Hot Wire GTAW nikkelötvözet burkolathoz: Lerakódási arány és hígítás szabályozása

Bevezetés

A nikkelötvözetből készült hegesztési fedőréteg megvédi a szén és az alacsony-ötvözött acél alkatrészek nyomáshatárát a korróziótól anélkül, hogy a teljes alkatrészt szilárd Inconel- vagy Hastelloy-lemezből kell megépíteni. A fedőréteg csak akkor működik, ha két dolog történik egyszerre: a lerakódásnak elég gyorsan le kell mennie ahhoz, hogy gazdaságos legyen, és kémiailag elég közel kell maradnia a töltőfémhez - és nem az alapacélhoz -, hogy biztosítsa a tervezés által megkívánt korrózióállóságot. Ez a két gól általában megküzd egymással. A forró huzalos gázvolfrám ívhegesztés (GTAW-HW) az a folyamat, amelyet kifejezetten ennek a harcnak a megállítására fejlesztettek ki.

Ez a cikk összehasonlítja a forró drót GTAW-t a nikkelötvözet burkoláshoz használt többi eljárással - hideg GTAW, GMAW, merülőíves szalag (SAW-szalag), plazma átvitt ív (PTA) és lézeres meleghuzal - a lerakódási sebesség és a hígítás tekintetében, és lefekteti a folyamatparamétereket, a hibás ellenőrzéseket és szabványokat. GTAW-HW overlay eljárás.

Mi az a Hot Wire GTAW, és miért számít ez a nikkelötvözet burkolathoz?

A forró drót GTAW egy második áramforrást ad hozzá, amely rezisztensen előmelegíti a töltőhuzalt az olvadáspont közelébe, mielőtt elérné az ívet, így a volfrámívnek már nem kell biztosítania a töltőanyag megolvasztásához szükséges összes energiát. A „hevítse fel a huzalt” a „melegítse fel az alapfémet”-től az, ami lehetővé teszi, hogy a GTAW-HW növelje a lerakódási sebességet a hígítás növelése nélkül.

A hagyományos hideg{0}}huzalos GTAW-ban a wolframív két feladatot végez egyszerre: megolvasztja az alapfémet, hogy létrehozza a hegesztőmedencét, és megolvasztja a medencébe betáplált töltőhuzalt. Mivel mindkettő ugyanabból az ívenergiából húzódik, több töltőanyag átnyomása az íven a lerakódási sebesség növelése érdekében, növeli az ívenergiát és az olvasztáshoz szükséges mozgási viselkedést is -, ami növeli az alapfém olvadását és ezáltal a hígítást.

A forró vezetékes GTAW megszakítja ezt a csatlakozót. Egy különálló, elektromosan leválasztott tápegység vezeti át az áramot a töltőhuzalon az érintkezőcsúcs és a hegesztőmedence között, ellenállóan felmelegítve azt közel -olvadási hőmérsékletre, mielőtt elérné az ívet. A volfrámív feladata az olvadék befejezéséig és az alapfémbe való behatolás szabályozásáig zsugorodik, míg a huzal előmelegítő köre - és nem az ív - biztosítja a töltőanyag olvasztásához szükséges energia nagy részét.

A lerakódási sebességet főként a huzalelőtolás sebessége és az előmelegítő áram határozza meg, nagymértékben független az íváramtól.

Az alapfém behatolását (és ezáltal a hígítást) főként az íváram és a haladási sebesség határozza meg, nagymértékben független a lerakódási sebességtől.

A két változó külön-külön hangolható - a fő oka annak, hogy a GTAW-HW nagyobb termelékenységet ér el a hígítási szabályozás feláldozása nélkül.

Hogyan növeli a Hot Wire GTAW a lerakódási arányt a hagyományos hideg{0}}vezetékes GTAW-hoz képest?

A huzal előmelegítése lehetővé teszi, hogy azonnal beleolvadjon a medencébe, ahelyett, hogy olvadási energiát vonna le az ívből, ezért a dokumentált GTAW-HW leválasztási sebesség nagyjából kétszer-háromszor nagyobb, mint a hideg-huzal GTAW-nál körülbelül 1-12 lb/óra lerakódási sebesség mellett, anélkül, hogy növelné az ívenergiát vagy hígítást.

