Gorący drut GTAW do okładzin ze stopu niklu: kontrola szybkości osadzania i rozcieńczania

Wstęp

Napoina ze stopu niklu chroni granicę ciśnień elementów ze stali węglowej i niskostopowej- przed korozją, bez konieczności ponoszenia kosztów budowy całej części z litej płyty Inconel lub Hastelloy. Nakładka działa tylko wtedy, gdy zachodzą dwie rzeczy na raz: osadzanie musi przebiegać wystarczająco szybko, aby było ekonomiczne, i musi pozostawać chemicznie wystarczająco blisko metalu wypełniającego - a nie stali podstawowej -, aby zapewnić odporność na korozję wymaganą w projekcie. Te dwa cele zazwyczaj walczą ze sobą. Spawanie łukiem wolframowym z gorącym drutem (GTAW-HW) to proces opracowany specjalnie po to, aby zakończyć tę walkę.

W tym artykule porównano GTAW z gorącym drutem z innymi procesami stosowanymi do napawania stopem niklu - na zimno-drutu GTAW, GMAW, taśmy łukiem krytym (pasek SAW-), łuku plazmowego (PTA) i gorącego drutu laserowego - pod kątem szybkości osadzania i rozcieńczania, a także przedstawiono parametry procesu, standardy i kontrolę defektów, które regulują kwalifikowaną procedurę nakładania metodą GTAW-HW.

Co to jest drut GTAW z gorącym drutem i dlaczego ma to znaczenie w przypadku okładzin ze stopu niklu?

Gorący drut metodą GTAW dodaje drugie źródło zasilania, które oporowo podgrzewa drut elektrodowy do temperatury bliskiej jego temperatury topnienia, zanim dotrze on do łuku, dzięki czemu łuk wolframowy nie musi już dostarczać całej energii potrzebnej do stopienia wypełniacza. To oddzielenie „podgrzewania drutu” od „podgrzewania metalu nieszlachetnego” pozwala GTAW-HW zwiększyć szybkość osadzania bez zwiększania rozcieńczenia.

W konwencjonalnym-drucie zimnym łuk wolframowy spełnia jednocześnie dwa zadania: topi metal nieszlachetny, tworząc jeziorko spawalnicze, oraz topi drut dodatkowy wprowadzony do jeziorka. Ponieważ oba czerpią z tej samej energii łuku, przepychanie większej ilości wypełniacza przez łuk w celu zwiększenia szybkości osadzania zwiększa również energię łuku i zachowanie ruchu potrzebne do jego stopienia -, co zwiększa topienie metalu nieszlachetnego, a tym samym rozcieńczanie.

Gorący drut GTAW przerywa to połączenie. Oddzielny, izolowany elektrycznie zasilacz przepuszcza prąd przez drut elektrodowy pomiędzy końcówką stykową a jeziorkiem spawalniczym, podgrzewając go oporowo do temperatury bliskiej-topnienia, zanim osiągnie łuk. Zadanie łuku wolframowego ogranicza się do wykańczania stopu i kontrolowania penetracji metalu nieszlachetnego, podczas gdy obwód wstępnego podgrzewania drutu -, a nie łuk - dostarcza większość energii potrzebnej do stopienia wypełniacza.

Szybkość stapiania zależy głównie od prędkości podawania drutu i prądu podgrzewania, w dużej mierze niezależnego od prądu łuku.

Penetracja metalu nieszlachetnego (a tym samym rozcieńczenie) zależy głównie od prądu łuku i prędkości przesuwu, w dużej mierze niezależnej od szybkości osadzania.

Te dwie zmienne można dostrajać oddzielnie, co jest głównym powodem, dla którego GTAW-HW osiąga wyższą produktywność bez poświęcania kontroli rozcieńczania.

W jaki sposób metoda GTAW z gorącym drutem zwiększa szybkość osadzania w porównaniu z konwencjonalnym-drutem metodą GTAW na zimno?

Wstępne podgrzanie drutu umożliwia jego wtopienie się w jeziorko od razu po jego przybyciu, zamiast pobierać energię topnienia z łuku, dlatego udokumentowane szybkości osadzania metodą GTAW-HW są w przybliżeniu dwa do trzech razy wyższe niż metodą GTAW zimnego-drutu przy szybkości stapiania około 1–12 funtów na godzinę, bez zwiększania energii łuku ani rozcieńczania.

