Karstās stieples GTAW niķeļa sakausējuma apšuvumam: nogulsnēšanās ātruma un atšķaidīšanas kontrole

Ievads

Niķeļa sakausējuma metinājuma pārklājums aizsargā oglekļa un zema{0}}leģētā tērauda komponentu spiediena robežu no korozijas, neradot izmaksas par visas detaļas izgatavošanu no cietas Inconel vai Hastelloy plāksnes. Pārklājums darbojas tikai tad, ja vienlaikus notiek divas lietas: nosēdumam ir jāsamazinās pietiekami ātri, lai tas būtu ekonomisks, un tam ir jāpaliek ķīmiski pietiekami tuvu pildmetālam -, nevis pamata tēraudam -, lai nodrošinātu konstrukcijai nepieciešamo izturību pret koroziju. Šie divi vārti parasti cīnās savā starpā. Karstās stieples gāzes volframa loka metināšana (GTAW-HW) ir process, kas īpaši izstrādāts, lai apturētu šo cīņu.

Šajā rakstā karstās stieples GTAW tiek salīdzināts ar citiem procesiem, ko izmanto niķeļa sakausējuma apšuvumam - aukstā stieple GTAW, GMAW, iegremdētā loka sloksne (SAW-sloksne), plazmas loka loka (PTA) un lāzera karstā stieple - attiecībā uz nogulsnēšanās ātrumu un atšķaidīšanu, kā arī izklāstīti procesa parametri un defektu kontroles, standarti. GTAW-HW pārklājuma procedūra.

Kas ir karstā stieple GTAW un kāpēc tas ir svarīgi niķeļa sakausējuma apšuvumam?

Karstais vads GTAW pievieno otru barošanas avotu, kas pretestīgi uzsilda pildvielas vadu līdz tā kušanas temperatūrai, pirms tas sasniedz loku, tāpēc volframa lokam vairs nav jāpiegādā visa enerģija, kas nepieciešama pildvielas kausēšanai. Tas, ka "silda stiepli" no "silda parasto metālu", ir tas, kas ļauj GTAW-HW palielināt nogulsnēšanās ātrumu, nepalielinot atšķaidīšanu.

Parastā aukstās{0}}stieples GTAW gadījumā volframa loks vienlaikus veic divus darbus: tas izkausē parasto metālu, veidojot metināšanas baseinu, un izkausē šajā baseinā ievadīto pildvadu. Tā kā abi iegūst no vienas loka enerģijas, vairāk pildvielas izspiešana caur loku, lai palielinātu nogulsnēšanās ātrumu, palielina arī loka enerģiju un pārvietošanās izturēšanos, kas nepieciešama tā izkausēšanai -, kas palielina parastā metāla kušanu un līdz ar to atšķaidīšanu.

Karstā stieple GTAW pārtrauc šo savienojumu. Atsevišķs, elektriski izolēts barošanas avots laiž strāvu caur uzpildes vadu starp kontakta galu un metināto šuves baseinu, pretestīgi uzsildot to līdz gandrīz kušanas temperatūrai, pirms tas sasniedz loka līniju. Volframa loka uzdevums sarūk līdz kausējuma pabeigšanai un iekļūšanas kontrolei parastajā metālā, savukārt stieples priekšsildīšanas ķēde - nevis loka - nodrošina lielāko daļu enerģijas, kas nepieciešama pildvielas kausēšanai.

Nogulsnēšanās ātrumu galvenokārt nosaka stieples padeves ātrums un priekšsildīšanas strāva, kas lielā mērā nav atkarīga no loka strāvas.

Parasto metālu iespiešanos (un līdz ar to atšķaidīšanu) galvenokārt nosaka loka strāva un kustības ātrums, kas lielā mērā nav atkarīgs no nogulsnēšanās ātruma.

Abus mainīgos var noregulēt atsevišķi - galvenais iemesls, kāpēc GTAW-HW sasniedz augstāku produktivitāti, nezaudējot atšķaidīšanas kontroli.

Kā Hot Wire GTAW palielina nogulsnēšanās ātrumu salīdzinājumā ar parasto auksto{0}}vadu GTAW?

Iepriekš uzkarsējot vadu, tas izkūst baseinā brīdī, kad tas nonāk, tā vietā, lai iegūtu kušanas enerģiju no loka, tāpēc dokumentētie GTAW-HW nogulsnēšanās rādītāji ir aptuveni divas līdz trīs reizes augstāki nekā aukstā-stieples GTAW ar nogulsnēšanās ātrumu aptuveni 1–12 lb/h, nepalielinot loka enerģiju vai atšķaidījumu.

