GTAW с горещ проводник за облицовка от никелова сплав: Скорост на отлагане и контрол на разреждането

Въведение

Заваръчното покритие от никелова сплав защитава границата на налягането на компонентите от въглеродна и ниско-легирана стомана от корозия, без разходите за изграждане на цялата част от твърда плоча от Inconel или Hastelloy. Наслагването работи само ако две неща се случат наведнъж: отлагането трябва да намалее достатъчно бързо, за да бъде икономично, и трябва да остане химически достатъчно близо до добавъчния метал - не до основната стомана -, за да осигури устойчивостта на корозия, която дизайнът изисква. Тези две цели обикновено се бият една срещу друга. Заваряването с волфрамова газ с гореща тел (GTAW-HW) е процесът, създаден специално, за да спре тази битка.

Тази статия сравнява GTAW с гореща тел с други процеси, използвани за облицовка от никелова сплав - студена-жица GTAW, GMAW, лента с потопена дъга (SAW-strip), дъга с плазмен трансфер (PTA) и лазерна гореща тел - относно скоростта на отлагане и разреждане, и излага параметрите на процеса, стандартите и контролите на дефектите, които управляват квалифицирана процедура за наслагване на GTAW-HW.

Какво е GTAW с гореща тел и защо има значение за облицовката от никелова сплав?

GTAW с гореща тел добавя втори източник на захранване, който резистивно загрява предварително телта за пълнене близо до точката на топене, преди да достигне дъгата, така че волфрамовата дъга вече не трябва да доставя цялата енергия, необходима за разтопяване на пълнителя. Това разделяне на „нагряване на проводника“ от „нагряване на основния метал“ е това, което позволява на GTAW-HW да повиши скоростта на отлагане, без да повишава разреждането.

При конвенционалната GTAW със студена{0}}тел волфрамова дъга върши две задачи едновременно: разтопява основния метал, за да образува заваръчната вана, и разтопява телта за пълнене, подадена в тази вана. Тъй като и двете черпят от една и съща енергия на дъгата, натискането на повече пълнител през дъгата за повишаване на скоростта на отлагане също повишава енергията на дъгата и поведението при движение, необходими за разтопяването й -, което увеличава топенето на основния метал и следователно разреждането.

Горещата тел GTAW прекъсва това свързване. Отделно, електрически изолирано захранване пропуска ток през телта за пълнене между контактния връх и заваръчната вана, като го нагрява резистивно до температура, близка до-на топене, преди изобщо да достигне дъгата. Работата на волфрамовата дъга се свива до завършване на стопилката и контролиране на проникването в основния метал, докато веригата за предварително нагряване на телта -, а не дъгата - доставя по-голямата част от енергията, необходима за стопяване на пълнителя.

Скоростта на отлагане се определя главно от скоростта на подаване на телта и тока на предварително загряване, до голяма степен независим от тока на дъгата.

Проникването на неблагородния метал (и следователно разреждането) се определя главно от тока на дъгата и скоростта на движение, до голяма степен независимо от скоростта на отлагане.

Двете променливи могат да се настройват отделно - основната причина GTAW-HW да постига по-висока производителност, без да жертва контрола на разреждането.

Как GTAW с гореща тел увеличава скоростта на отлагане спрямо конвенционалната GTAW със студена{0}}жица?

Предварителното нагряване на телта й позволява да се разтопи в басейна в момента, в който пристигне, вместо да черпи енергия на топене от дъгата, поради което документираните скорости на отлагане на GTAW-HW са приблизително два до три пъти по-високи от GTAW на студена{1}}тел при скорости на отлагане от около 1-12 lb/час, без увеличаване на енергията на дъгата или разреждане.

При GTAW със студена{0}}жица телта навлиза в резервоара при стайна температура и дъгата трябва да достави пълната латентна топлина и осезаема топлина, за да я разтопи - ограничение за това колко тел може да се добави за единица време, преди процесът да започне да се удря, да пръска или да образува топчета по върха на телта. Предварителното загряване на телта резистивно премахва по-голямата част от този термичен дълг преди телта да пристигне, така че може да се поддържа по-висока скорост на подаване на телта при същите настройки на дъгата.

Индустриални източници съобщават за скорости на отлагане на GTAW-HW, обхващащи приблизително 1 до 12 lb/час в зависимост от диаметъра на телта, тока на предварително загряване и геометрията на фугата или наслагването, като обикновено се цитира повишаване на производителността от два до три пъти спрямо сравнима настройка на GTAW със студена{3}}тел за същото качество на заваряване. Това е и причината GTAW-HW често да се позиционира като междина между ниско{6}}отлагане на студен-тел GTAW/орбитален GTAW и по-високо-отлагане, но по-високо-разреждане, като GMAW и SAW-лента.