Hideg-huzalos GTAW esetén a huzal szobahőmérsékleten lép be a medencébe, és az ívnek teljes látens hőt és érzékelhető hőt kell szolgáltatnia ahhoz, hogy megolvadjon - egy határérték arra vonatkozóan, hogy egységnyi idő alatt mennyi huzalt lehet hozzáadni, mielőtt a folyamat megkezdődik a huzalcsúcson döcögődni, fröcskölni vagy golyózni. A huzal rezisztív előmelegítése eltávolítja a hőtartozás nagy részét, mielőtt a huzal megérkezne, így nagyobb huzalelőtolási sebesség tartható fenn azonos ívbeállítások mellett.

Iparági források a GTAW-HW leválasztási sebességről számolnak be, amely a huzal átmérőjétől, az előmelegítési áramtól és a kötési vagy átfedési geometriától függően nagyjából 1-12 lb/óra, a termelékenységnövekedést pedig általában a hasonló hegesztési minőséghez hasonló hideg-huzal-GTAW-beállítás kétszer-háromszorosával növelik. Ez az oka annak is, hogy a GTAW{5}}HW-t gyakran középútként helyezik el az alacsony-lerakódású hideg GTAW-huzalos GTAW/orbitális GTAW és a magasabb-lerakódású, de nagyobb-hígítású eljárások, például a GMAW és a SAW{10}}szalag között.

Források: The Fabricator, "Culd GTAW hot{0}}wire go mainstream?"; Fit-Weld, "Nagy-teljesítményű meleghuzalos GTAW AWI burkolati rendszerek."

Hogyan szabályozza jobban a forró drót GTAW a hígítást, mint a többi burkoló eljárás?

A forró drót GTAW a gyártási gyakorlatban nagyjából a 3-8%-os hígítási tartományban van, ami a GMAW és a SAW-szalag alatt van (jellemzően 15-30%), és versenyképes a --el, bár általában magasabb, mint a - lézeres meleghuzal burkolat (körülbelül 5{1}}), így a legerősebb GTAW-H-nál a hegesztés 5,0%-os felületi vashatár alatti egyrétegű hígítás szükséges.

A hígítás a kész hegesztési lerakódás azon része, amely olvadt nem nemesfémből származik, nem pedig töltőfémből. A szénen vagy gyengén ötvözött acélon lévő nikkelötvözet bevonatoknál a hígítás fontos, mert az alapfémből felszívott vas rontja a korrózióállóságot, a fedőréteg azért van, hogy biztosítsa a - legtöbb nikkelötvözet fedőréteg specifikációit, a felület vastartalmát 5,0 tömegszázalékra korlátozzák, pontosan emiatt, és az általános hígítási folyamatok még jóval afölött abszorbeálhatják a határokat.

Mivel a GTAW íve a legalacsonyabb-energiájú, térben leginkább szabályozható a főbb ívburkolási folyamatok közül, mindig is ez produkálta az ívcsalád legalacsonyabb hígítását - a kompromisszum-történelmileg alacsony lerakódási sebessége volt. A GTAW-HW megtartja ezt az alacsony-hígítási karaktert, miközben bezárja a lerakódási-ráta résének nagy részét, amely a kiválasztás alapja mindenhol, ahol mindkét változó korlátozva van.

Források: Lincoln Electric, "Laser Hot Wire Cladding"; Welding Fabrication World, "Weld Overlay/Cladding - Types, Process & ASME Requirements"; ScienceDirect, "A Hastelloy C276 burkolatainak hegesztése a GTAW hideghuzal-adagolási eljárással." A tartományok reprezentatívak a közzétett helyszíni és laboratóriumi adatokra; minősítse az összes értéket eljárásminősítési teszteléssel a vonatkozó kód szerint.

Milyen folyamatparaméterek szabályozzák valójában a lerakódási arány/hígítás egyensúlyát?

Négy paraméter végzi el szinte az összes munkát: az íváram a behatolást és a hígítást, a huzalelőtolási sebességet és az előmelegítő áramot nagyrészt az ívtől független lerakódási sebességet állítja be, a haladási sebesség pedig beállítja a gyöngyök átfedését és a réteglefedettséget - minősített GTAW-A HW eljárás mind a négyet össze hangolja, ahelyett, hogy bármelyiket a teljes történetként kezelné.