Aukstā-vada GTAW gadījumā vads nonāk baseinā istabas temperatūrā, un lokam ir jāpiegādā viss latentais siltums un jūtamais siltums, lai tas izkausētu - ierobežojums tam, cik daudz stieples var pievienot laika vienībā, pirms process sākas sastrēgumu, šļakatu vai bumbu veidošanās stieples galā. Stieples uzsildīšana ar rezistenci novērš lielāko daļu no šī termiskā parāda pirms stieples pienākšanas, tāpēc ar tādiem pašiem loka iestatījumiem var uzturēt lielāku stieples padeves ātrumu.

Nozares avoti ziņo par GTAW-HW nogulsnēšanas ātrumu, kas ir aptuveni no 1 līdz 12 lb/h atkarībā no stieples diametra, priekšsildīšanas strāvas un savienojuma vai pārklājuma ģeometrijas, un produktivitātes pieaugums parasti tiek minēts divas līdz trīs reizes lielāks par salīdzināmu aukstās-stieples GTAW uzstādīšanu tai pašai metināšanas kvalitātei. Tas ir arī iemesls, kāpēc GTAW-HW bieži tiek pozicionēts kā vidusceļš starp zemu-nogulsnēšanas auksto-vadu GTAW/orbitālo GTAW un augstākas-nogulsnēšanās, bet augstākas-atšķaidīšanas procesiem, piemēram, GMAW un SAW{10}}sloksni.

Avoti: The Fabricator, "Culd GTAW hot{0}}wire go mainstream?"; Fit-Weld, "Augstas-veiktspējas karsto stiepļu GTAW TIG apšuvuma sistēmas."

Kā karstās stieples GTAW labāk kontrolē atšķaidīšanu nekā citi apšuvuma procesi?

Karstās stieples GTAW atšķaidījums ražošanas praksē ir aptuveni 3-8% diapazonā, kas ir zem GMAW un SAW-sloksnes (parasti 15-30%) un ir konkurētspējīgs ar -, lai gan parasti augstāks par - W (apmēram 5{7}}), padarot lāzera karstās stieples apšuvumu (aptuveni 5{8}}}10%) ir nepieciešama viena slāņa atšķaidīšana zem 5,0% virsmas dzelzs robežas.

Atšķaidījums ir daļa no gatavās metināšanas nogulsnes, kas nāk no kausēta parastā metāla, nevis pildmetāla. Niķeļa sakausējuma pārklājumam uz oglekļa vai zema{1}}leģētā tērauda atšķaidījumam ir nozīme, jo dzelzs, kas uzņemts no parastā metāla, pasliktina izturību pret koroziju, pārklājums ir paredzēts, lai nodrošinātu - lielāko daļu niķeļa sakausējuma pārklājuma specifikāciju, virsmas dzelzs saturs ir 5,0 masas % tieši šī iemesla dēļ, un vispārējie loka{4} slāņi var absorbēt procesus, kas daudz pārsniedz to, ko vēl viens slānis var absorbēt.

Tā kā GTAW loks ir viszemākā{0}}enerģija un telpiski visvairāk kontrolējamais no galvenajiem loka apšuvuma procesiem, tas vienmēr ir radījis vismazāko loku saimes atšķaidījumu -, kompromiss{2}}vēsturiski ir bijis tā zemais nogulsnēšanās ātrums. GTAW-HW saglabā šo zemo-atšķaidīšanas raksturu, vienlaikus novēršot lielu daļu nogulsnēšanās-likmju starpības, kas ir tās atlases pamatā, ja abi mainīgie ir ierobežoti.

Avoti: Lincoln Electric, "Laser Hot Wire Cladding"; Welding Fabrication World, "Weld Overlay/Cladding - Types, Process & ASME Prasības"; ScienceDirect, "Metiniet Hastelloy C276 apšuvumus, izmantojot GTAW aukstās stieples padeves procesu." Diapazoni atspoguļo publicētos lauka un laboratorijas datus; kvalificējiet visas vērtības, veicot procedūras kvalifikācijas pārbaudi saskaņā ar piemērojamo kodu.

Kādi procesa parametri faktiski kontrolē nogulsnēšanās ātruma/atšķaidīšanas līdzsvaru?