W przypadku zimnego-drutu GTAW drut wchodzi do basenu o temperaturze pokojowej, a łuk musi dostarczyć całe ciepło utajone i ciepło jawne, aby go stopić. - jest to ograniczenie liczby drutu, jaką można dodać w jednostce czasu, zanim proces zacznie się zacinać, rozpryskiwać lub kuleć na końcówce drutu. Wstępne podgrzewanie drutu oporowo usuwa większość długu cieplnego przed dotarciem drutu, dzięki czemu można utrzymać wyższą prędkość podawania drutu przy tych samych ustawieniach łuku.

Źródła branżowe podają, że szybkość stapiania metodą GTAW-HW waha się w przybliżeniu od 1 do 12 funtów/godz. w zależności od średnicy drutu, prądu podgrzewania wstępnego oraz geometrii złącza lub nakładki, przy czym powszechnie podaje się wzrost produktywności przy dwu- do trzykrotnym w porównaniu z porównywalną konfiguracją GTAW z zimnym-drutem przy tej samej jakości spoiny. Z tego też powodu GTAW-HW jest często pozycjonowane jako środek pomiędzy niskim-osadzaniem metodą GTAW na zimno-drutem GTAW/orbitalnym GTAW a procesami o wyższym-osadzaniu, ale z większym-rozcieńczaniem, takimi jak GMAW i SAW-paskowe.

Źródła: The Fabricator, „Czy gorący-wire GTAW mógłby wejść do głównego nurtu?”; Dopasuj-spawanie, „-wysokowydajne systemy okładzinowe metodą TIG metodą TIG z gorącym drutem”.

W jaki sposób metoda GTAW metodą gorącego drutu kontroluje rozcieńczanie lepiej niż inne procesy napawania?

Gorący drut GTAW utrzymuje rozcieńczenie w przybliżeniu w zakresie 3-8% w praktyce produkcyjnej, który znajduje się poniżej taśmy GMAW i SAW- (zwykle 15-30%) i jest konkurencyjny w stosunku do -, chociaż zwykle jest wyższy niż - napawania gorącym drutem laserowym (około 5-10%), co czyni GTAW-HW najsilniejszą opcją spawania łukowego przy rozcieńczaniu jednowarstwowym poniżej Wymagany jest limit żelaza na powierzchni wynoszący 5,0%.

Rozcieńczenie to część gotowego osadu spawalniczego, która pochodzi ze stopionego metalu nieszlachetnego, a nie metalu wypełniającego. W przypadku nakładki ze stopu niklu na-stali węglowej lub niskostopowej rozcieńczenie ma znaczenie, ponieważ żelazo zebrane z metalu nieszlachetnego zmniejsza odporność na korozję. Nakładka zapewnia - większość specyfikacji nakładki ze stopu niklu, zawartość żelaza na powierzchni pokrywy na poziomie 5,0% wag. właśnie z tego powodu, a ogólne rozcieńczenie-procesu łukowego może znacznie przekroczyć zdolność wchłonięcia pojedynczej warstwy i nadal spełniać tę granicę.

Ponieważ łuk GTAW ma najniższą-energię i jest najbardziej kontrolowany przestrzennie z głównych procesów napawania łukiem, zawsze wytwarzał najniższe rozcieńczenie rodziny łuków. - kompromisem-w przeszłości była jego niska szybkość osadzania. GTAW-HW utrzymuje ten niski-charakter rozcieńczenia, jednocześnie zamykając znaczną część luki w szybkości osadzania-, która jest podstawą jego wyboru wszędzie tam, gdzie obie zmienne są ograniczone.

Źródła: Lincoln Electric, „Laserowe napawanie gorącym drutem”; Welding Fabrication World, „Napawane/okładziny - typy, procesy i wymagania ASME”; ScienceDirect, „Spawanie okładzin Hastelloy C276 przy użyciu procesu podawania zimnego drutu GTAW”. Zakresy są reprezentatywne dla opublikowanych danych terenowych i laboratoryjnych; zakwalifikować wszystkie wartości poprzez badanie kwalifikacyjne procedury zgodnie z obowiązującym kodem.

Jakie parametry procesu faktycznie kontrolują szybkość osadzania/bilans rozcieńczenia?

Prawie całą pracę wykonują cztery parametry: prąd łuku określa penetrację i rozcieńczanie, prędkość podawania drutu i prąd podgrzewania wstępnego ustawiają szybkość stapiania w dużej mierze niezależną od łuku, a prędkość przesuwu określa nakładanie się ściegów i pokrycie warstw. - kwalifikowana procedura GTAW-HW dostraja wszystkie cztery razem, zamiast traktować którykolwiek z nich jako całość.

