| 316L SS | เหมือนกัน (แต่การปล่อยคาร์บอนต่ำลงจะช่วยลดผลกระทบ) | การกัดกร่อนระหว่างเกรนแบบอ่อน (Mild IGC) แต่มักยอมรับได้ในสภาวะที่ไม่เป็นกรดและมีคลอไรด์ |
| C‑276 | เฟส Mu ที่อุณหภูมิ 600–1000°C | เกิดน้อยมากหากควบคุมปริมาณความร้อนที่ป้อนเข้าอย่างเหมาะสม; มักผ่านการทดสอบ ASTM G28 ได้โดยไม่ต้องทำการอบหลังเชื่อม (PWHT) |
| C‑22 | มีความต้านทานมากกว่า (มีโมลิบดีนัมต่ำกว่า) | การกัดกร่อนระหว่างเกรนแบบรุนแรง (IGC) เกิดขึ้นได้ยากมาก |
สำหรับการเชื่อมวัสดุ C‑276 ส่วนใหญ่ด้วยกระบวนการ GTAW โดยใช้ปริมาณความร้อนที่ป้อนเข้าต่ำกว่า 1.2 กิโลจูล/มิลลิเมตร และระบายความร้อนระหว่างการเชื่อมแต่ละรอบ (interpass cooling) คุณจะพบว่า ไม่มีการกัดกร่อนระหว่างเกรนแบบตรวจจับได้ ตามมาตรฐาน ASTM G28 ปัญหาจะเกิดขึ้นเมื่อช่างเชื่อมปฏิบัติกับวัสดุ C‑276 เหมือนกับวัสดุ 316L กล่าวคือ ใช้ปริมาณความร้อนสูง ไม่ระบายความร้อนระหว่างการเชื่อมแต่ละรอบ และเชื่อมซ้ำหลายรอบบนวัสดุที่ยังร้อนอยู่
ตัวอย่างกรณีศึกษา: ท่อดูดซับก๊าซไอเสียที่ผ่านกระบวนการกำจัดกำมะถัน (Flue Gas Desulfurization: FGD)
ปัญหา: ท่อ C‑276 ชุดหนึ่ง (ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 นิ้ว ตามมาตรฐาน Schedule 40) ถูกเชื่อมเข้ากับหัวจ่ายสเปรย์ของระบบกำจัดก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (FGD) ช่างเชื่อมใช้แก๊สอาร์กอนบริสุทธิ์ 100% เป็นแก๊สป้องกัน ความร้อนที่ป้อนเข้าประมาณ 2.0 กิโลจูลต่อมิลลิเมตร และอุณหภูมิระหว่างการเชื่อมแต่ละชั้นไม่ได้ควบคุม (มักสูงกว่า 250°C) ท่อถูกติดตั้งโดยไม่ผ่านกระบวนการล้างกรด (pickling) หลังจากใช้งานมาแล้ว 8 เดือน ปรากฏรอยรั่วแบบรูเข็ม (pinhole leaks) ขึ้นอย่างแม่นยำตามบริเวณโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) ของรอยเชื่อม
การวิเคราะห์: การทดสอบตามมาตรฐาน ASTM G28 บนตัวอย่างรอยเชื่อมแสดงอัตราการกัดกร่อนเท่ากับ 8 มิลลิเมตรต่อปี (สูงกว่าขีดจำกัดที่กำหนดไว้ที่ 0.5 มิลลิเมตรต่อปีอย่างมาก) การวิเคราะห์โครงสร้างจุลภาค (metallography) พบเฟสเมียว (mu phase) ที่ขอบเกรนในโซน HAZ
การแก้ไข
-
รอยเชื่อมที่เหลือทั้งหมดถูกขัดออกทั้งหมดและเชื่อมใหม่โดยใช้ขั้นตอนการเชื่อมที่ผ่านการรับรอง (qualified WPS) โดยควบคุมความร้อนที่ป้อนเข้าที่ 0.9 กิโลจูลต่อมิลลิเมตร อุณหภูมิระหว่างการเชื่อมแต่ละชั้นไม่เกิน 120°C และใช้แก๊สป้องกันผสมอาร์กอนกับไนโตรเจน 2%
-
หลังการเชื่อม แต่ละบริเวณรอยเชื่อมจะผ่านกระบวนการล้างกรด (pickling) ด้วยเจลกรดไนตริก-ไฮโดรฟลูออริก
-
ตัวอย่างทดสอบชุดใหม่ผ่านการทดสอบ G28 ด้วยอัตราการกัดกร่อน 0.3 มิลลิเมตรต่อปี
ผลลัพธ์: หัวจ่ายที่ซ่อมแซมแล้วนี้ได้ดำเนินการผลิตมาแล้ว 4 ปี โดยไม่มีการรั่วซึมเพิ่มเติมอีก
การตรวจสอบและการทดสอบหลังการเชื่อม – ห้ามข้ามขั้นตอนนี้
สำหรับท่อ C‑276 ที่มีความสำคัญสูง จำเป็นต้องดำเนินการทดสอบต่อไปนี้หลังการเชื่อม:
| การทดสอบ | วัตถุประสงค์ | เมื่อใดควรกำหนด |
|---|---|---|
| การตรวจสอบด้วยตาเปล่าภายใต้เลนส์ขยาย 10 เท่า | ตรวจหาคราบสีจากการให้ความร้อน (heat tint), การเปลี่ยนสี, และรอยแตก | รอยเชื่อมร้อยละ 100 |