Četri parametri veic gandrīz visu darbu: loka strāva nosaka iespiešanos un atšķaidīšanu, stieples padeves ātrumu un priekšsildīšanas strāvas iestatīto nogulsnēšanās ātrumu, kas lielā mērā nav atkarīgs no loka, un pārvietošanās ātrums nosaka lodīšu pārklāšanos un slāņa pārklājumu - kvalificēta GTAW-HW procedūra saskaņo visus četrus kopā, nevis uztver vienu no tiem kā visu.

Loka strāva

Loka strāva ir galvenais parasto metālu kausēšanas virzītājspēks. Lielāka loka strāva paplašina un padziļina metināšanas baseinu, ievelkot vairāk parastā metāla un palielinot atšķaidījuma - dokumentēto lodītes-uz-plāksnes testēšanu Inconel 625 karstās-stieples GTAW pārklājumam uz 2,25 Cr-1 Mo, pieaugošā tērauda platuma un karstuma zonas atšķaidījums un atšķaidījums. strāva pieauga no 125 A līdz 200 A. Tāpēc loka strāva tiek turēta tik zemā līmenī, cik loks var stabili izturēt, vienlaikus panākot saplūšanu.

Stieples padeves ātrums un priekšsildīšanas strāva

Stieples padeves ātrums nosaka, cik daudz pildvielas metāla nonāk baseinā laika vienībā; priekšsildīšanas strāva nosaka, cik tuvu stieple jau ir kušanas brīdī, kad tā pienāk. Paaugstinot abus kopā, palielinās nogulsnēšanās ātrums, tikai sekundāri ietekmējot paša loka enerģijas bilanci - šis ir mehānisms, kas ļauj GTAW-HW ātrāk pievienot pildvielu, neievelkot no loka vairāk siltuma parastajā metālā.

Brauciena ātrums un lodītes pārklājas

Brauciena ātrums kontrolē, cik liela daļa baseina sacietē pirms nākamās gājiena, kas nosaka lodīšu pārklāšanos un pārklājumu. Lēnāka pārvietošanās palielina siltuma padevi uz garuma vienību un var palielināt atšķaidījumu pat pie nemainīgas strāvas, tāpēc braukšanas ātrums tiek kvalificēts kopā ar strāvu, nevis regulēts atsevišķi veikalā.

Priekšsildīšanas/pārejas temperatūra un slāņu skaits

Tā kā viena -slāņa atšķaidīšanu zem aptuveni 5% ir grūti garantēt saplūšanas līnijā neatkarīgi no procesa, lielākajai daļai specifikāciju ir nepieciešams vismaz divu -slāņu pārklājums, pirmo slāni apstrādājot kā buferšķīdumu, un ķīmija ir kvalificēta paraugu ņemšanas dziļumā, ko mēra atpakaļ no saplūšanas līnijas -, parasti vismaz 3 mm 3 mm. Interpass temperatūras kontrole arī ierobežo siltuma uzkrāšanos pa ejām, kas palīdz noturēt konsekventu atšķaidījumu no saknes izejas caur vāciņa slāni.

Kādas metināšanas strāvas rada pieņemamu atšķaidījumu Inconel 625 tērauda apšuvumam?

Publicēta lodītes-uz-plāksnes pārbaude Inconel 625 karstā-stieples GTAW pārklājumam uz 2,25Cr-1Mo tērauda uzrāda gan atšķaidījumu, gan cietību, kas pieaug ar loka strāvu 125–200 A diapazonā, tāpēc lielākā daļa ražošanas procedūru Inconel 625 zemas kvalitātes tēraudam ir zemāka. paļaujieties uz otru slāni, lai virsmas ķīmija pārējā daļā nonāktu līdz nominālajam Inconel 625 sastāvam.

Tajā pašā pētījumā tika konstatēts, ka no četrām pārbaudītajām strāvām (125, 150, 175 un 200 A) lielākā metinātā metāla cietība bija pie 150 A, ar dendrītu austenīta mikrostruktūru visā diapazonā un atšķaidījumā, lodītes platumu un karstuma ietekmētās zonas izmērus, palielinoties strāvai, pieaug. Procedūras izstrādes praktiskā daļa ir tāda, ka strāva nav brīvs mainīgais tikai produktivitātei - katrs palielinājums ir jāpārbauda attiecībā pret korozijas-attiecīgajām ķīmiskajām un cietības robežām reglamentējošajā specifikācijā, nevis tikai pret iespiešanos un izskatu.

