Reliable repair welding of degraded 316L process piping

Abstract

Stainless steels are widely used in industries like chemical, petrochemical, and oil due to their corrosion resistance, strength, and weldability, but they can degrade over time from harsh chemical and mechanical stresses. This thesis investigates the reliability of repair welding for degrading 316L austenitic stainless steel process components, particularly in industrial environments where material degradation over time poses challenges to maintenance operations. The objective was to identify welding-related failure mechanisms and define optimal repair welding practices to ensure high-quality, durable welds. The study focused on TIG (GTAW) welding using varying heat inputs and travel speeds to simulate realistic repair conditions.

Experimental welds were conducted on both aged and new 316L stainless steel pipes, and their quality was assessed through metallurgical analysis, non-destructive testing, and hardness measurements. The results showed that aged 316L can still be reliably welded if proper procedures and pre-weld inspections are followed. Heat input had a notable effect on weld geometry, penetration, and hardness, with the best outcomes achieved at a controlled heat input of around 1.2–1.3 kJ/mm.

The findings emphasize the importance of accessibility during repair welding, comprehensive failure analysis prior to repair, and suitable welding procedure. The thesis provides practical guidance for planning and executing reliable repair welds on 316L process components to ensure continued structural and operational performance in demanding environments.

Ruostumattomia teräksiä käytetään laajalti kemian-, petrokemian- ja öljyteollisuudessa niiden korroosionkestävyyden, lujuuden ja hitsattavuuden vuoksi, mutta ne voivat ajan mittaan heikentyä kovien kemiallisten ja mekaanisten rasitusten vaikutuksesta. Tässä tutkimuksessa tutkitaan 316 L-austeniittisen ruostumattoman teräksen prosessikomponenttien korjaushitsauksen luotettavuutta erityisesti teollisuusympäristöissä, joissa materiaalin heikentyminen ajan mittaan asettaa haasteita korjaustoimenpiteille. Tavoitteena oli tunnistaa korjaushitsaukseen liittyvät haasteet ja määritellä optimaaliset korjaushitsauskäytännöt laadukkaiden ja kestävien hitsien varmistamiseksi. Tutkimuksessa keskityttiin TIG-hitsaukseen (GTAW), jossa käytettiin vaihtelevia lämmöntuonteja ja hitsausnopeuksia realististen korjausolosuhteiden simuloimiseksi.

Koehitsaukset tehtiin sekä vanhentuneille että uusiin 316L-ruostumattomasta teräksestä valmistettuihin putkiin, ja niiden laatua arvioitiin metallurgisen analyysin, rikkomattoman testauksen ja kovuusmittausten avulla. Tulokset osoittivat, että käytetty 316L voidaan edelleen hitsata luotettavasti, jos noudatetaan asianmukaisia menettelyjä ja hitsausta edeltäviä tarkastuksia. Lämmöntuonnilla oli huomattava vaikutus hitsin geometriaan, tunkeutumiseen ja kovuuteen, ja parhaat tulokset saavutettiin, kun kontrolloitu lämmöntuonti oli noin 1.2–1.3 kJ/mm.

Tuloksissa korostetaan korjaushitsauksen esteettömyyttä, korjausta edeltävän kattavan vika-analyysin ja oikean hitsausmenetelmän käyttöä. Työ tarjoaa käytännön ohjeita 316 L-prosessikomponenttien luotettavien korjaushitsausten suunnitteluun ja toteuttamiseen, jotta voidaan varmistaa rakenteellinen ja toiminnallinen suorituskyky vaativissa ympäristöissä.