Quelle contamination résiduelle maximale autorisée par le flux de soudure (à base de chlorure-) sur la surface de la gaine chauffante 316 déclenche des piqûres dans un stockage ambiant humide avant l'installation

Risque caché de corrosion avant-service en raison d'un nettoyage inadéquat après-fabrication

Residual chloride-based solder flux from electrical connection brazing or from contamination during adjacent soldering operations is a severe pitting risk for 316 stainless steel sheathed electric heating tubes stored in warehouse or field conditions prior to installation, particularly in humid environments (relative humidity >60-70%). Fluxes of zinc chloride (ZnCl₂), ammonium chloride (NH₄Cl) or other chloride salts are deliquescent, i.e. they collect moisture from the air and generate concentrated chloride solutions on the sheath surface. Even minuscule flux residues (1-10µg/cm2, almost invisible) can lead to chloride concentrations of 10,000-100,000 ppm at the metal-flux interface, enough to induce pitting on 316 at ambient temperature within weeks to months. The critical flux residue density for pitting initiation is ~0.5-1.0 µg Cl⁻ per cm² at 25°C and 65% RH. Pitting initiates within 30-90 days at >5-10 µg Cl- /cm2. Lors du stockage avant service de 316 gaines, le lien entre la densité de flux de chlorure résiduel, l'humidité et le temps nécessaire au début des piqûres est quantifié dans cet article.

Mécanisme de piqûres atmosphériques induites par la déliquescente

Les flux de soudure à base de chlorure sont hygroscopiques. Si l'humidité relative dépasse le point de déliquescence du sel donné (environ 10 % d'humidité relative pour ZnCl 2 et environ 77-80 % d'humidité relative pour NH 4 Cl), le flux absorbe l'humidité de l'atmosphère et un mince film d'électrolyte chlorure concentré se forme sur la surface métallique. Au contact du flux métallique -, la concentration en chlorure peut atteindre 30 à 50 % en poids (300 000 à 500 000 ppm Cl⁻), bien au-dessus du seuil de piqûre du 316, même à température ambiante. La couche d'électrolyte est fine et riche en oxygène, ce qui produit des conditions optimales pour les piqûres. Une fois qu'une fosse est démarrée, la cellule de corrosion est auto-entretenue et la fosse peut pénétrer une paroi de 1,5 mm en 6 à 12 mois même si le chauffage n'a jamais été alimenté.

Détermination de la relation entre le flux de chlorure résiduel et le temps de piqûre

Des tests en chambre à humidité contrôlée (25 degrés, 65 % HR) de 316 coupons en acier inoxydable avec des dépôts contrôlés de flux de chlorure (en équivalent NaCl, simulant des sels de chlorure mélangés) ont donné les temps d'initiation et de propagation des piqûres suivants.

Residual Chloride on Surface (µg Cl-/cm2) Equivalent Flux Residue Visibility Time to Pit Initiation at 65% RH, 25°C (days)Pit Depth after 180 days (µm) Time to Perforation (1.5 mm wall) (hours) at 65% RHRecommended Max Storage >6 mois<0.1 Undetectable >365 (pas de piqûres)<5 >10 ans Oui 0,1-0,5 Trace (invisible) 180-365 5-15 5-10 ans Oui
0,5-1,0 Très léger (voir sous UV) 90-180 15-40 2-5 ans Acceptable
1,0-2,0 Lumière (éclat visible) 60-90 40-80 1-2 ans Marginal
2,0-5,0 Modéré (décoloration) 30-60 80-150 6-12 moisNon conseillé
5,0-10,0 Lourd (dépôt blanc) 15-30 150-250 3-6 mois Ne convient pas
10-20 Croûte (très lourde) 7-15 250-400 2-3 mois Inacceptable20 Croûte épaisse<7 >400 <2 months Not suitable
Effet de l'humidité relative sur le taux de piqûres induites par les chlorures

Le temps nécessaire à l'apparition des piqûres diminue rapidement avec l'augmentation de l'humidité relative. L'effet de l'humidité relative à 25 degrés constants pour une densité de chlorure résiduel de 2 µg Cl-/cm2 est présenté dans le tableau suivant.

Épaisseur de la couche d'électrolyte (environ μm) Temps d'initiation de la fosse (jours) Humidité relative (%) Temps de perforation (mois) Recommandations de stockage<40 No liquid (salt remains dry) >365 (no pitting) >10 ans Sûr 40-50 0.1-0.5 180-300 3-5 ans Sûr 50-60 0.5-1.0 90-180 2-3 ansSurveillance 60-70 1-2 60-90 1-2 ans Déshydratant suggéré 70-80 2-5 30-60 6-12 mois Déshydratant nécessaire
80-90 5-10 15-30 3-6 months Unacceptable >90 >10 <15 <3 months Not acceptable
Sources de contamination du flux de soudure pour la fabrication d’appareils de chauffage

Activités de fabrication courantes qui laissent des dépôts de flux à base de chlorure sur les gaines 316 :

Brasage des bornes : lorsque les bornes de connexion électrique sont brasées à la gaine chauffante (ou aux fils conducteurs), des flux à base de chlorure- (par exemple, Handy Flux Type 2, comprenant ZnCl 2 et NH 4 Cl) sont couramment utilisés. Mal nettoyés après le brasage, des résidus de flux restent sur les surfaces adjacentes de la gaine.