Sliktiem{0}}pakalpojuma komponentiem cietība ir stingrs ierobežojums, nevis tikai kvalitātes rādītājs: NACE MR0175/ISO 15156{5}}atbilstošais pārklājums parasti ir ierobežots līdz 248 HV10 oglekļa/mazleģētā tērauda HAZ un 345 HV10 pašā Inconel 625 slāņos, pārbaudot vairākos slāņos.

Kādi kodi un standarti regulē Hot Wire GTAW apšuvuma kvalifikāciju un pieņemšanu?

GTAW-HW niķeļa sakausējuma pārklājuma procedūra galvenokārt ir kvalificēta saskaņā ar ASME IX sadaļu (būtiski mainīgie lielumi un mehāniskā/ķīmiskā pārbaude), kas tiek piemērota ASME VIII sadaļas 1. nodaļas F papildinājumā plaķētiem spiedtvertnēm, un - naftas atradņu un skābo{3}}apkalpošanas iekārtām ar API6 2 slāņa, API6 A8 slāņa, API6 A8. MR0175/ISO 15156 prasības attiecībā uz dzelzs atšķaidīšanas klasi un cietību.

Avoti: Material Welding, "Metināšanas procedūru kvalifikācijas pārbaudes prasības metinājuma pārklājuma kvalifikācijai"; API 6A (izmantojot valvestandard.com kopsavilkumu); Piping-World, "Inconel 625 Weld Overlay Piping"; Metināšanas ražošanas pasaule, "Metināšanas pārklājums/apšuvums".

Gatavā pārklājuma sastāvs ir pārbaudīts saskaņā ar konstrukcijas specifikāciju vai norādīto pildmetāla standartu - ASME IX sadaļa nenosaka minimālo sakausējuma saturu. Ķīmiskās analīzes paraugi tiek ņemti noteiktā attālumā no kausēšanas līnijas, kas atbilst minimālajam kvalificētajam pārklājuma biezumam, un dzelzs saturs virs noteiktās robežas ir iemesls procedūras vai ražošanas metinājuma noraidīšanai.

Kādi ir visizplatītākie karsto vadu GTAW apšuvuma defekti un kā tie tiek novērsti?

GTAW-HW niķeļa sakausējuma pārklājuma defekti, kas ir vissvarīgākie, ir zem-pārklājuma plaisāšana, saplūšanas trūkums purngalā vai saknē, oksidēti/neizkusuši stieples ieslēgumi no nepareizas priekšsildīšanas un -neatbilstoša-specifikācijas atšķaidīšana saplūšanas līnijā, nevis galvenokārt tiek kontrolēta, izmantojot visus četrus kvalifikācijas parametrus {{4} pēc-metināšanas šuvju remonta.

Zem-apklāta plaisāšana: izraisa ūdeņradis un atlikušais spriegums HAZ; kontrolēta ar pareizu priekšsildīšanas/starpplūsmas temperatūru, zemu -ūdeņraža izmantošanu un, ja norādīts, PWHT.

Sapludināšanas trūkums lodītes purngalā vai starp gājieniem: izraisa pārmērīgs kustības ātrums vai nepietiekama loka enerģija saplūšanas līnijā; kontrolē pārvietošanās ātrums un degļa leņķa kvalifikācija un vizuāla/PT pārbaude starp slāņiem.

Stiepļu oksidēšanās vai neizkusuši stieples ieslēgumi: radušies, iepriekš uzsildot vadu pārāk tālu baseina priekšā vai aizsargājot gāzes zudumus ap karsto{0}}vadu kontaktpunktu; kontrolē ar priekšsildīšanas strāvas regulēšanu un aizsarggāzes pārklājuma pārbaudi.

Pārmērīga atšķaidīšana/dzelzs uzsūkšanās uz virsmas: izraisa pārmērīga loka strāva, lēns gājiens vai zems{0}}biezuma pārklājums; kontrolē ar divu-slāņu minimālo pārklājumu, pašreizējo kvalifikāciju un ķīmiskā sastāva paraugu ņemšanu kvalificētā dziļumā.

Mikro-plaisāšana un nevēlama karbīda nogulsnēšanās: pārbauda, ​​veicot kvalifikācijas parauga mikropārbaudi; kontrolē ar siltuma ievades vadību un stabilizētām vai zema{1}}oglekļa pildvielām, saskaņojot pildvielas ķīmisko sastāvu ar darba temperatūru.

Kur karstā stieple GTAW vislabāk iederas niķeļa sakausējuma apšuvuma izvēles stratēģijā?