Íváram

Az íváram az alapfém olvasztásának elsődleges mozgatórugója. A nagyobb íváram kiszélesíti és elmélyíti a hegesztési medencét, több nem nemesfémet von be, és növeli a hígítást, - dokumentált gyöngy-a-lemezen tesztelve az Inconel 625 hot-huzal GTAW fedőrétegét 2,25Cr-1Mo-n, a hegesztési zóna szélessége hígítása és hígítási zónája nőtt. Az áramerősség 125 A-ről 200 A-re nőtt. Az íváramot ezért olyan alacsonyan tartják, amennyire az ív stabilan el tud tartani, miközben a fúzió eléri.

Huzalelőtolási sebesség és előmelegítő áram

A huzalelőtolás sebessége beállítja, hogy egységnyi idő alatt mennyi töltőanyag kerül a medencébe; Az előmelegítő áram beállítja, hogy a vezeték milyen közel van az olvadáshoz, amikor megérkezik. A kettő együttes emelése növeli a lerakódási sebességet, ami csak másodlagos hatással van az ív saját energiaegyensúlyára - ez az a mechanizmus, amely lehetővé teszi, hogy a GTAW-HW gyorsabban adjon töltőanyagot anélkül, hogy több hőt vonna be az ívből az alapfémbe.

A haladási sebesség és a perem átfedés

Az utazási sebesség szabályozza, hogy a medence mekkora része szilárdul meg a következő lépés előtt, ami beállítja a gyöngyök átfedését és lefedettségét. A lassabb haladás növeli az egységnyi hosszon belüli hőbevitelt, és még állandó áram mellett is növelheti a hígítást, így a haladási sebességet az árammal együtt kell minősíteni, nem pedig a műhelyben önállóan beállítani.

Előmelegítés/közbemeneti hőmérséklet és a rétegek száma

Mivel az egyrétegű, körülbelül 5% alatti hígítást nehéz garantálni a fúziós vonalon, függetlenül a folyamattól, a legtöbb specifikáció legalább két-rétegű fedőréteget ír elő, az első réteget pufferként kell kezelni, és a kémiát a fúziós vonaltól visszamért mintavételi mélységben minősítik -, 3 mm-es réteg vastagsága általában 3 mm. Az interpass hőmérséklet-szabályozás emellett korlátozza a hőfelhalmozódást az áthaladásokon keresztül, ami segít megőrizni a hígítást a gyökérúttól kezdve a kupakrétegen keresztül.

Milyen hegesztési áramok eredményeznek elfogadható hígulást az Inconel 625 acél burkolatánál?

Az Inconel 625 forró-huzal GTAW-fedőlemezén közzétett gyöngy-tesztelése-2,25Cr-1Mo acélon a 125-200 A tartományban ívárammal emelkedő hígulást és keménységet mutat, így a legtöbb gyártási eljárás az Inconel 625-ös sávon túl alacsony minőségi sávon, illetve az alacsonyabb minőségi sávon. támaszkodjon egy második rétegre, hogy a felületi kémiát a névleges Inconel 625 összetétel felé közelítse.

Ugyanez a tanulmány megállapította, hogy a négy vizsgált áram (125, 150, 175 és 200 A) közül a legnagyobb hegesztési fémkeménység 150 A-nál volt, a tartományban dendrites ausztenites mikrostruktúra és a hígítás, a szemcsék szélessége és a hőhatás által érintett zóna mérete az áram növekedésével párhuzamosan emelkedett. Az eljárásfejlesztés gyakorlati kivonata az, hogy az áramerősség önmagában nem szabad változó a termelékenység szempontjából - minden növekedést ellenőrizni kell a korróziós-releváns kémiai és keménységi határértékekkel szemben az irányadó specifikációban, nem csak a behatolás és a megjelenés szempontjából.

A savanyú-szolgáltatás-összetevők esetében a keménység szigorú határérték, nem csak minőségi mutató: a NACE MR0175/ISO 15156{5}}szabványnak megfelelő fedvényt általában 248 HV10-re korlátozzák a szén/gyengén ötvözött acél HAZ-ban, és 345 HV10-et magában az Inconel-rétegben, a Vickers 625-ös tesztelésével.

