Hot Wire GTAW pre obklady z niklovej zliatiny: Depozičná rýchlosť a kontrola riedenia

Úvod

Zvarová vrstva z niklovej zliatiny chráni tlakovú hranicu uhlíkových a-zliatinových oceľových komponentov pred koróziou bez nákladov na stavbu celej časti z masívneho plechu Inconel alebo Hastelloy. Prekrytie funguje iba vtedy, ak sa dejú dve veci naraz: nános musí klesať dostatočne rýchlo, aby bol ekonomický, a musí zostať chemicky dostatočne blízko k prídavnému kovu -, nie k základnej oceli -, aby sa zabezpečila odolnosť proti korózii, ktorú dizajn vyžaduje. Tieto dva góly medzi sebou normálne bojujú. Zváranie horúcim drôtom plynovým volfrámovým oblúkom (GTAW-HW) je proces vytvorený špeciálne na zastavenie tohto boja.

Tento článok porovnáva horúci drôt GTAW s inými procesmi používanými na pokovovanie niklovou zliatinou - studený-drôt GTAW, GMAW, pásik s ponoreným oblúkom (SAW{2}}pásik), plazmový oblúk (PTA) a horúci drôt laserom - o rýchlosti nanášania a riedení, a uvádza parametre procesu, štandardy a kvalifikované postupy GTAW, ktoré sa riadia {THW4 a kvalifikovanými postupmi GTAW{}.

Čo je Hot Wire GTAW a prečo je dôležité pre opláštenie z niklovej zliatiny?

Hot wire GTAW pridáva druhý zdroj energie, ktorý odporovo predhrieva výplňový drôt takmer na jeho bod topenia predtým, ako dosiahne oblúk, takže volfrámový oblúk už nemusí dodávať všetku energiu potrebnú na roztavenie výplne. Toto oddelenie „ohrievania drôtu“ od „ohrievania základného kovu“ umožňuje GTAW-HW zvýšiť rýchlosť vylučovania bez zvýšenia riedenia.

V konvenčnom studenom-drôte GTAW vykonáva volfrámový oblúk dve úlohy súčasne: roztaví základný kov na vytvorenie zvarového kúpeľa a roztaví plniaci drôt privádzaný do tohto kúpeľa. Pretože oba čerpajú z rovnakej energie oblúka, tlačenie väčšieho množstva plniva cez oblúk, aby sa zvýšila rýchlosť nanášania, tiež zvyšuje energiu oblúka a pohybové správanie potrebné na jeho roztavenie -, čo zvyšuje tavenie základného kovu a tým aj riedenie.

Horúci drôt GTAW preruší túto spojku. Samostatný, elektricky izolovaný napájací zdroj prechádza prúdom cez plniaci drôt medzi kontaktným hrotom a zvarovým kúpeľom, čím ho odporovo ohrieva na teplotu blízku -teplote topenia predtým, než vôbec dosiahne oblúk. Úloha volfrámového oblúka sa zmenšuje na dokončenie taveniny a riadenie prieniku do základného kovu, zatiaľ čo obvod predhrievania drôtu - nie oblúk - dodáva väčšinu energie potrebnej na roztavenie výplne.

Rýchlosť odtavovania je určená hlavne rýchlosťou podávania drôtu a predhrievacím prúdom, do značnej miery nezávisle od prúdu oblúka.

Penetrácia základného kovu (a teda riedenie) je určená hlavne prúdom oblúka a rýchlosťou pohybu, do značnej miery nezávislými od rýchlosti nanášania.

Tieto dve premenné je možné ladiť samostatne - hlavný dôvod, prečo GTAW-HW dosahuje vyššiu produktivitu bez obetovania kontroly riedenia.

Ako Hot Wire GTAW zvyšuje rýchlosť depozície v porovnaní s konvenčným studeným-Wire GTAW?

Predhriatie drôtu umožňuje jeho roztavenie v bazéne v momente jeho príchodu namiesto čerpania taviacej energie z oblúka, čo je dôvod, prečo zdokumentované rýchlosti nanášania GTAW-HW sú zhruba dvakrát až trikrát vyššie ako GTAW studeného{1}}drôtu pri rýchlosti odvádzania približne 1 – 12 lb/h bez zvýšenia energie oblúka alebo riedenia.