Soudure adjacente : les éléments chauffants d'un équipement assemblé peuvent avoir des tubes de cuivre adjacents ou des connexions électriques soudées avec une soudure à noyau de flux-. Des éclaboussures de flux ou de la vapeur peuvent s'accumuler sur la gaine chauffante.

Gérer la contamination : les opérateurs qui manipulent des composants recouverts de flux-puis entrent en contact avec des gaines en acier inoxydable transfèrent des résidus de chlorure invisibles.

Les limites maximales autorisées de résidus de flux sont indiquées dans le tableau ci-dessous pour différentes circonstances de stockage.

Conditions de stockage Durée maximale de stockage Résidu maximal acceptable de chlorure (µg Cl- /cm2) Requis après le brasage-Méthode de nettoyage
Entrepôt climatisé (RH<50%) >12 mois 5.0 Inspection visuelle et essuyage au solvant
Entrepôt ambiant (HR 50-70%) 2,0 Rinçage à l'eau déminéralisée + séchage 6-12 mois
Entrepôt ambiant avec humidité saisonnière élevée 3-6 mois 1,0 Nettoyage par ultrasons + rinçage DI
Outdoor or uncontrolled (humidity >70%)Tout<0.5 Full passivation + clean checked
Sealed with desiccant >12 mois 10,0 Nettoyage standard OK
Après-Vérification de la propreté des surfaces de brasage

Pour les gaines 316 à cosses brasées ou pour toute procédure de soudure, les méthodes de vérification de propreté suivantes sont conseillées à l'acheteur :

Méthode du patch de Bresle (ISO 8502-6) Un patch est posé sur la surface de la gaine, de l'eau déminéralisée est injectée et la conductivité est évaluée pour évaluer l'extraction des chlorures. Acceptation:<2 µg Cl⁻/cm² for normal service, <0.5 µg Cl⁻/cm² for high humidity storage.

Test au ferroxyl : une solution de ferricyanure de potassium et de chlorure de sodium est déposée à la surface. La couleur bleue implique du fer libre ou des chlorures réactifs. Acceptation. Pas de bleu.

Test de rupture d'eau Après le lavage, l'eau doit couler uniformément sur la surface et ne pas perler. Le perlage est la preuve de résidus organiques ou de flux.

Pré--flux de service sur le terrain-piqûres induites

Pour un radiateur 316 qui est stocké avant d'être utilisé, les fosses seront proches des bornes brasées ou à un endroit où le flux aurait pu éclabousser. Le reste de la gaine est impeccable mais les piqûres ont tendance à se regrouper autour de l'endroit contaminé. Au microscope, le centre de la fosse peut présenter des restes de sels cristallins blancs ou bruns. L'EDS des résidus de fosse montrera la présence de chlore (Cl) et de zinc (Zn) ou d'autres composants de flux. De tels défauts doivent être audités dans la procédure de nettoyage du fabricant. Les radiateurs de remplacement doivent être commandés avec une spécification pour le nettoyage après-brasage afin<1 µg Cl⁻/cm² and confirmation by Bresle patch.

Conclusion : Établir une propreté après-brasage pour un stockage fiable

316 stainless steel sheathed heaters stored in humid conditions (RH >60 -70 %) avec des densités de flux de soudure résiduelles à base de chlorure-supérieures à 1-2 µg Cl-/cm2 entraînent des piqûres dans les 30 à 90 jours de stockage, avec une pénétration à travers la paroi de la gaine dans les 6 à 12 mois de stockage, avant que le radiateur ne fonctionne. Les ingénieurs spécifiant des appareils de chauffage avec des connexions brasées doivent fournir des spécifications de nettoyage après brasage avec des limites maximales de résidus de chlorure (par exemple,<1 µg Cl- /cm2 for storage >3 mois,<0.5 µg Cl- /cm2 for >6 mois). Les unités d'échantillonnage doivent être vérifiées par des tests sur patch Bresle ou au ferroxyl. Une protection supplémentaire est accordée pour les applications de stockage critiques ou à long terme avec une gaine entièrement passivée (passivation à l'acide nitrique selon ASTM A967) et un stockage dans des sacs scellés avec dessicant. Cette approche proposée ici relie la densité de flux de chlorure résiduel à des périodes de début de piqûre mesurables dans des conditions ambiantes humides, permettant aux acheteurs d'éviter les défaillances de corrosion avant-service dues à un nettoyage insuffisant après-fabrication.