Monel 400 hegesztési eljárás: GTAW, töltőfém ERNiCu-7 és hegesztés utáni tisztítás

Monel 400(UNS N04400, W.Nr. 2.4360) egyfázisú -nikkel-réz ötvözet - körülbelül 67% nikkelt és 30% rézt -, amely kiválóan ellenáll a tengervíznek, a hidrogén-fluoridnak és a forró maró környezetnek. Megbízhatóan hegeszt, de megjutalmazza a fegyelmezett eljárást: gázvolfrám ívhegesztés (GTAW/TIG) ERNiCu{10}}7 töltőfémmel, szigorú tisztaság a porozitás elkerülése érdekében, szabályozott hőbevitel a forró repedés megakadályozása érdekében, valamint alapos hegesztés utáni tisztítás a korrózióállóság helyreállítása érdekében.

Ez a cikk választ ad a hegesztők és mérnökök által leggyakrabban feltett kérdésekre: mi az ötvözet, melyik eljárást és töltőanyagot válasszuk, a pontos GTAW-paraméterek, hogyan lehet megakadályozni a porozitást és a forró repedést, hogyan lehet hegeszteni az eltérő kötéseket, mit igényel a hegesztési varrat -utáni tisztítása, szükség van-e hőkezelésre, valamint a Monelds 400 minősítésének és ellenőrzésének módja. Minden mennyiségi kimutatás visszavezethető a Hivatkozások részben felsorolt ​​szabványokhoz és gyártói forrásokhoz.

A Monel 400 hegesztés áttekintése

Az alábbi táblázat összefoglalja a cikkben szereplő válaszokat. Minden sor külön-külön kivonható és idézhető.

Mi az a Monel 400, és miért van szüksége speciális hegesztési eljárásra?

A Monel 400 (UNS N04400) egyfázisú nikkel-réz ötvözet, amely nagyjából 63-70% nikkelt és 28-34% rezet tartalmaz, és jól hegeszt a hagyományos íveljárásokkal - az eljárás nem azért fontos, mert az ötvözet nehezen hegeszthető, hanem a szokatlan fém érzékenysége miatt megakadályozható: szennyeződés és forró repedés a hőbevitelből és a szennyeződésből.

A Monel 400 nem „rozsdamentes acél”, és nem egy öregedő{1}}ötvözet. Szilárd-oldatú nikkel-réz ötvözet: a két elem teljesen oldódik egymásban, így a mikroszerkezet minden hőmérsékleten ausztenites, hőkezeléssel nem keményedik meg. Ez az egyetlen tény magyarázza azokat a hegesztési szabályokat, amelyek szerint - kohászati ​​okokból előmelegítés nélkül, hegesztés utáni kötelező hőkezelésen- és transzformációs repedés nélkül, ami kockázatot jelent az edzhető acéloknál.

A 2. táblázat felsorolja az egyes elemek névleges összetételét és korróziós munkáit.

2. táblázat: A Monel 400 névleges összetétele (UNS N04400, ASTM B164 és gyártói adatlapok szerint).

A kombináció adja a Monel 400 klasszikus alkalmazási területeit: tengervízcsövek, szivattyúk és szelepek a tengeri szolgáltatásban; berendezések fluorsavhoz, kénsavhoz és maró lúgokhoz; hőcserélő csövek; és kötőelemek, rugók és műszerelemek. A termékformákat az ASTM B127 (lemez/lap), B164 (rúd/rúd), B165 (varrat nélküli cső/cső), B163 (kondenzátorcső) és B564 (kovácsolt anyagok) fedi le, az ASME megfelelőivel a nyomásszolgáltatáshoz. Mivel az ötvözet egyfázisú-, a hegeszthetőség alapvetően jó, - az eljárásnak egyszerűen meg kell védenie a tiszta, alacsony hőmérsékletű, alacsony{11}}szennyeződésű hegesztőmedencét.

Melyik hegesztési eljárást és töltőanyagot használjam a Monel 400-hoz?

Használja a GTAW-t (TIG) ERNiCu-7 töltőfémmel (AWS A5.14) a Monel 400 referencia eljárásaként; A GMAW ugyanazzal az ERNiCu-7 vezetékkel és az SMAW ENiCu-7 elektródákkal (AWS A5.11) praktikus gyártási alternatíva vastagabb vagy kevésbé kritikus munkákhoz.