Prąd łuku

Prąd łuku jest głównym czynnikiem powodującym topienie metali nieszlachetnych. Wyższy prąd łuku rozszerza i pogłębia jeziorko spawalnicze, wciągając więcej metalu nieszlachetnego i zwiększając rozcieńczenie - udokumentowanego ściegu-na-płycie nakładki z gorącego-drutu Inconel 625 metodą GTAW na stali 2,25Cr-1Mo. Wykazano, że rozcieńczenie, szerokość ściegu i wielkość strefy wpływu ciepła wzrastały wraz ze wzrostem prądu spawania ze 125 A do 200 A. Łuk dlatego prąd jest utrzymywany na tak niskim poziomie, jak łuk może stabilnie utrzymać, jednocześnie osiągając stopienie.

Prędkość podawania drutu i prąd podgrzewania wstępnego

Prędkość podawania drutu określa, ile spoiwa wchodzi do jeziorka w jednostce czasu; prąd podgrzewania wstępnego określa, jak blisko jest stopienia drutu w chwili jego dotarcia. Połączenie obu zwiększa szybkość osadzania, a jedynie ma wtórny wpływ na bilans energetyczny łuku. - Jest to mechanizm, który pozwala GTAW-HW dodawać wypełniacz szybciej, bez odprowadzania większej ilości ciepła z łuku do metalu nieszlachetnego.

Prędkość jazdy i nakładanie się stopki

Prędkość jazdy kontroluje, jaka część basenu stwardnieje przed następnym przejściem, co określa nakładanie się ściegów i pokrycie. Wolniejszy przesuw zwiększa dopływ ciepła na jednostkę długości i może zwiększyć rozcieńczenie nawet przy stałym prądzie, więc prędkość przesuwu ustala się łącznie z prądem, a nie reguluje się niezależnie na hali produkcyjnej.

Temperatura podgrzewania/międzyściegowa i liczba warstw

Ponieważ trudno jest zagwarantować rozcieńczenie pojedynczej-warstwy poniżej około 5% na linii stapiania, niezależnie od procesu, większość specyfikacji wymaga nałożenia co najmniej dwóch-warstw, przy czym pierwsza warstwa jest traktowana jako bufor, a skład chemiczny jest kwalifikowany na głębokości próbkowania mierzonej od linii stapiania - zwykle 3 mm przy minimalnej grubości nakładki 3 mm. Kontrola temperatury między przejściami ogranicza również akumulację ciepła w przejściach, co pomaga utrzymać spójne rozcieńczenie od przejścia korzenia przez warstwę wierzchnią.

Jakie prądy spawania powodują akceptowalne rozcieńczenie okładziny Inconel 625 na stali?

Opublikowane badania-na-płycie Inconel 625 napawanego gorącym-drutem GTAW na stali 2,25Cr-1Mo wykazują rozcieńczenie i twardość rosnące wraz z prądem łuku w zakresie 125–200 A, zatem większość procedur produkcyjnych napawania Inconel 625 na stali niskostopowej mieści się w dolnej połowie tego zakresu i opiera się na drugiej warstwie, aby zapewnić chemię powierzchni resztę drogi do nominalnego składu Inconel 625.

To samo badanie wykazało, że najwyższa twardość metalu spoiny wystąpiła przy 150 A spośród czterech testowanych prądów (125, 150, 175 i 200 A), przy dendrytycznej mikrostrukturze austenitycznej w całym zakresie i rozcieńczeniu, szerokości ściegu i-wymiarze strefy wpływu ciepła – wszystkie te tendencje rosną wraz ze wzrostem prądu. Praktyczny wniosek z opracowania procedury jest taki, że prąd nie jest dowolną zmienną samej produktywności - każdy wzrost należy sprawdzić pod kątem odpowiednich dla korozji-ograniczeń składu chemicznego i twardości w obowiązującej specyfikacji, a nie tylko pod kątem penetracji i wyglądu.

W przypadku kwaśnych-komponentów eksploatacyjnych twardość jest sztywną granicą, a nie tylko wskaźnikiem jakości: nakładka zgodna z normą NACE MR0175/ISO 15156-jest zwykle ograniczona do 248 HV10 w przypadku stali węglowej/niskostopowej HAZ i 345 HV10 w samej naparze Inconel 625, mierzonej za pomocą testów Vickersa w wielu miejscach na warstwę.