Източници: The Fabricator, „Could GTAW hot-wire get mainstream?“; Fit-Weld, „Високоефективни-системи за облицовка с гореща тел GTAW TIG.“

Как GTAW с гореща тел контролира разреждането по-добре от други процеси на облицовка?

GTAW с гореща тел поддържа разреждане в приблизително 3{1}}8% обхват в производствената практика, което е под GMAW и SAW-лента (обикновено 15-30%) и е конкурентно с -, въпреки че обикновено е по-високо от - лазерна обшивка с гореща тел (приблизително 5-10%), което прави GTAW-HW най-здравата опция за електродъгово заваряване когато се изисква еднослойно разреждане под границата от 5,0% повърхностно желязо.

Разреждането е частта от готовия заваръчен слой, който идва от разтопен основен метал, а не от добавъчен метал. За наслагване от никелова сплав върху въглеродна или ниско-легирана стомана, разреждането има значение, тъй като желязото, взето от основния метал, влошава устойчивостта на корозия, наслагването е там, за да осигури - спецификациите на повечето наслагвания от никелови сплави ограничават повърхностното съдържание на желязо при 5,0 тегл.% точно поради тази причина и общото разреждане на дъговия-процес може да протича далеч над това, което един слой може да абсорбира и все пак да отговаря на това ограничение.

Тъй като дъговата дъга на GTAW е с най-ниска-енергия, най-пространствено контролирана от основните процеси на дъгова облицовка, тя винаги е произвеждала най-ниското разреждане от фамилията дъгови дъги - компромисът-в исторически план е бил ниската степен на отлагане. GTAW-HW запазва този нисък-характер на разреждане, като същевременно затваря голяма част от-пропастта в скоростта на отлагане, което е основата за неговия избор, когато и двете променливи са ограничени.

Източници: Lincoln Electric, "Laser Hot Wire Cladding"; Welding Fabrication World, „Weld Overlay/Cladding - Types, Process & ASME Requirements“; ScienceDirect, „Заваряване на обшивки от Hastelloy C276 с помощта на процеса на подаване на студена тел GTAW.“ Диапазоните са представителни за публикуваните полеви и лабораторни данни; квалифицирайте всички стойности чрез тестване за квалификация на процедурата съгласно приложимия код.

Какви параметри на процеса всъщност контролират скоростта на отлагане/баланса на разреждане?

Четири параметъра вършат почти цялата работа: токът на дъгата определя проникването и разреждането, скоростта на подаване на телта и токът на предварително нагряване задават скоростта на отлагане, до голяма степен независимо от дъгата, а скоростта на движение задава припокриването на зърната и покритието на слоя - квалифицирана GTAW-HW процедура настройва всичките четири заедно, вместо да третира който и да е от тях като цяло.

Ток на дъгата

Токът на дъгата е основният двигател на топенето на неблагородния метал. По-високият ток на дъгата разширява и задълбочава заваръчната вана, издърпвайки повече неблагороден метал и повишавайки разреждането - документиран зърно-върху-плоча Тестване на Inconel 625 гореща-тел GTAW наслагване върху 2.25Cr-1Mo стомана показа разреждане, ширина на зърно и размер на зоната, засегната от топлина, като всички те се увеличават с нарастване на заваръчния ток от 125 A до 200 A. Следователно токът на дъгата се поддържа толкова нисък, колкото дъгата може да поддържа стабилно, като същевременно се постига синтез.

Скорост на подаване на телта и ток на предварително загряване

Скоростта на подаване на тел определя колко метал за добавка влиза в басейна за единица време; токът на предварително загряване задава колко близо до разтопяване е този проводник, когато пристигне. Повишаването на двете заедно увеличава скоростта на отлагане само с вторичен ефект върху енергийния баланс на дъгата - това е механизмът, който позволява на GTAW-HW да добавя пълнител по-бързо, без да изтегля повече топлина от дъгата в основния метал.

Скорост на движение и припокриване на зърната

Скоростта на движение контролира каква част от басейна се втвърдява преди следващото преминаване, което определя припокриването на перлите и покритието. По-бавното движение увеличава входящата топлина на единица дължина и може да повиши разреждането дори при постоянен ток, така че скоростта на движение се квалифицира съвместно с тока, а не се регулира независимо в цеха.