A töltőanyag kiválasztása a szilárd{0}}oldatú ötvözetek klasszikus illeszkedési szabályát követi: a töltőanyagnak meg kell felelnie az alapfém kémiájának, hogy a hegesztési varrat mikroszerkezete és korrózióállósága ugyanolyan legyen, mint az alapfém. Az ERNiCu-7 (amelyet gyakran Monel 60 / Alloy 60 márkanéven árulnak) ennek a töltőanyagnak az AWS A5.14 jelölése. Névleges összetétele: nikkel 62–69%, rézegyensúly (kb. 27–34%), titán 1,5–3,0%, mangán körülbelül 4,0%, vas legfeljebb 2,5%, szilícium 1,25% és szén legfeljebb 0,15%. A titán szándékos hozzáadása a kulcsfontosságú részlet: deoxidálja a hegesztési medencét, és segít elnyomni a porozitást, amely a Monel-hegesztési varrat egyetlen leggyakoribb hibája.

A fedett -elektródos (pálcika) hegesztéshez az AWS A5.11 ENiCu-7 elektródák (Monel 190 típusú) ugyanazt az illeszkedést biztosítják az SMAW számára. A GMAW (MIG) esetében ugyanazt az ERNiCu-7 huzalt táplálják argonnal vagy argon-hélium árnyékolással. A 2. ábra az alapfém és a töltőanyag névleges összetételét hasonlítja össze, hogy megmutassa, miért nevezik az ERNiCu-7-et „megfelelő” töltőanyagnak: a kettő közel azonos, kivéve a töltőanyagban lévő titánt.

2. ábra: A Monel 400 nem nemesfém névleges összetétele az ERNiCu-7 töltőanyaggal szemben (tipikus értékek, tömeg%; tartományok UNS N04400 és AWS A5.14 szerint).

A 3. táblázat összefoglalja, hogyan osztják fel általában a három fő folyamatot.

3. táblázat: Hegesztési eljárások a Monel 400-hoz és jellemző szerepük.

Hogyan készítsem fel a Monel 400-at a hegesztésre?

Az előkészítés az, ahol a legtöbb Monel 400 hegesztési probléma dől el: zsírtalanítsa a kötést tiszta oldószerrel, távolítsa el az oxidokat erre a célra szolgáló rozsdamentes-acél szerszámokkal, és tartsa mentesen a hézagot kén-, ólom-, réz- és szén--acélszennyeződéstől -, majd használjon olyan kötéskialakítást, amely lehetővé teszi a hegesztő számára túlzott hőbevitel nélkül.

A Monel 400-at vékony, szívós felületű oxiddal szállítjuk, amelyet hegesztés előtt el kell távolítani. Kezdje a zsírtalanítással: törölje le a hézagot és a töltőhuzalt acetonnal vagy jóváhagyott oldószerrel, hogy eltávolítsa az olajat, zsírt, vágófolyadékot és a műhelyporot - ezek a hegesztési varratok porozitásának közvetlen okai. Ezután távolítsa el a felületi oxidot mechanikusan egy rozsdamentes-acél drótkefével vagy egy tiszta csiszolóanyaggal, majd törölje le újra. A kefét Monel/nikkel ötvözetekhez kell használni: a korábban szénacélhoz használt kefe vasrészecskéket ágyaz be a felületbe, és a vasszennyeződés helyi rozsdásodást és lyukasztást okoz a hegesztés üzembe helyezése után.

A szennyeződés szabályai szigorúak. Soha ne használjon kén-jelölőtollat ​​vagy zsírkrétát az illesztés közelében. - A kén elősegíti a forró repedést. Soha ne engedje, hogy a rézből vagy réz-ötvözetből készült szerszámok (sárgaréz kalapácsok, réz támasztórudak, rézforgácsoló szerszámok) hozzáérjenek az olvadt medencéhez: az olvadt réz nedvesíti a nikkelötvözetet, és alacsonyan olvadó filmeket képez, amelyek megrepednek. A kötés kialakítása hagyományos: cső és lemez esetén egyetlen -V-os, körülbelül 60–70 fokos szöget zár be egy gyökérréssel, amely lehetővé teszi a teljes fúziót, és a csatlakozásnak tisztának és száraznak kell lennie közvetlenül a hegesztés előtt. Mivel a Monel folyékonysága alacsonyabb, mint az acélé, a nyílt hozzáférés és a jó illeszkedés-csökkenti a fúziós hibák-hiányának-kockázatát.