Które kodeksy i normy regulują kwalifikację i akceptację okładzin metodą GTAW z drutu gorącego?

Procedura nakładania powłoki stopem niklu-HW metodą GTAW jest kwalifikowana przede wszystkim zgodnie z sekcją IX ASME (podstawowe zmienne i badania mechaniczne/chemiczne), stosowaną w ramach ASME sekcja VIII dział 1 załącznik F dla platerowanych zbiorników ciśnieniowych oraz - dla pól naftowych i-sprzętu do obsługi kwaśnych- z warstwami zgodnymi z wymaganiami API 582, API 6A i NACE MR0175/ISO 15156 dotyczącymi klasy rozcieńczenia żelaza i twardość.

Źródła: Material Spawanie, „Wymagania badań kwalifikacyjnych procedury spawalniczej dla kwalifikacji napoiny”; API 6A (w podsumowaniu Valvestandard.com); Rurociągi-Świat, „Inconel 625 napawane rurociągi”; Świat produkcji spawalniczej, „Nakładka/okładzina spawana”.

Skład gotowej nakładki sprawdza się w oparciu o specyfikację projektową lub przywołaną normę dotyczącą metalu wypełniającego. - Sekcja IX ASME sama w sobie nie określa minimalnej zawartości stopu. Próbki do analizy chemicznej pobierane są w określonej odległości od linii wtopienia, odpowiadającej minimalnej kwalifikowanej grubości nakładki, a zawartość żelaza powyżej określonego limitu jest przyczyną odrzucenia procedury lub spoiny produkcyjnej.

Jakie są najczęstsze wady napawania metodą GTAW z drutu gorącego i jak im zapobiegać?

Wady, które mają największe znaczenie w przypadku powłok ze stopu niklu GTAW-HW, to pękanie pod-platerowaniem, brak przetopienia na czubku lub grani, utlenione/niestopione wtrącenia drutu powstałe w wyniku niewłaściwego podgrzewania wstępnego oraz--rozcieńczenie zgodnie ze specyfikacją na linii wtopienia-. Wszystkie cztery są kontrolowane głównie poprzez kwalifikację parametrów i dyscyplinę międzyściegową, a nie-naprawę po spoinie.

Pękanie-pod platerem: spowodowane wodorem i naprężeniami szczątkowymi w SWC; kontrolowane przy zastosowaniu właściwej temperatury wstępnego podgrzewania/międzyściegowej, niskiej-praktyki stosowania wodoru i, tam gdzie to określone, PWHT.

Brak przetopu na stopce stopki lub pomiędzy przejściami: spowodowany nadmierną prędkością przesuwu lub niewystarczającą energią łuku na linii wtopienia; kontrolowane na podstawie prędkości przesuwu i kąta palnika oraz kontroli wizualnej/PT pomiędzy warstwami.

Utlenianie drutu lub niestopione wtrącenia drutu: spowodowane wstępnym nagrzaniem drutu zbyt daleko przed jeziorkiem lub utratą gazu osłonowego wokół punktu styku-gorącego drutu; kontrolowane przez dostrajanie prądu podgrzewania wstępnego i weryfikację pokrycia gazem osłonowym.

Nadmierne rozcieńczenie/pobieranie żelaza na powierzchni: spowodowane nadmiernym prądem łuku, wolnym przesuwem lub warstwą o zbyt-grubości; kontrolowane przez co najmniej dwie-nakładki, bieżącą kwalifikację i pobieranie próbek składu chemicznego na kwalifikowanej głębokości.

Mikro-pęknięcia i niepożądane wytrącanie się węglików: sprawdzane poprzez mikrobadanie próbki kwalifikacyjnej; kontrolowane poprzez kontrolę dopływu ciepła oraz, w przypadku wypełniaczy stabilizowanych lub o niskiej- zawartości węgla, poprzez dopasowanie składu chemicznego wypełniacza do temperatury roboczej.

Gdzie najlepiej sprawdza się metoda GTAW z drutu gorącego w strategii wyboru okładzin ze stopu niklu?

Metoda GTAW z gorącym drutem jest właściwym rozwiązaniem w przypadku połączeń rur-z{{1}blachami rurowymi, otworów dysz, korpusów zaworów i innych komponentów o ograniczeniach geometrycznych lub komponentów o- wysokiej wartości, gdzie liczy się rozcieńczenie poniżej 5% i zmechanizowane, powtarzalne pokrycie. - duże płaskie lub zakrzywione obszary, takie jak skorupy i głowice zbiorników, są nadal lepiej obsługiwane przez piłę taśmową-, a proste naprawy w terenie za pomocą SMAW.