Температура на предварително загряване/между преминаване и брой слоеве

Тъй като разреждането на един-слой под около 5% е трудно да се гарантира при линията за топене, независимо от процеса, повечето спецификации изискват наслагване от минимум два-слоя, като първият слой се третира като буфер и химията се квалифицира при дълбочина на вземане на проби, измерена назад от линията за топене - обикновено 3 mm за минимална дебелина на слоя от 3 mm. Контролът на температурата между проходите също ограничава натрупването на топлина през проходите, което помага да се поддържа разреждането постоянно от коренния проход през покриващия слой.

Какви заваръчни токове произвеждат приемливо разреждане за облицовка от Inconel 625 върху стомана?

Публикувано тестване на -върху-плоча на Inconel 625 горещ{3}}тел GTAW наслагване върху 2.25Cr-1Mo стомана показва разреждане и твърдост, които се повишават с дъговия ток в диапазона 125-200 A, така че повечето производствени процедури за Inconel 625 наслагване върху нисколегирана стомана отговарят на условията в долната половина на това лента и разчитайте на втори слой, за да донесете повърхностната химия на останалата част от пътя към номиналния състав Inconel 625.

Същото проучване установи, че най-високата твърдост на заваръчния метал се наблюдава при 150 A сред четирите тествани тока (125, 150, 175 и 200 A), с дендритна аустенитна микроструктура в диапазона и разреждане, ширина на зърна и размер на зоната, засегната от топлина-, всички с тенденция нагоре с увеличаване на тока. Практическият извод за разработването на процедури е, че токът не е свободна променлива само за производителността - всяко увеличение трябва да се проверява спрямо корозионните-релевантни химични граници и граници на твърдост в управляващата спецификация, а не само срещу проникване и външен вид.

За киселинни{0}}сервизни компоненти твърдостта е твърда граница, а не само индикатор за качество: NACE MR0175/ISO 15156-съвместимо покритие обикновено е ограничено до 248 HV10 в HAZ от въглеродна/нисколегирана стомана и 345 HV10 в самото покритие Inconel 625, измерено чрез тестване на Vickers на множество места на слой.

Кои кодекси и стандарти уреждат квалификацията и приемането на GTAW облицовка с гореща тел?

Процедурата за наслагване на GTAW-HW никелова сплав е квалифицирана основно съгласно ASME Раздел IX (съществени променливи и механични/химични изпитвания), прилагана в рамките на ASME Раздел VIII Раздел 1 Приложение F за облицовани съдове под налягане и - за нефтено находище и-сервизно оборудване - наслоено с API 582, API 6A и NACE Изисквания на MR0175/ISO 15156 за клас на разреждане на желязо и твърдост.

Източници: Заваряване на материали, „Изисквания за квалификационни тестове на процедурата за заваряване за квалификация на наслагване на заваряване“; API 6A (чрез обобщение на valvestandard.com); Piping-World, „Inconel 625 Weld Overlay Piping“; Welding Fabrication World, "Weld Overlay/Cladding."

Съставът на завършеното наслагване се проверява спрямо проектната спецификация или референтния стандарт за добавъчен метал - ASME Раздел IX сам по себе си не определя минимално съдържание на сплав. Химическият анализ се взема на проби на определено разстояние от линията на топене, съответстващо на минималната квалифицирана дебелина на наслагването, а съдържанието на желязо над определената граница е причина за отхвърляне на процедурата или производствения заваръчен шев.

Кои са най-честите дефекти в GTAW облицовката с гореща тел и как се предотвратяват?

Дефектите, които имат най-голямо значение в наслагването на GTAW-HW никелова сплав, са напукване под-облицовката, липса на сливане в пръста или основата, включвания на окислен/неразтопен проводник от неправилно предварително нагряване и--разреждане извън спецификациите на линията на топене - и четирите се контролират основно чрез квалификация на параметри и дисциплина между преминаване вместо ремонт след-заваряване.

Напукване под -обвивка: задвижвано от водород и остатъчно напрежение в HAZ; контролирани с правилна температура на предварително загряване/между преминаване, ниска-водородна практика и, където е посочено, PWHT.

Липса на сливане при върха на перлата или между преминаванията: причинена от прекомерна скорост на движение или недостатъчна енергия на дъгата на линията на сваряване; контролирани от скоростта на движение и квалификацията на ъгъла на горелката и чрез визуална/PT инспекция между слоевете.

Окисляване на проводника или включвания на неразтопен проводник: причинени от предварително нагряване на проводника твърде далеч пред басейна или от загуба на защитен газ около контактната точка на горещия-проводник; контролирани чрез настройка на тока на предварително загряване и проверка на покритието на защитен газ.