Mik a pontos GTAW paraméterek a Monel 400-hoz?

A Monel 400 GTAW-hoz használjon egyenáramú negatív elektródát (DCEN), 100%-os argon árnyékolást 15–20 cfh-nál, rövid ívet, szövés nélküli húrgyöngyöket, mérsékelt, nagyjából 0,5–1,5 kJ/mm hőbevitelt, és tartsa az áthaladási hőmérsékletet körülbelül 150 fokon vagy az alatt. {{7} Előmelegítés nem szükséges.

A DCEN (elektróda negatív) a Monel GTAW alapfelszereltsége: a hőt koncentrálja a munkadarabban a jó behatolás érdekében, miközben hidegen tartja a volfrámelektródát. A tiszta argon a normál védőgáz 15–20 cfh (körülbelül 7–9,5 l/perc) sebességgel; vastagabb szakaszokhoz hélium vagy argon-hélium keverék adható a hézagba történő hőbevitel növelésére. A csövön argon visszaöblítés védi a gyökeret az oxidációtól. Az ív legyen rövid - a hosszú ív levegőt szív be az árnyékolásba, és bevált porozitást generál.

Az aktuális tartomány főként a töltőhuzal átmérőjétől és metszetvastagságától függ, amint azt a 4. táblázat foglalja össze (az értékek a töltőanyag-fém gyártójának útmutatásából származnak; a pontos értékeknek a minősített hegesztési eljárás specifikációjából (WPS) kell származniuk).

4. táblázat: Tipikus GTAW-paraméter-tartományok Monel 400-hoz ERNiCu-7 töltőanyaggal (DCEN, 100% argon).

A hőbevitelt az áram, a haladási sebesség és a technika kombinációja szabályozza. Tartsa az ívet egyenes, keskeny szálú gyöngyökben, és kerülje a széles szövést, amely túlmelegíti a medencét. Mivel a Monel 400 jobban kitágul, mint az acél hevítés hatására, a torzulás gyorsan felhalmozódik a többmenetes hegesztéseknél; a mérsékelt haladási sebesség és az interpass-vezérlés kordában tartja a torzítást és a forró{4}}repedés kockázatát. Sok eljárás korlátozza az interpass hőmérsékletet 100-150 fokra; egyesek körülbelül 200 fokot engednek meg, de a 150 fok a konzervatív szabályozási pont. Az 1. ábrán látható a teljes hat -lépéssorozat - az anyagellenőrzéstől az ellenőrzésig -.

1. ábra: Monel 400 GTAW hegesztési munkafolyamat - hat lépésből áll (vázlatos; nem helyettesíti a minősített WPS-t).

Miért válnak porozitássá a Monel hegesztési varratok, és hogyan előzhetem meg?

A porozitás az első számú hiba a Monel 400-as hegesztésben, és szinte mindig szennyeződés - olaj, zsír, vágófolyadék, nedvesség, kén-csapágyjelzők vagy rossz gázfedettség -, nem maguk a hegesztési paraméterek; a tiszta felületek, a száraz fogyóeszközök és a jó árnyékolás megakadályozza.

A mechanizmus a gázfejlődés a megszilárdulás során. Amikor a szénhidrogéneket, nedvességet vagy más szennyeződéseket az ív felmelegíti, hidrogénre, oxigénre és gőzre bomlik. Ezek a gázok a folyékony hegesztési medencében oldódnak, de a megszilárduló nikkelötvözetben szinte oldhatatlanok, ezért a megszilárdulási fronton kilökődnek és buborékokként csapdába esnek. Mivel a nikkel-réz varrat egy szűk hőmérséklet-tartományban megszilárdul, a buborékoknak kevés ideje van kiúszni, és az eredmény porózus, szivárgó, mechanikailag gyenge varrat.

