ترک ناشی از هیدروژن (HIC) چیست؟

ترک‌خوردگی ناشی از هیدروژن (HIC) یا تردی هیدروژنی، یک پدیده شیمیایی است که باعث شکستگی آلیاژهای فلزی به دلیل تجمع مولکول‌های هیدروژن در ساختار شبکه کریستالی می‌شود.

این مدل شکست مکانیکی منحصربه‌فرد معمولاً بر آلیاژهای کم و گریدهای فولادی با سختی بالا مانند تیتانیوم (Ti) تأثیر می‌گذارد. اغلب، اجزاء به دلیل ورود مولکول‌های هیدروژن اضافی به ساختار فلز در طی فرآیندهای شکل‌دهی یا تکمیل، حساسیت بیشتری به ترک‌خوردگی ناشی از هیدروژن ایجاد می‌کنند.

تصویر ترک ناشی از هیدروژن

با توجه به میزان خسارت وارده، HIC معمولاً، اما نه همیشه، باعث آسیب سطحی می شود. اگر HIC شکل پذیری را کاهش دهد، فلز به صورت پلکانی ترک های داخلی ایجاد می کند. این ترک ها در صورت انتشار در جوش خطرناک می شوند.

چگونه رخ می دهد؟

ترک ناشی از هیدروژن (HIC) در کربن یا فولاد کم آلیاژ زمانی رخ می دهد که هیدروژن اتمی در آن پخش شود و هیدروژن مولکولی را تشکیل دهد. آخال ها یا محل های تله ممکن است به تولید هیدروژن مولکولی کمک کنند.

در نتیجه، HIC ممکن است زمانی رخ دهد که استرس وجود نداشته باشد. ایجاد هیدروژن مولکولی باعث ایجاد فشار داخلی می شود و در نتیجه منجر به ترک می شود.

در نتیجه، HIC همچنین ممکن است به عنوان ترک ناشی از فشار هیدروژن (HPIC) نامیده شود. ناخالصی‌ها، آخال‌ها و ریزساختار (مثلاً باندینگ) که در اثر جداسازی ناخالصی و عناصر آلیاژی در فولاد ایجاد می‌شوند، همگی محل‌هایی هستند که باعث ایجاد HIC می‌شوند.

گنجاندن تأثیر قابل توجهی بر HIC دارد. در طول نورد فولاد، آخال ها کشیده شده و حفره ایجاد می کنند. این باعث افزایش حساسیت به HIC می شود.

چگونه از ترک خوردگی ناشی از هیدروژن (HIC) جلوگیری کنیم؟

جلوگیری از ترک خوردگی ناشی از هیدروژن با اجتناب از تماس بین فلز و هر منبع هیدروژن اتمی انجام می شود. مدیریت شرایط محیطی در خدمات بالقوه خورنده برای جلوگیری از تشکیل یون های هیدروژن بر روی سطح فلز ضروری است.

نظارت دقیق بر فرآیندهای اسیدپاشی و حفاظت کاتدی اطمینان حاصل می کند که هیدروژن در سطح قطعه نفوذ نمی کند.

شکست ترک خوردگی ناشی از هیدروژن یک لوله خط API 5L X60

ممکن است مقداری از جذب هیدروژن در حین عملیات جوشکاری، بسته به روش جوشکاری مورد استفاده، اجتناب ناپذیر باشد. برای محدود کردن جذب هیدروژن، باید از ایجاد ریزساختارهای بسیار سخت اجتناب شود. همچنین قبل از اینکه قطعه کار به دمای پایین بحرانی برسد، هیدروژن باید خارج شود. این نیاز به کنترل دقیق شرایط جوشکاری دارد.

در برخی فعالیت های فرآوری، جذب مقدار قابل توجهی هیدروژن ممکن است اجتناب ناپذیر باشد. در این مورد، اجتناب از نگرانی های تردی با رویکرد قرار گرفتن در معرض حرارت، که گاهی اوقات به عنوان “پخت” شناخته می شود، رخ می دهد. پخت اجازه می دهد تا هیدروژن قبل از قرار گرفتن در معرض دماهای پایین خارج شود.

برخی از انواع تجهیزات از فرآیندهای خاموش کردن و کنترل خنک کننده استفاده می کنند تا سطح هیدروژن را قادر می سازد به اعداد پایین مورد نیاز برسد.

راه دیگر برای جلوگیری از ترک خوردگی استفاده از موادی است که کمتر در معرض شکنندگی هیدروژنی هستند. برای موادی که در تنظیمات سولفید هیدروژن به SSC حساس نیستند، استاندارد ISO 15156 ، برای مثال، محدودیت های سختی را مشخص می کند.

تست تشخیص HIC

برای جلوگیری از خطر خوردگی هیدروژنی، اپراتورها باید به طور مرتب HIC را بررسی و آزمایش کنند.

روش معمول تست جوش که به عنوان بازرسی ذرات مغناطیسی فلورسنت مرطوب (WFMPI) شناخته می شود، ترک خوردگی H2S مرطوب را شناسایی می کند زیرا ترک های زیرسطحی در فولاد ناشی از HIC را تشخیص می دهد.

بازرسی مرطوب فلورسنت ناپیوستگی های بسیار کوچک را تشخیص می دهد زیرا از ذرات بسیار کوچکتر استفاده می کند. حامل مایع به این ذرات اجازه می دهد تا به راحتی به میدان های نشتی کوچک جریان پیدا کنند تا نشانه هایی را ایجاد کنند.

هنگامی که صحبت از شکستگی لوله و سایر قطعاتی می شود که با WFMPI کار نمی کنند، آزمایش التراسونیک آرایه فازی (PAUT) راحت ترین و قابل اعتمادترین روش غیر مخرب را ارائه می دهد.

تست التراسونیک آرایه فازی نوع پیچیده ای از تست اولتراسونیک را ارائه می دهد و برای طیف گسترده ای از فعالیت های بازرسی اعمال می شود. این فناوری با استفاده از روش‌های آزمایش غیرمخرب سنتی مانند رادیوگرافی و آزمایش دستی اولتراسونیک، عیوب پیچیده را پیدا می‌کند.

روش های تعمیر ترک ناشی از هیدروژن (HIC)

تسکین شکنندگی یا چرخه پخت هیدروژن یک روش محبوب برای کاهش هیدروژن در فلز است. این یک راه موثر برای خلاص شدن از شر هیدروژن قبل از آسیب رساندن به قطعه است.

پخت باید ظرف 1 تا 2 ساعت پس از وارد کردن هیدروژن به مواد انجام شود تا موثر باشد. پخت هیدروژن از قطعه در یک کوره صنعتی در دمای خاص، شکنندگی هیدروژن را کاهش می دهد. در بخش هوافضا، این روش ترجیحی برای کاهش تردی است.

اتصال دهنده ها یکی از رایج ترین اجزای هوافضا هستند که از شکنندگی هیدروژنی رنج می برند. اتصال دهنده های آبکاری هیدروژن را جذب می کنند و مواد را شکننده می کنند. تردی هیدروژنی همچنین می تواند