Mely kódok és szabványok szabályozzák a Hot Wire GTAW burkolat minősítését és elfogadását?

A GTAW-HW nikkelötvözet fedőeljárás elsősorban az ASME IX. szakasza (alapvető változók és mechanikai/kémiai vizsgálatok) szerint minősített, amelyet az ASME VIII. szakasz 1. osztályának F. függelékében alkalmaznak burkolt nyomástartó edényekre, és - olajmező- és savanyú-kiszolgáló berendezésekre, API6, API6 és API6-8 réteggel, API 6 és API 5 A8 réteggel. Az MR0175/ISO 15156 követelményei a vas hígítási osztályára és keménységére vonatkozóan.

Források: Material Welding, "Hegesztési eljárás minősítési tesztek követelményei a hegesztési fedőréteg minősítéséhez"; API 6A (a valvestandard.com összefoglalón keresztül); Piping-World, "Inconel 625 Weld Overlay Piping"; Welding Fabrication World, "Weld Overlay/Cladding".

A kész fedőréteg összetételét a tervezési specifikációnak vagy a hivatkozott töltőanyag-szabványnak megfelelően ellenőrizték - Az ASME IX. szakasza önmagában nem határoz meg minimális ötvözettartalmat. A kémiai analízis mintavételezése az ömlesztési vonaltól meghatározott távolságban történik, amely megfelel a minimális minősített fedőréteg vastagságának, és a megadott határérték feletti vastartalom az eljárás vagy a gyártási varrat elutasítását indokolja.

Melyek a forró vezetékes GTAW burkolat leggyakoribb hibái, és hogyan előzhetők meg?

A GTAW-HW nikkelötvözet fedőrétegben a legfontosabb hibák a következők: alul-burkolt repedés, ömlesztés hiánya a lábujjnál vagy a gyöknél, a nem megfelelő előmelegítésből eredő oxidált/nem olvadt huzalzárványok, valamint a nem megfelelő előmelegítésből származó -specifikáción kívüli-hígulás a fúziós vonalon, nem pedig elsősorban mind a négy minősítési paraméteren és az interpasson keresztül ellenőrzik {{4} hegesztési varrat-javítás után.

Burkolat alatti repedés: hidrogén és a HAZ-ban maradó feszültség okozza; megfelelő előmelegítési/közi hőmérséklettel, alacsony-hidrogén-gyakorlattal és adott esetben PWHT-vel vezérelhető.

Az összeolvadás hiánya a gyöngy lábánál vagy a menetek között: túlzott haladási sebesség vagy elégtelen ívenergia a fúziós vonalon; a haladási sebesség és a fáklyaszög minősítése, valamint a rétegek közötti vizuális/PT ellenőrzés vezérli.

Huzal oxidációja vagy megolvadatlan huzalzárványok: a vezeték túlzott előmelegítése a medence előtt, vagy az védőgáz veszteség a forró{0}}huzal érintkezési pontja körül; előmelegítő áram hangolásával és védőgáz lefedettség ellenőrzésével vezérelhető.

Túlzott hígítás / vasfelvétel a felületen: túlzott íváram, lassú mozgás vagy alul-vastagságú fedőréteg okozza; két-rétegű minimális átfedés, az aktuális minősítés és a kémiai összetételű mintavétel a minősített mélységben vezérli.

Mikro-repedések és nemkívánatos keményfém kiválás: a minősítő minta mikrovizsgálatával ellenőrzik; hőbevitel szabályozásával, valamint stabilizált vagy alacsony szén-dioxid-kibocsátású töltőanyagok esetén a töltőanyag kémiájának és az üzemi hőmérsékletnek a vezérlésével.

Hol illeszkedik a legjobban a forró drót GTAW a nikkelötvözet burkolatválasztási stratégiához?

A forró drót GTAW a megfelelő alapértelmezett cső---csőkötésekhez, fúvókák furataihoz, szeleptestekhez és más geometriailag korlátozott vagy nagy-értékű alkatrészekhez, ahol a hígítás 5% alatti és a gépesített, megismételhető lefedettség egyaránt számít - a nagy sík vagy íves területek, például az edényhéjak és a saw-fejek,5 az egyszerű javítások még mindig{{} SMAW.