Wybór procesu nakładania stopu niklu to wybór pomiędzy obszarem, dostępem, wymaganiami dotyczącymi rozcieńczania i kosztami. SAW-paskowe i pulsacyjne GMAW pokrywają najszybciej duże obszary, ale nie mogą w sposób niezawodny utrzymać rozcieńczenia poniżej około 10-15% w pojedynczej warstwie, dlatego są zarezerwowane do zastosowań, w których zaplanowano już dwie lub więcej warstw lub gdzie limit rozcieńczenia jest mniej rygorystyczny. SMAW pozostaje jedynym praktycznym wyborem do napraw w terenie i niewygodnego dostępu, gdzie mechanizacja nie jest możliwa. GTAW-HW zajmuje przestrzeń, w której geometria jest wystarczająco ograniczona, aby nagradzać precyzję - otworów rurowych, szyjek dysz, małych korpusów zaworów -, ale obszar jest zbyt duży lub ekonomika zbyt ciasna dla samego GTAW z zimnym drutem.

Laserowe napawanie gorącym drutem powoduje dalsze rozcieńczanie i osadzanie w tym samym kierunku co GTAW-HW i warto je ocenić w przypadku komponentów o bardzo wysokiej-wartości, gdzie uzasadniony jest koszt inwestycyjny sprzętu laserowego. W przypadku większości ciśnieniowych-nakładek ze stopu niklu na rurach, kształtkach, kołnierzach i odkuwkach, GTAW-HW pozostaje procesem, który najlepiej równoważy znajomość kwalifikacji, koszt sprzętu i kontrolę rozcieńczania wymaganą w przypadku usług korozyjnych.

Często zadawane pytania

P: Jaki poziom rozcieńczenia jest dopuszczalny w przypadku napawania Inconel 625 na stali węglowej?

Odp.: Większość specyfikacji napawania stopu niklu ogranicza zawartość żelaza na powierzchni do maksymalnie 5,0% wag., co zazwyczaj wymaga nałożenia co najmniej dwóch-warstw, ponieważ rozcieńczenie pojedynczej-warstwy na linii wtopienia jest trudne do obniżenia poniżej około 5% w jakimkolwiek procesie łukowym, w tym metodą GTAW z gorącym drutem.

P: O ile szybszy jest proces GTAW z gorącym drutem w porównaniu z konwencjonalnym-zimnym drutem GTAW?

Odp.: Opublikowane szybkości stapiania dla GTAW-HW są w przybliżeniu dwa do trzech razy wyższe niż GTAW-zimnym drutem przy porównywalnej jakości spoiny, przy GTAW-HW w zakresie od około 1 do 12 funtów/godz. w zależności od średnicy drutu i prądu podgrzewania wstępnego.

P: Czy metoda GTAW z gorącym drutem eliminuje potrzebę stosowania wielu warstw nakładek?

O: Nie. Nawet przy niższym rozcieńczeniu GTAW-HW większość specyfikacji nadal wymaga nałożenia co najmniej dwóch-warstw, ponieważ pierwsza warstwa działa jak bufor rozcieńczający pomiędzy metalem nieszlachetnym a warstwą powierzchniową-krytyczną pod względem korozji.

P: Który przepis reguluje limity twardości powłoki ze stopu-kwasnego niklu?

Odp.: Norma NACE MR0175/ISO 15156 reguluje akceptację twardości w środowisku kwaśnym, z limitami powszechnie stosowanymi na poziomie 248 HV10 dla stali węglowej/niskostopowej-HAZ i 345 HV10 dla powłoki Inconel 625, co zostało potwierdzone testami Vickersa.

P: Kiedy należy zastosować-taśmę SAW lub GMAW zamiast GTAW z gorącym drutem?

Odp.: SAW-paskowe i pulsacyjne GMAW lepiej nadają się do dużych, otwartych obszarów, takich jak skorupy naczyń i głowice, gdzie akceptowalne jest większe rozcieńczenie na warstwę i zaplanowano już wiele warstw; Metoda GTAW z gorącym drutem jest preferowana tam, gdzie geometria jest ograniczona lub kontrola rozcieńczenia pojedynczej-warstwy ma kluczowe znaczenie.