V studenom-drôte GTAW vstupuje drôt do bazéna pri izbovej teplote a oblúk musí dodávať plné latentné teplo a citeľné teplo, aby sa roztavil -, čo je limit, koľko drôtu možno pridať za jednotku času, kým proces začne trieť, prskať alebo guľovať na hrote drôtu. Predhrievanie drôtu odporovo odstráni väčšinu tohto tepelného dlhu pred príchodom drôtu, takže pri rovnakých nastaveniach oblúka možno udržať vyššiu rýchlosť podávania drôtu.

Priemyselné zdroje uvádzajú rýchlosti nanášania GTAW-HW v rozsahu približne 1 až 12 lb/h v závislosti od priemeru drôtu, prúdu predhrievania a geometrie spoja alebo prekrytia, pričom zvýšenie produktivity sa bežne uvádza pri dvoj- až trojnásobku porovnateľného nastavenia GTAW studeného-drôtu pri rovnakej kvalite zvaru. To je tiež dôvod, prečo je GTAW-HW často umiestnený ako stredná cesta medzi nízkym-depozičným studeným-drôtovým GTAW/orbitálnym GTAW a procesmi s vyšším-depozíciou, ale vyšším-riedením, ako sú GMAW a SAW{10}}pás.

Zdroje: The Fabricator, "Mohol by sa GTAW horúci-drôt dostať do hlavného prúdu?"; Fit-Weld, „High Performance Hot Wire GTAW TIG Clading Systems“-.

Ako Hot Wire GTAW riadi riedenie lepšie ako iné procesy opláštenia?

Hot wire GTAW má vo výrobnej praxi zriedenie približne v rozsahu 3-8 %, čo je menej ako GMAW a SAW-pás (zvyčajne 15-30 %) a je konkurencieschopný s -, aj keď zvyčajne vyšší ako - laserový horúci drôtový plášť (približne 5{8}}najsilnejší variant GTAW pri jednovrstvovom zváraní, čím je zváranie 10 %) je potrebné riedenie pod 5,0 % limitu povrchového železa.

Zriedenie je časť hotového návaru, ktorý pochádza skôr z roztaveného základného kovu než z prídavného kovu. Pre povlak z niklovej zliatiny na uhlíkovej alebo nízkolegovanej oceli -záleží na zriedení, pretože železo zachytené zo základného kovu znižuje odolnosť proti korózii, ktorú má povlak poskytnúť - väčšina špecifikácií povlaku z niklovej zliatiny obmedzuje obsah železa na povrchu 5,0 % hmotn. presne z tohto dôvodu a všeobecný oblúkový-limitný proces riedenia, ktorý dokáže pohltiť ešte jedna vrstva.

Pretože oblúk GTAW má najnižšiu-energiu a je najlepšie priestorovo ovládateľný z hlavných procesov opláštenia oblúka, vždy produkoval najnižšie riedenie z rodiny oblúkov -, na čom- bol historicky nízky depozičný výkon. GTAW-HW si zachováva nízky-charakter riedenia a zároveň uzatvára veľkú časť-rozdielu v rýchlosti ukladania, čo je základom pre jeho výber všade tam, kde sú obe premenné obmedzené.

Zdroje: Lincoln Electric, "Laser Hot Wire Cladding"; Welding Fabrication World, "Typy zvárania/plášťovania -, proces a požiadavky ASME"; ScienceDirect, "Zvárajte obklady Hastelloy C276 pomocou procesu podávania studeného drôtu GTAW." Rozsahy sú reprezentatívne pre publikované terénne a laboratórne údaje; kvalifikujte všetky hodnoty postupom kvalifikačného testovania podľa príslušného kódu.

Aké parametre procesu skutočne riadia rýchlosť depozície/zriedenie?

Takmer všetku prácu vykonávajú štyri parametre: prúd oblúka nastavuje penetráciu a riedenie, rýchlosť podávania drôtu a predhrievací prúd nastavuje rýchlosť nanášania do značnej miery nezávisle od oblúka a rýchlosť pohybu nastavuje prekrytie guľôčok a pokrytie vrstiev - kvalifikovaná procedúra GTAW{1}}HW ladí všetky štyri dohromady, namiesto toho, aby sa ktorýkoľvek z nich považoval za celý príbeh.