| การตรวจสอบด้วยสารซึมผ่าน (PT) ตามมาตรฐาน ASTM E165 | รอยร้าวบนผิว (รวมถึงการกัดกร่อนตามแนวเกรนแบบระหว่างเกรน หรือ IGC ด้วย หากมีความรุนแรง) | รอยเชื่อมร้อยละ 100 |
| ASTM G28 วิธีการ A – การทดสอบด้วยเฟอร์ริกซัลเฟต | ประเมินระดับความไวต่อการกัดกร่อนตามแนวเกรนแบบระหว่างเกรน (IGC) | สำหรับการรับรองขั้นตอนการเชื่อม (WPS) และรอยเชื่อมจากการผลิตแบบสุ่ม (เช่น หนึ่งรอยต่อทุกๆ 50 รอยเชื่อม) |
| การตรวจสอบโครงสร้างจุลภาค (หลังการกัดกร่อนด้วยสารเคมี) | ตรวจหาเฟสเมียว (mu phase) ที่ขอบเกรน | สำหรับการรับรองขั้นตอนการเชื่อม (WPS) และรอยเชื่อมที่น่าสงสัย |
| การวิเคราะห์องค์ประกอบโลหะด้วยเทคนิค PMI ที่ผิวส่วนยอดของรอยเชื่อม (โดยใช้ OES ไม่ใช่ XRF) | ยืนยันองค์ประกอบของลวดเชื่อม | สำหรับโลหะผสมที่มีความสำคัญสูง; เครื่องวิเคราะห์ OES สามารถตรวจจับคาร์บอนและกำมะถันได้ |
สรุป: รายการตรวจสอบการป้องกันสำหรับการเชื่อมท่อ C‑276
-
ขั้นตอนการเชื่อมได้รับการรับรองแล้ว โดยใช้พลังงานความร้อน 0.5–1.2 กิโลจูล/มิลลิเมตร อุณหภูมิระหว่างชั้นไม่เกิน 120°C
-
แก๊สป้องกัน: อาร์กอน + ไนโตรเจน 2% (ก๊าซสำหรับผิวราก: อาร์กอนบริสุทธิ์)
-
ลวดเชื่อมเติม: ERNiCrMo‑4 (หรือ ERNiCrMo‑10 สำหรับระยะปลอดภัยเพิ่มเติม)
-
อุณหภูมิระหว่างการเชื่อม ตรวจสอบด้วยเครื่องวัดอุณหภูมิด้วยแสง; ให้ชิ้นงานเย็นตัวลงตามธรรมชาติ หรือใช้อากาศบังคับ
-
การเชื่อมแต่ละรอบ จำกัดให้น้อยที่สุด (หลีกเลี่ยงการซ่อมแซมซ้ำหลายครั้ง)
-
การล้างผิวหลังการเชื่อม ด้วยเจลหรือสารละลายกรดไนตริก/กรดไฮโดรฟลูออริก (HNO₃/HF)
-
การทดสอบคุณสมบัติ ตามมาตรฐาน ASTM G28 – ผ่านเกณฑ์ ≤0.5 มม./ปี
-
การทดสอบการผลิต – การทดสอบ G28 แบบสุ่มบนตัวอย่างรอยเชื่อม
-
เอกสาร – เอกสารรายงานผลการวิเคราะห์องค์ประกอบโลหะ (MTR) ของลวดเชื่อม ขั้นตอนการเชื่อม (WPS) รายงานการรับรองขั้นตอนการเชื่อม (PQR) รายงานการทดสอบ G28 และบันทึกผลการตรวจสอบองค์ประกอบโลหะด้วยเครื่อง PMI
บทสรุปสุดท้าย
Hastelloy C‑276 เป็นหนึ่งในโลหะผสมนิกเกิลที่เชื่อมได้ง่ายที่สุด แต่ก็ไม่ได้ทนต่อการกัดกร่อนระหว่างเม็ดผลึก (intergranular corrosion) อย่างสมบูรณ์แบบหากเชื่อมอย่างไม่ระมัดระวัง ประเด็นสำคัญคือ ต้องเข้าใจว่าปรากฏการณ์การไวต่อการกัดกร่อน (sensitization) ของโลหะชนิดนี้เกิดจากการตกตะกอนของเฟสเมียว (mu phase) ที่อุดมด้วยโมลิบดีนัม ในช่วงอุณหภูมิ 600–1000°C — ไม่ใช่จากคาร์ไบด์ของโครเมียม ดังนั้น จึงจำเป็นต้องควบคุมปริมาณความร้อนที่ป้อนเข้าขณะเชื่อม ควบคุมอุณหภูมิระหว่างชั้นของการเชื่อม (interpass temperature) ใช้ก๊าซป้องกันที่เสริมไนโตรเจน และต้องทำการรับรองขั้นตอนการเชื่อม (WPS) ด้วยการทดสอบตามมาตรฐาน ASTM G28 เสมอ เมื่อปฏิบัติตามแนวทางเหล่านี้แล้ว รอยเชื่อมท่อของโลหะผสม C‑276 จะให้ประสิทธิภาพในการใช้งานที่ทนต่อกรดและคลอไรด์ได้นานหลายทศวรรษ ตามชื่อเสียงอันโด่งดังของโลหะผสมชนิดนี้
EN
AR
BG
HR
CS
DA
NL
FI
FR
DE
EL
HI
IT
JA
KO
NO
PL
PT
RO
RU
ES
SV
TL
VI
TH
TR
GA
CY
BE
IS