A megelőzés egy ellenőrző lista, nem titok:

• Tisztaság -Közvetlenül hegesztés előtt zsírtalanítsa a hézagot és a töltőhuzalt acetonnal vagy oldószerrel.
• Nincsenek szennyeződések -Törölje le a vágófolyadékokat, kenőanyagokat és a bolti port; soha ne hegesszen rá festékre vagy jelölőfestékre.
• Száraz fogyóeszközök -Tárolja a töltőhuzalt száraz csomagolásban; látható rozsdás, lerakódó vagy nedves rúd vagy huzal visszautasításra kerül.
• Árnyékolás -Használjon nagy-tisztaságú argont és ellenőrizze az áramlást; hosszú ív vagy huzatos műhely feltöri az árnyékolást.
• Hátsó öblítés -Öblítse ki a cső belsejét argonnal, hogy a gyökér mindkét oldalon védett legyen.
• áthaladások között -Tartsa szabályozottan a szakaszok közötti hőmérsékletet, és minden egyes menetet külön rozsdamentes kefével tisztítson meg.

Miért reped a Monel 400 hegesztés közben, és hogyan előzhetem meg a forró repedést?

A forró repedést (szilárdulási repedést) a Monel 400-ban az alacsony -olvadáspontú eutektikumok - kénben, foszforban vagy rézben gazdag filmek okozzák, amelyek folyékonyak maradnak, miközben a környező fém már megszilárdult -, és ezt a tiszta felületek, az alacsony hőbevitel, a húrhőmérséklet}, a szabályozott rézfúrószerszámok és az ellenőrzött szigorú interpassok megakadályozzák.

Ahogy a hegesztőmedence lehűl, a dendritek a fúziós vonaltól a központ felé nőnek. Ha tramp elemek, például kén és foszfor vannak jelen, az utolsó folyadékban koncentrálódnak, hogy megfagyjanak, és alacsony olvadáspontú filmeket képeznek a szemcsehatárok mentén. Amikor az összehúzódó, megszilárduló varrat - nagyobb zsugorodási feszültségnek van kitéve nagy hőbevitel mellett, széles szövésű gyöngyök, nagy visszatartás vagy vastag szakaszok - ezek a még mindig-folyékony filmek felszakadnak, és a repedés befagy. Ez az oka annak, hogy a Monel eljárások annyira ragaszkodnak az alacsony-hézagtartalomhoz és az alacsony kéntartalmú anyagokhoz.

Külön említést érdemel a rézszennyeződés az ötvözet saját kémiája miatt. Ha a sárgaréz kalapácsokból, réz támasztórudakból vagy réz{1}}ötvözet forgácsoló szerszámokból származó réz az olvadt medencébe kerül, akkor a nikkellel egyesülve alacsony olvadáspontú nikkel-réz eutektikumot képez, amely könnyen megreped. Gyakorlatilag a hegesztőmedence a saját repedésre{4}}érzékeny ötvözetévé válik. A szabály abszolút: soha ne érintse meg a forró hegesztési területet rézzel vagy sárgarézzel, és csak nikkelötvözetekhez készült acélszerszámokat használjon.

A praktikus repedésgátló -ellenőrzők tükrözik a porozitási listát: ellenőrizze az alap és a töltőanyag alacsony kéntartalmát; alaposan zsírtalanítsa; mérsékelt hőbevitelt (0,5–1,5 kJ/mm) használjon szálas gyöngyökkel; interpass tartása 150 fok vagy annál kisebb; Kerülje el az ízületek túlzott korlátozását a jó illeszkedés-és sorrendbe állításával; többmenetes hegesztéseknél pedig hagyja kihűlni a hegesztést a hegesztések között. Ha repedést talál, csiszolja ki teljesen, és újra-hegesztéssel - hegesztéssel a repedés soha nem gyógyul meg.

Hogyan kell a Monel 400-at szénacélra vagy rozsdamentes acélra hegeszteni?

A Monel 400 sikeresen hegeszt szénacélhoz és rozsdamentes acélhoz nikkel-réz vagy nikkel töltőanyagokkal - jellemzően ERNiCu-7 vagy ENiCu-7 - minősített WPS-sel, ellenőrzött hígítással, és annak tudatában, hogy az eltérő kötés örökli a gyengébb oldal mechanikai tulajdonságait.