Karstās stieples GTAW ir pareizais noklusējuma iestatījums cauruļu -līdz-cauruļu lokšņu savienojumiem, sprauslu urbumiem, vārstu korpusiem un citiem ģeometriski ierobežotiem vai augstas SMAW.

Niķeļa sakausējuma pārklājuma procesa izvēle ir tirdzniecība starp platību, piekļuvi, atšķaidīšanas prasībām un izmaksām. SAW-sloksne un impulsa GMAW nosedz lielas platības visātrāk, bet nevar droši noturēt atšķaidījumu zem aptuveni 10-15% vienā slānī, tāpēc tie ir rezervēti lietojumiem, kur jau ir plānoti divi vai vairāki slāņi vai kur atšķaidīšanas ierobežojums nav tik stingrs. SMAW joprojām ir vienīgā praktiskā izvēle lauka remontam un neērtai piekļuvei, kur mehanizācija nav iespējama. GTAW-HW aizņem vietu, kur ģeometrija ir pietiekami ierobežota, lai atalgotu precizitāti - cauruļu urbumos, sprauslu kakliņos, mazos vārstu korpusos -, taču laukums ir pārāk liels vai ekonomija ir pārāk šaura, lai izmantotu tikai aukstās stieples GTAW.

Lāzera karsto stiepļu apšuvums palielina atšķaidīšanas un nogulsnēšanās ātrumu tajā pašā virzienā kā GTAW{0}}HW, un ir vērts novērtēt ļoti augstas-vērtības komponentus, kur lāzeriekārtu kapitāla izmaksas ir pamatotas. Lielākajai daļai cauruļu, veidgabalu, atloku un kalumu spiediena-robežu niķeļa sakausējuma pārklājuma darbu GTAW-HW joprojām ir process, kas vislabāk līdzsvaro kvalifikācijas zināšanas, aprīkojuma izmaksas un atšķaidīšanas kontroli, ko pieprasa korozijas serviss.

Bieži uzdotie jautājumi

J: Kāds atšķaidījuma līmenis ir pieņemams oglekļa tērauda Inconel 625 metinājuma pārklājumam?

A: Lielākā daļa niķeļa sakausējuma pārklājuma specifikāciju ierobežo virsmas dzelzs saturu līdz 5,0 masas %, kas parasti prasa vismaz divu-slāņu pārklājumu, jo viena -slāņa atšķaidījumu saplūšanas līnijā ir grūti pazemināt zem aptuveni 5% ar jebkuru loka procesu, ieskaitot karsto stiepli GTAW.

J. Cik daudz ātrāks ir karstais vads GTAW nekā parastais aukstais{0}}vads GTAW?

A: Publicētie GTAW-HW nogulsnēšanās rādītāji ir aptuveni divas līdz trīs reizes augstāki nekā aukstā-stieples GTAW ar salīdzināmu metināšanas kvalitāti, un GTAW-HW aptver aptuveni 1–12 lb/h atkarībā no stieples diametra un priekšsildīšanas strāvas.

J: Vai karstā stieple GTAW novērš nepieciešamību pēc vairākiem pārklājuma slāņiem?

A: Nē. Pat pie GTAW-HW zemāka atšķaidījuma lielākajai daļai specifikāciju joprojām ir nepieciešams vismaz divu -slāņu pārklājums, jo pirmais slānis darbojas kā atšķaidīšanas buferis starp parasto metālu un korozijai -kritisko virsmas slāni.

J. Kurš kods nosaka cietības ierobežojumus niķeļa sakausējuma{0}}apkalpošanai?

A: NACE MR0175/ISO 15156 nosaka cietības akceptēšanu skābā lietošanā, un ierobežojumi parasti tiek piemēroti 248 HV10 oglekļa/mazleģētā tērauda HAZ un 345 HV10 Inconel 625 pārklājumam, ko apstiprina Vickers testēšana.

J: Kad ir jāizmanto SAW-sloksne vai GMAW, nevis karstās stieples GTAW?

A: SAW-sloksnes un impulsa GMAW ir labāk piemērotas lielām, atklātām vietām, piemēram, trauka korpusiem un galvām, kur ir pieļaujams lielāks atšķaidījums vienam slānim un jau ir plānoti vairāki slāņi; karstās stieples GTAW ir vēlams, ja ģeometrija ir ierobežota vai viena slāņa atšķaidīšanas kontrole ir ļoti svarīga.