Oblúkový prúd

Oblúkový prúd je primárnou hnacou silou tavenia základného kovu. Vyšší oblúkový prúd rozširuje a prehlbuje zvarový kúpeľ, vťahuje viac základného kovu a zvyšuje riedenie - zdokumentovanej guľôčky{2}}na{3}}testovanie platne prekrytia horúcim drôtom Inconel 625-GTAW na 2,25Cr-Oceľ 1Mo vykazovala riedenie, zväčšujúci sa zvárací prúd, zväčšujúca sa šírka zváracej časti A25, a 200 A. Prúd oblúka je preto udržiavaný tak nízky, ako dokáže oblúk stabilne udržať, pričom sa stále dosahuje fúzia.

Rýchlosť podávania drôtu a predhrievací prúd

Rýchlosť podávania drôtu určuje, koľko výplňového kovu vstúpi do bazéna za jednotku času; predhrievací prúd určuje, ako blízko k roztaveniu drôtu je už pri jeho príchode. Spoločným zdvihnutím oboch sa zvýši rýchlosť nanášania s iba sekundárnym účinkom na vlastnú energetickú bilanciu oblúka - toto je mechanizmus, ktorý umožňuje GTAW-HW pridávať plnivo rýchlejšie bez toho, aby sa z oblúka dostávalo viac tepla do základného kovu.

Rýchlosť pojazdu a pätka sa prekrývajú

Rýchlosť jazdy riadi, aká veľká časť bazéna stuhne pred ďalším prechodom, čím sa nastaví prekrytie guľôčok a pokrytie. Pomalší pohyb zvyšuje tepelný príkon na jednotku dĺžky a môže zvýšiť riedenie aj pri konštantnom prúde, takže rýchlosť pojazdu je kvalifikovaná spoločne s prúdom a nie nastavovaná nezávisle na dielni.

Teplota predohrevu/interpass a počet vrstiev

Pretože jedno{0}}riedenie jednej vrstvy pod približne 5 % je ťažké zaručiť na tavnej linke bez ohľadu na proces, väčšina špecifikácií vyžaduje minimálne dvojvrstvové prekrytie, pričom prvá vrstva sa považuje za tlmivý roztok a chemická látka sa kvalifikuje pri hĺbke odberu vzoriek meranej od tavnej línie - bežne 3 mm pre minimálnu hrúbku prekrytia 3 mm. Interpassová regulácia teploty tiež obmedzuje akumuláciu tepla naprieč prechodmi, čo pomáha udržiavať riedenie konzistentné od koreňového prechodu cez vrchnú vrstvu.

Aké zváracie prúdy vytvárajú prijateľné riedenie pre povlakovanie Inconel 625 na oceli?

Publikované perličkové-na{1}}platňové testovanie horúceho drôtu Inconel 625-prekrytia GTAW na 2,25Cr-1Mo oceli ukazuje riedenie a tvrdosť stúpajúcu s oblúkovým prúdom v rozsahu 125-200 A, takže väčšina výrobných postupov pre Inconel 625 spĺňa požiadavky na nízkolegované prekrytie ocele Inconel 625 na druhej vrstve, aby sa povrchová chémia dostala až k nominálnemu zloženiu Inconel 625.

Rovnaká štúdia zistila, že najvyššia tvrdosť zvarového kovu sa vyskytla pri 150 A spomedzi štyroch testovaných prúdov (125, 150, 175 a 200 A), s dendritickou austenitickou mikroštruktúrou v celom rozsahu a riedením, šírkou guľôčky a veľkosťou zóny ovplyvnenej teplom -všetky stúpajúce so zvyšujúcim sa prúdom. Praktickým záverom pre vývoj postupu je, že prúd nie je voľná premenná len pre produktivitu - každé zvýšenie musí byť skontrolované vzhľadom na koróziu-príslušné limity chémie a tvrdosti v riadiacej špecifikácii, nielen proti prieniku a vzhľadu.