A Monel{0}}–-acéltól eltérő kötések gyakoriak a vegyi és tengeri üzemekben, ahol a Monel-alkatrészek (szelep, szivattyú, cső) szénacélhoz vagy rozsdamentes csövekhez vannak csatlakoztatva. Az ERNiCu-7 a szabványos töltőanyag ezekhez a hézagokhoz, mert lerakódása mindkét oldallal kompatibilis: illeszkedik a Monel oldalhoz, és mérsékelt vashígítást fogad el az acél oldalról anélkül, hogy rideg fázisokat képezne. Acél burkolati alkalmazásoknál az ERNiCu-7-tel történő befejezés előtt egy tiszta nikkel töltőanyag első kenőrétegét lehet felvinni a vasfelszívás szabályozására.

A két mérnöki kockázat a hígulás és az eltérő hőtágulás. Az acél oldali vas hígítja a hegesztési lerakódást, így a hőbevitelnek és a hegesztési technikának alacsony hígítást kell tartania - vaj és a többszöri áthaladás segít. A Monel és az acél hőtágulása különbözik, ezért a hosszú, erősen visszafogott kötéseket a rugalmasság szem előtt tartásával kell megtervezni. A minősítés mindig megelőzi a gyártást: a hézagot az irányadó előírásoknak megfelelő WPS-nek kell lefednie, a hegesztőknek pedig az érintett folyamathoz és anyagokhoz kell képzettnek lenniük.

Milyen utó{0}}hegesztési tisztítást igényel a Monel 400?

A hegesztési varrat-utáni tisztítás eltávolítja a hőszínt, az oxidréteget és a beágyazott vasszennyeződést speciális rozsdamentes-acél kefével és salétromsav-alapú pácolási kezeléssel, amelyet öblítés és szárítás követ; ez helyreállítja a hegesztési felület korrózióállóságát -, bár szigorúan véve ez tisztítás, nem pedig "passziválás" a rozsdamentes -acél értelmében, mivel a Monelnek nincs króm{5}}oxid filmje.

A hegesztés során a hőhatásnak kitett zóna -hőszínezetet - vékony oxidréteget - fejleszt, és a műhelyszerszámok vasrészecskéket hagyhatnak a felületben. Egyik sem véd: az oxidréteg a korrózió kiváltásának helye, a vasszennyeződés pedig üzem közben rozsdásodik, és kilyukad a nikkelötvözet. Ugyanaz a tisztasági logika, amely a hegesztés előtti-előkészítést szabályozza, érvényes a hegesztés után is, és ez számít a korróziós-kritikus alkalmazásoknál, mint például a tengervízcsövek és a HF savszolgáltatás.

A Monel 400 tipikus utólagos-hegesztési tisztítási folyamata a következő: (1) távolítsa el a hőárnyalatot és a hegesztési fröccsenést egy erre a célra szolgáló rozsdamentes-acél drótkefével vagy tisztítsa meg a koptató - soha szén{5}}acél keféket; (2) makacs oxidvízkő esetén pácolás salétromsav-alapú oldattal (például kb. 10%-os salétromsav 1–2%-os hidrogén-fluoriddal erős vízkő esetén, vagy szobahőmérsékletű ~20%-os salétromsavas kezelés a felület megtisztítása és a lerakódás eltávolítása érdekében, az ASTM A30880 gyakorlatot követve nikkelötvözetekhez igazítva); (3) alaposan öblítse le tiszta vagy ionmentes vízzel; és (4) teljesen megszárítjuk. A résekben maradt savmaradékok megtámadják az ötvözetet, ezért az öblítés nem kötelező.

A „Monel passziválása” általánosan elterjedt kifejezés technikailag laza: a rozsdamentes acél passziválása szándékosan króm{0}}oxid filmet növeszt, a Monel 400 pedig nem tartalmaz krómot. A nitrogén-kezelés valójában eltávolítja az oxidréteget, a szennyeződést és a vasszennyeződést, így az ötvözet saját nikkel-réz felülete -, amely eleve korrózióálló a szolgáltatási környezetben -, tisztán láthatóvá válik. Mindig ellenőrizze a pácolás receptjét az ötvözetgyártóval vagy egy képzett felületkezelő szakemberrel, és minden savat megfelelő PPE- és létesítményengedéllyel kezeljen.

