Sârmă fierbinte GTAW pentru placarea din aliaj de nichel: controlul vitezei de depunere și al diluției

Introducere

Suprapunerea de sudură din aliaj de nichel protejează limita de presiune a componentelor din oțel carbon și slab aliat-de coroziune, fără costul construcției întregii piese din placă solidă Inconel sau Hastelloy. Suprapunerea funcționează numai dacă se întâmplă două lucruri simultan: depunerea trebuie să coboare suficient de repede pentru a fi economică și trebuie să rămână chimic suficient de aproape de metalul de adaos - nu de oțelul de bază - pentru a oferi rezistența la coroziune pe care o cere proiectarea. Cele două goluri se luptă în mod normal între ele. Sudarea cu arc cu tungsten cu sârmă fierbinte (GTAW-HW) este procesul creat special pentru a opri această luptă.

Acest articol compară GTAW cu sârmă fierbinte cu celelalte procese utilizate pentru placarea cu aliaj de nichel - sârmă-rece GTAW, GMAW, bandă cu arc submers (SAW-bandă), arc transferat cu plasmă (PTA) și sârmă caldă laser - cu privire la viteza de depunere și diluare și stabilește standardele care reglementează un proces și defectele controlate Procedura de suprapunere GTAW-HW.

Ce este Hot Wire GTAW și de ce contează pentru placarea din aliaj de nichel?

Firul fierbinte GTAW adaugă o a doua sursă de energie care preîncălzește rezistiv firul de umplutură până aproape de punctul său de topire înainte de a ajunge la arc, astfel încât arcul de tungsten nu mai trebuie să furnizeze toată energia necesară pentru a topi umplutura. Separarea dintre „încălzirea firului” de „încălzirea metalului de bază” este ceea ce permite GTAW-HW să crească rata de depunere fără a crește diluția.

În GTAW cu fir-rece convenționale, arcul de tungsten efectuează două sarcini simultan: topește metalul de bază pentru a forma bazinul de sudură și topește firul de umplere alimentat în acea piscină. Deoarece ambele atrag din aceeași energie de arc, împingerea mai multor umplutură prin arc pentru a crește rata de depunere crește, de asemenea, energia arcului și comportamentul de deplasare necesare pentru a-l topi -, ceea ce crește topirea metalului de bază și, prin urmare, diluția.

Firul fierbinte GTAW rupe acel cuplaj. O sursă de alimentare separată, izolată electric, trece curentul prin firul de umplere dintre vârful de contact și bazinul de sudură, încălzindu-l rezistiv până la o temperatură aproape de-topire înainte de a ajunge vreodată la arc. Sarcina arcului de tungsten se reduce la terminarea topiturii și controlul pătrunderii în metalul de bază, în timp ce circuitul de preîncălzire a firului - nu arcul - furnizează cea mai mare parte a energiei necesare pentru a topi umplutura.

Rata de depunere este stabilită în principal de viteza de alimentare a firului și de curentul de preîncălzire, în mare măsură independent de curentul arcului.

Pătrunderea metalului de bază (și, prin urmare, diluția) este stabilită în principal de curentul arcului și viteza de deplasare, în mare măsură independent de rata de depunere.

Cele două variabile pot fi reglate separat - principalul motiv pentru care GTAW-HW atinge o productivitate mai mare fără a sacrifica controlul diluției.

Cum crește GTAW cu fir fierbinte rata de depunere față de GTAW cu fir-rece convențional?

Preîncălzirea firului îi permite să se topească în bazin în momentul în care sosește, în loc să extragă energie de topire din arc, motiv pentru care ratele de depunere documentate GTAW-HW sunt de aproximativ două până la trei ori mai mari decât GTAW-sârmei reci la rate de depunere de aproximativ 1-12 lb/h, fără a crește energia sau diluția arcului.