A nikkelötvözet fedőrétegre vonatkozó eljárás kiválasztása a terület, a hozzáférés, a hígítási követelmény és a költségek közötti kereskedelem. A SAW-szalag és az impulzusos GMAW nagy területeket fed le a leggyorsabban, de nem tudják megbízhatóan tartani a hígítást körülbelül 10-15% alatt egyetlen rétegben, ezért olyan alkalmazásokhoz vannak fenntartva, ahol már két vagy több réteget terveznek, vagy ahol a hígítási határ kevésbé szigorú. A SMAW továbbra is az egyetlen praktikus választás a helyszíni javításokhoz és a kényelmetlen hozzáféréshez, ahol a gépesítés nem lehetséges. A GTAW-HW azt a helyet foglalja el, ahol a geometria kellően korlátozott ahhoz, hogy megjutalmazza a pontosságot - csőfuratok, fúvókanyakok, kis szeleptestek -, de a terület túl nagy, vagy a gazdaságosság túl szűk a hideghuzalos GTAW-hoz.

A lézeres meleghuzal-burkolat ugyanabba az irányba tolja a hígítási és lerakódási sebességet, mint a GTAW-HW, és érdemes a nagyon nagy-értékű alkatrészeket értékelni, ahol a lézeres berendezések tőkeköltsége indokolt. A csöveken, idomokon, karimákon és kovácsolt anyagokon végzett nyomás alatti-nikkelötvözetből készült fedőmunkák többségénél a GTAW-HW továbbra is az a folyamat, amely a legjobban egyensúlyozza a minősítési ismereteket, a berendezés költségeit és a korróziós szolgáltatás által megkövetelt hígítás-szabályozást.

Gyakran Ismételt Kérdések

K: Milyen hígítási szint elfogadható az Inconel 625 hegesztési fedőréteghez szénacélon?

V: A legtöbb nikkelötvözet fedőrétegre vonatkozó specifikáció legfeljebb 5,0 tömeg%-ra korlátozza a felület vastartalmát, amihez általában legalább két-rétegű fedőréteg szükséges, mivel az egyrétegű-hígítást a fúziós vonalnál nehéz 5% alá állítani bármilyen íveljárással, beleértve a forró drót GTAW-t is.

K: Mennyivel gyorsabb a forró drót GTAW, mint a hagyományos hideg{0}}vezetékes GTAW?

V: A GTAW-HW közzétett leválasztási sebessége nagyjából kétszer-háromszor nagyobb, mint a hideg-huzal GTAW hasonló hegesztési minőség mellett, a GTAW-HW pedig körülbelül 1-12 lb/óra, a huzal átmérőjétől és az előmelegítő áramtól függően.

K: A forró drót GTAW kiküszöböli a több fedőréteg szükségességét?

V: Nem. Még a GTAW-HW alacsonyabb hígításánál is a legtöbb specifikáció még mindig legalább két-rétegű fedőréteget igényel, mivel az első réteg hígítópufferként működik az alapfém és a korróziós -kritikus felületi réteg között.

K: Melyik kód szabályozza a savanyú{0}}szervizes nikkelötvözet fedőréteg keménységi határait?

V: A NACE MR0175/ISO 15156 szabályozza a keménység elfogadását savanyú használat esetén, a határértékeket általában 248 HV10-nél alkalmazzák a szén/alacsony{4}}ötvözetű acél HAZ és 345 HV10 értéknél az Inconel 625 fedőrétegnél, a Vickers-teszttel ellenőrizve.

K: Mikor érdemes SAW{0}}szalagot vagy GMAW-t használni a forró drót GTAW helyett?

V: A SAW-szalag és az impulzusos GMAW jobban megfelel a nagy, nyílt területeknek, például az edényhéjaknak és a fejeknek, ahol a rétegenkénti nagyobb hígítás elfogadható, és több réteget már terveznek; a forró drót GTAW-t részesítjük előnyben, ha a geometria korlátozott, vagy ha az egyrétegű{1}}hígítás szabályozása kritikus fontosságú.