Szükséges a Monel 400 utó{1}}hegesztési hőkezelés?

Nem - A Monel 400 nem edzhető, ezért a hegesztési varrat utó-hőkezelésére általában nincs szükség, és nem szükséges a korrózióállóság helyreállításához; A feszültségmentesítést csak akkor alkalmazzák, ha a kialakítás megkívánja, és a hegesztés utáni öregedési kikeményedés a Monel K-500-ra vonatkozik, nem a Monel 400-ra.

Mivel a Monel 400 egy-fázisú szilárd oldat, amely hűtéskor nem alakul át, a hegesztés nem hoz létre kemény, törékeny mikrostruktúrát a hőhatás-zónában, és nem érzékenyíti az ötvözetet -, nincs króm-karbid, amely kicsapódna, mint a rozsdamentes acéloknál. A-hegesztett Monel 400 megőrzi korrózióállóságát és hajlékonyságát, éppen ezért a standard eljárás egyszerűen hegesztés, tisztítás és ellenőrzés.

Két árnyalat. Először is, időnként feszültségmentesítést írnak elő a méretstabilitás vagy az erősen hegesztett vagy megmunkált alkatrészek{1}}maradványfeszültségének csökkentése érdekében; ha igen, akkor kövesse az irányadó kódot és a gyártó által javasolt hőmérséklet-tartományt, mert a nem megfelelő ciklus eldurvíthatja a szemcseszerkezetet. Másodszor, ne keverje össze a Monel 400-at a Monel K-500-zal (UNS N05500): A K-500 csapadékkal-edzhető, és hegesztéskor újra kell öregíteni a hegesztés után, hogy helyreállítsa szilárdságát – ez eltér a Monel 400 esetében leírt eljárástól.

Hogyan minősíthetem és ellenőrizhetem a Monel 400 hegesztéseket?

Minősítse a hegesztési eljárást a szabályozó kódnak - jellemzően ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section Section (PQR által támogatott WPS) nyomástartó berendezéseknél - minősítse a hegesztőket, majd ellenőrizze vizuális vizsgálattal, valamint a kód által megkövetelt behatolási, radiográfiás vagy ultrahangos vizsgálattal; savanyú szolgáltatás esetén adjon hozzá keménységi ellenőrzéseket, hogy megerősítse a NACE MR0175/ISO 15156 megfelelőségét 35 HRC vagy annál kisebb értéknél.

A Monel 400-as varrat csak annyira megbízható, mint a papírnyoma. Az írásos hegesztési eljárási specifikáció (WPS) rögzíti a lényeges változókat: - folyamat, nemesfém, töltőfém, polaritás, áramtartomány, védőgáz és áramlás, előmelegítési/közbemeneti határértékek és utólagos -hegesztési kezelés -, és alá kell támasztani a Procedure Qualification Record-nak (PQR) a destruktív és roncsoló vizsgálat} kupon. A hegesztőknek teljesítmény képesítéssel (WPQ) kell rendelkezniük a folyamathoz. Ez az ASME IX. szakaszának standard keretrendszere, és változatlanul vonatkozik a Monel 400-ra.

Az ellenőrzés általában 100%-os vizuális teszteléssel (VT) kezdődik a felületi porozitás, a repedések, az alámetszés és a nem teljes összeolvadás észlelésére - a cikkben leírt összes hiba. A folyadék behatoló vizsgálat (PT) a nikkelötvözetek szabványos felületi repedéskeresője; radiográfiás (RT) vagy ultrahangos vizsgálattal (UT) adunk hozzá nyomástartó- és kritikus szerkezeti hegesztéseket a vonatkozó kód és ügyfélspecifikáció szerint. Ahol az alkatrész H₂S-tartalmú szolgáltatást fog látni, ott a NACE MR0175/ISO 15156-3 a Monel 400-at legfeljebb 35 HRC keménységig sorolja fel, így a hegesztett fémen és a hőhatászónán végzett keménységmérések szabványos elfogadási lépést jelentenek (az ENSZ-tanúsítvánnyal igazolható például az anyagkövethetőség. 10204 3.1 malomtanúsítvány) a nem nemesfémhez és az ERNiCu-7 töltőanyag tételhez.