Pre kyslé-komponenty servisu je tvrdosť tvrdým limitom, nielen indikátorom kvality: prekrytie vyhovujúce NACE MR0175/ISO 15156-je bežne obmedzené na 248 HV10 v uhlíkovej/nízkolegovanej oceli HAZ a 345 HV10 na samotnú vrstvu Inconel 625 testovaním na viacerých miestach Vilacker

Ktoré kódy a normy upravujú kvalifikáciu a akceptáciu plášťa Hot Wire GTAW?

Postup prekrytia niklovou zliatinou GTAW-HW je kvalifikovaný predovšetkým podľa ASME, sekcia IX (základné premenné a mechanické/chemické testovanie), aplikovaný v rámci ASME sekcie VIII, divízie 1, dodatok F pre plátované tlakové nádoby a - pre ropné polia a kyslé-servisné zariadenia - vrstvené s požiadavkami API 582, NACE 15 MRISO1 a železom, NACE 15 MRISO1, trieda riedenia a tvrdosť.

Zdroje: Material Welding, "Požiadavky na kvalifikačné skúšky postupu zvárania pre kvalifikáciu prekrytia zvaru"; API 6A (prostredníctvom súhrnu valvestandard.com); Piping-World, "Inconel 625 Weld Overlay Piping"; Welding Fabrication World, "Weld Overlay/Cladding."

Zloženie hotového prekrytia je overené podľa konštrukčnej špecifikácie alebo uvedenej normy prídavného kovu - ASME Section IX sama osebe nestanovuje minimálny obsah zliatiny. Chemická analýza sa odoberá v definovanej vzdialenosti späť od zváracej linky, zodpovedajúcej minimálnej kvalifikovanej hrúbke prekrytia a obsah železa nad stanovený limit je dôvodom na zamietnutie postupu alebo výrobného zvaru.

Aké sú najčastejšie chyby v plášti Hot Wire GTAW a ako sa im predchádza?

Chyby, na ktorých záleží najviac pri GTAW-prekrytí HW zliatinou niklu, sú praskanie pod-plášťom, nedostatočné spojenie na špičke alebo koreni, oxidované/netavené inklúzie drôtu v dôsledku nesprávneho predohrevu a -z{3}}riedenia podľa špecifikácie na tavnej linke -, všetky štyri a opravy po zváraní sú kontrolované skôr prostredníctvom parametra{5}.

Prasknutie pod-plášťom: poháňané vodíkom a zvyškovým napätím v HAZ; riadené správnou teplotou predohrevu/interpass, nízkou-vodíkovou praxou a tam, kde je to špecifikované, PWHT.

Nedostatok fúzie na päte alebo medzi prechodmi: spôsobené nadmernou rýchlosťou pohybu alebo nedostatočnou energiou oblúka na fúznej linke; kontrolované rýchlosťou pojazdu a kvalifikáciou uhla horáka a vizuálnou/PT kontrolou medzi vrstvami.

Oxidácia drôtu alebo neroztavené inklúzie drôtu: spôsobené predhriatím drôtu príliš ďaleko pred bazénom alebo stratou ochranného plynu okolo horúceho-kontaktného bodu drôtu; riadené ladením predhrievacieho prúdu a overením pokrytia ochranným plynom.

Nadmerné riedenie / zachytávanie železa na povrchu: spôsobené nadmerným oblúkovým prúdom, pomalým pohybom alebo pod-hrúbkou prekrytia; kontrolované minimálnym prekrytím v dvoch{1}}vrstvách, aktuálnou kvalifikáciou a vzorkovaním chemického zloženia v kvalifikovanej hĺbke.

Mikro-trhanie a nežiaduce zrážanie karbidov: kontroluje sa mikroskúškou kvalifikačnej vzorky; riadené reguláciou prívodu tepla a v prípade stabilizovaných alebo nízkouhlíkových- plnív prispôsobením chémie plniva prevádzkovej teplote.

Kde sa Hot Wire GTAW najlepšie hodí v stratégii výberu opláštenia z niklovej zliatiny?