Прекомерно разреждане/поемане на желязо на повърхността: причинено от прекомерен ток на дъгата, бавно движение или наслагване с недостатъчна{0}}дебелина; контролирани от дву-слойно минимално наслагване, текуща квалификация и вземане на проби от химически състав на квалифицираната дълбочина.

Микро{0}}напукване и нежелано утаяване на карбид: проверено чрез микроизследване на квалификационната проба; контролирано чрез контрол на входящата топлина и, за стабилизирани или ниско{1}}въглеродни пълнители, чрез съпоставяне на химията на пълнителя с работната температура.

Къде GTAW с гореща тел се вписва най-добре в стратегия за избор на облицовка от никелова сплав?

GTAW с горещ проводник е правилната настройка по подразбиране за съединения на тръба-към-тръбна плоча, отвори на дюзи, тела на клапани и други геометрично ограничени или компоненти с висока-стойност, където разреждането под 5% и механизираното, повторяемо покритие имат значение - големи плоски или извити зони, като черупки и глави на съдове, все още се обслужват по-добре от SAW-лента и просто поле ремонти от SMAW.

Изборът на процес за покритие от никелова сплав е търговия между площ, достъп, изискване за разреждане и цена. SAW-strip и импулсният GMAW покриват големи площи най-бързо, но не могат надеждно да задържат разреждането под около 10-15% в един слой, така че те са запазени за приложения, при които вече са планирани два или повече слоя или където ограничението за разреждане е по-малко строго. SMAW остава единственият практичен избор за ремонт на място и неудобен достъп, където не е възможна механизация. GTAW-HW заема пространството, където геометрията е достатъчно ограничена, за да възнагради прецизните - отвори на тръби, гърловини на дюзи, малки клапанни тела -, но площта е твърде голяма или икономиката е твърде ограничена само за GTAW със студена жица.

Лазерната обшивка с горещ проводник тласка още повече разреждането и скоростта на отлагане в същата посока като GTAW-HW и си заслужава да бъде оценена за компоненти с много висока-стойност, където капиталовите разходи за лазерно оборудване са оправдани. За по-голямата част от работите по наслагване на-гранични никелови сплави под налягане върху тръби, фитинги, фланци и изковки, GTAW-HW остава процесът, който най-добре балансира познаването на квалификацията, цената на оборудването и контрола на разреждането, който изисква услугата за корозия.

Често задавани въпроси

Въпрос: Какво ниво на разреждане е приемливо за Inconel 625 наслагване на заварени шевове върху въглеродна стомана?

О: Повечето спецификации за наслагване на никелови сплави ограничават повърхностното съдържание на желязо до 5,0 тегл.% максимум, което обикновено изисква минимум дву-слойно наслагване, тъй като разреждането на един-слой при линията на топене е трудно да се сведе под около 5% с който и да е дъгов процес, включително GTAW с гореща тел.

Въпрос: Колко по-бърз е GTAW с гореща жица от конвенционалната GTAW със студена{0}}жица?

О: Публикуваните скорости на отлагане за GTAW-HW са приблизително два до три пъти по-високи от GTAW със студена-тел при сравнимо качество на заварката, като GTAW-HW обхваща приблизително 1 до 12 lb/час в зависимост от диаметъра на телта и тока на предварително нагряване.

Въпрос: Премахва ли GTAW с гореща жица необходимостта от множество слоеве за наслагване?

О: Не. Дори при по-ниското разреждане на GTAW-HW, повечето спецификации все още изискват минимум двуслойно наслагване, тъй като първият слой действа като буфер за разреждане между основния метал и-критичния за корозия повърхностен слой.

В: Кой кодекс управлява границите на твърдост за наслагване от кисела-никелова сплав?

A: NACE MR0175/ISO 15156 урежда приемането на твърдост за работа в кисела среда, с граници, които обикновено се прилагат при 248 HV10 за въглеродна/ниско-легирана стомана HAZ и 345 HV10 за наслагване Inconel 625, потвърдено чрез тестване на Vickers.

Въпрос: Кога трябва да се използва SAW-лента или GMAW вместо GTAW с горещ проводник?

A: SAW-strip и импулсният GMAW са по-подходящи за големи, открити зони като черупки и глави на съдове, където е приемливо по-високо разреждане на слой и вече са планирани няколко слоя; GTAW с горещ проводник се предпочита, когато геометрията е ограничена или контролът на разреждането на един-слой е критичен.