În GTAW-sârmă rece, firul intră în bazin la temperatura camerei, iar arcul trebuie să furnizeze căldura latentă completă și căldură sensibilă pentru a-l topi - o limită a cantității de sârmă care poate fi adăugată pe unitatea de timp înainte ca procesul să înceapă împușcarea, împroșcarea sau stropirea la vârful firului. Preîncălzirea firului rezistiv înlătură cea mai mare parte a acelei datorii termice înainte de sosirea firului, astfel încât o viteză mai mare de alimentare a firului poate fi susținută la aceleași setări de arc.

Surse din industrie raportează rate de depunere GTAW-HW care se întind aproximativ 1 până la 12 lb/h, în funcție de diametrul firului, curentul de preîncălzire și geometria îmbinării sau suprapunerii, cu câștiguri de productivitate citate în mod obișnuit la de două până la trei ori o configurație comparabilă GTAW-sârmă rece pentru aceeași calitate a sudurii. Acesta este, de asemenea, motivul pentru care GTAW-HW este poziționat frecvent ca o cale de mijloc între GTAW cu fir-de depunere la rece-scăzută/GTAW orbital și procese cu depunere-mai mare, dar cu diluție-mai mare, cum ar fi GMAW și banda SAW-.

Surse: The Fabricator, „Could GTAW hot-wire merge mainstream?”; Fit-Suda, „Sisteme de placare GTAW TIG cu sârmă fierbinte de înaltă-performanță”.

Cum controlează GTAW cu sârmă fierbinte diluția mai bine decât alte procese de placare?

Sârmă fierbinte GTAW menține diluția în aproximativ 3-8% în practica de producție, care se află sub GMAW și SAW-banda (de obicei 15{-30%) și este competitivă cu -, deși de obicei mai mare decât - placarea cu sârmă fierbinte cu laser (aproximativ 5{{8}%), făcând sudura cu arc GTAW cea mai puternică}10%) opțiune când este necesară o diluție cu un singur strat sub limita de 5,0% fier de suprafață.

Diluția este fracția din depozitul de sudură finit care provine mai degrabă din metalul de bază topit decât din metalul de umplutură. Pentru acoperirea cu aliaj de nichel pe oțel carbon sau cu oțel slab aliat, diluția contează deoarece fierul preluat din metalul de bază degradează rezistența la coroziune, suprapunerea este acolo pentru a oferi - majoritatea specificațiilor pentru suprafața aliajului de nichel limitează conținutul de fier de suprafață la 5,0% în greutate exact din acest motiv, iar arcul general poate absorbi cu mult peste ceea ce un singur proces poate rula.

Deoarece arcul GTAW este cea mai scăzută-energie, cea mai controlabilă din punct de vedere spațial dintre procesele majore de placare a arcului, a produs întotdeauna cea mai scăzută diluție a familiei de arc - schimbul-a fost din trecut rata sa scăzută de depunere. GTAW-HW păstrează acel caracter de-diluție scăzută în timp ce închide o mare parte a decalajului-de depunere, care stă la baza selecției sale oriunde ambele variabile sunt constrânse.

Surse: Lincoln Electric, „Laser Hot Wire Cladding”; Welding Fabrication World, „Tipuri de suprapunere/placare de sudură -, procese și cerințe ASME”; ScienceDirect, „Sudați placarea Hastelloy C276 utilizând procesul de alimentare cu sârmă rece GTAW”. Intervalele sunt reprezentative pentru datele de teren și de laborator publicate; calificați toate valorile prin testarea de calificare a procedurii conform codului aplicabil.

Ce parametri de proces controlează de fapt rata de depunere/balanța de diluție?

Patru parametri fac aproape toată munca: curentul arcului stabilește penetrarea și diluția, viteza de alimentare a sârmei și viteza de depunere setată a curentului de preîncălzire, în mare măsură independent de arc, iar viteza de deplasare stabilește suprapunerea și acoperirea stratului - o procedură GTAW-HW calificată le acordă pe toate patru împreună, în loc să le trateze pe oricare dintre ele ca întreaga poveste.