Hot wire GTAW je tým správnym predvoleným nastavením pre rúrkové-k-spoje rúrkových plechov, otvory dýz, telesá ventilov a iné geometricky obmedzené alebo vysoko{2}}komponenty, pri ktorých riedenie pod 5 % a mechanizované, opakovateľné pokrytie záleží na - veľkých plochých alebo zakrivených plochách, ako sú plášte plavidiel a jednoduché poľné opravné hlavice{5}} Strip, SAW{5}

Výber procesu pre prekrytie zliatiny niklu je obchod medzi oblasťou, prístupom, požiadavkou na riedenie a cenou. SAW-pásy a pulzné GMAW pokrývajú veľké plochy najrýchlejšie, ale nedokážu spoľahlivo udržať riedenie pod 10-15 % v jednej vrstve, takže sú vyhradené pre aplikácie, kde sú už naplánované dve alebo viac vrstiev alebo kde je limit riedenia menej prísny. SMAW zostáva jedinou praktickou voľbou pre opravy v teréne a nepohodlný prístup tam, kde nie je možná mechanizácia. GTAW-HW zaberá priestor, kde je geometria dostatočne obmedzená na to, aby odmenila presné - otvory rúrok, hrdlá trysiek, malé telesá ventilov -, ale oblasť je príliš veľká alebo ekonomická príliš úzka pre samotné GTAW so studeným drôtom.

Plášť horúceho drôtu laserom posúva riedenie a rýchlosť nanášania ďalej rovnakým smerom ako GTAW-HW a stojí za to ho hodnotiť pre komponenty s veľmi vysokou hodnotou-, kde sú kapitálové náklady laserového zariadenia opodstatnené. Pre väčšinu tlakových-prekrývacích prác z niklovej zliatiny na rúrkach, armatúrach, prírubách a výkovkoch zostáva GTAW{4}}HW procesom, ktorý najlepšie vyvažuje znalosť kvalifikácie, náklady na zariadenie a kontrolu riedenia, ktorú si korózna služba vyžaduje.

Často kladené otázky

Otázka: Aká úroveň riedenia je prijateľná pre zvarový povlak Inconel 625 na uhlíkovej oceli?

Odpoveď: Väčšina špecifikácií prekrytia zliatiny niklu obmedzuje obsah povrchového železa na maximálne 5,0 % hmotn., čo si zvyčajne vyžaduje minimálne dvoj{1}}vrstvové prekrytie, pretože jednovrstvové riedenie na tavnej linke je ťažké znížiť pod približne 5 % pri akomkoľvek oblúkovom procese vrátane horúceho drôtu GTAW.

Otázka: O koľko rýchlejší je horúci drôt GTAW ako konvenčný studený- drôt GTAW?

Odpoveď: Zverejnené rýchlosti odtavovania pre GTAW-HW sú zhruba dva až trikrát vyššie ako studené-drôty GTAW pri porovnateľnej kvalite zvaru, pričom GTAW-HW dosahuje približne 1 až 12 lb/h v závislosti od priemeru drôtu a prúdu predhrievania.

Otázka: Odstraňuje horúci drôt GTAW potrebu viacerých prekrývacích vrstiev?

Odpoveď: Nie. Dokonca aj pri nižšom riedení GTAW-HW väčšina špecifikácií stále vyžaduje minimálne dve-vrstvové prekrytie, pretože prvá vrstva funguje ako riediaci tlmivý roztok medzi základným kovom a koróznou-kritickou povrchovou vrstvou.

Otázka: Ktorý kód upravuje limity tvrdosti pre povlak z kyslej{0}}niklovej zliatiny?

Odpoveď: NACE MR0175/ISO 15156 upravuje akceptáciu tvrdosti pre kyslé použitie, pričom limity sa bežne uplatňujú pri 248 HV10 pre uhlíkovú/nízkolegovanú oceľ HAZ a 345 HV10 pre povlak Inconel 625, overené testovaním Vickers.

Otázka: Kedy by sa mal namiesto horúceho drôtu GTAW použiť páska SAW{0}}alebo GMAW?

Odpoveď: SAW-pásové a pulzné GMAW sú vhodnejšie pre veľké otvorené oblasti, ako sú škrupiny a hlavy nádob, kde je prijateľné vyššie riedenie na vrstvu a viac vrstiev je už naplánovaných; horúci drôt GTAW sa uprednostňuje tam, kde je geometria obmedzená alebo kde je kritická kontrola riedenia jednej vrstvy-.