Curentul de arc

Curentul arcului este motorul principal al topirii metalelor de bază. Curentul de arc mai mare mărește și adâncește bazinul de sudură, atragând mai mult metal de bază și crescând diluția - cordonul documentat-pe-testarea pe placă a Inconel 625-sârmă fierbinte GTAW suprapusă pe 2,25Cr{-oțel 1Mo a arătat o lățime a zonei de diluare și mărire a zonei cu intensitate crescută. de la 125 A la 200 A. Curentul arcului este, prin urmare, menținut la fel de scăzut pe cât îl poate susține în mod stabil arcul, realizând totuși fuziunea.

Viteza de alimentare a firului și curentul de preîncălzire

Viteza de alimentare a sârmei stabilește cât de mult metal de umplutură intră în piscină pe unitatea de timp; curentul de preîncălzire stabilește cât de aproape de topire este deja acel fir când ajunge. Creșterea ambelor împreună crește rata de depunere, cu doar un efect secundar asupra echilibrului energetic propriu al arcului - acesta este mecanismul care permite GTAW-HW să adauge mai rapid umplutură, fără a trage mai multă căldură din arc în metalul de bază.

Viteza de deplasare și suprapunerea talonului

Viteza de deplasare controlează cât de mult din bazin se solidifică înainte de următoarea trecere, ceea ce stabilește suprapunerea și acoperirea margelelor. Deplasarea mai lentă mărește aportul de căldură pe unitatea de lungime și poate crește diluția chiar și la curent constant, astfel încât viteza de deplasare este calificată împreună cu curentul, mai degrabă decât ajustată independent în atelier.

Temperatura de preîncălzire/interpass și numărul de straturi

Deoarece diluția cu un singur-strat sub aproximativ 5% este dificil de garantat la linia de fuziune, indiferent de proces, majoritatea specificațiilor necesită o suprapunere de minimum două-straturi, primul strat fiind tratat ca un tampon și chimia calificată la o adâncime de eșantionare măsurată înapoi de la linia de fuziune -, de obicei, de minimum 3 mm pentru o grosime de suprapunere de 3 mm. Controlul temperaturii interpass limitează, de asemenea, acumularea de căldură în treceri, ceea ce ajută la menținerea constantă a diluției de la trecerea rădăcinii prin stratul de capac.

Ce curenți de sudare produc o diluție acceptabilă pentru placarea Inconel 625 pe oțel?

Testarea-plăcută-publicată a suprapunerii Inconel 625 cu fir fierbinte-GTAW pe oțel 2,25Cr-1Mo arată diluția și duritatea, ambele crescând cu curentul de arc în intervalul 125-200 A, astfel încât majoritatea procedurilor de producție pentru Inconel 625 se califică pe jumătate de oțel-aliaj și oțeluri inferioare. un al doilea strat pentru a aduce chimia suprafeței restul drumului către compoziția nominală a Inconel 625.

Același studiu a constatat că cea mai mare duritate a metalului de sudură a avut loc la 150 A dintre cei patru curenți testați (125, 150, 175 și 200 A), cu o microstructură austenitică dendritică în intervalul și diluția, lățimea granulelor și dimensiunea zonei afectate de căldură-toate tendința în sus pe măsură ce curentul crește. Concluzia practică pentru dezvoltarea procedurii este că curentul nu este o variabilă liberă numai pentru productivitate - fiecare creștere trebuie verificată în raport cu limitele de coroziune-chimice și duritate relevante din specificația de reglementare, nu doar față de penetrare și aspect.

Pentru componentele de serviciu acru-, duritatea este o limită strictă, nu doar un indicator de calitate: stratul de acoperire conform NACE MR0175/ISO 15156-este de obicei limitat la 248 HV10 în HAZ din oțel carbon/scăzut aliat și 345 HV10 în Inconel 625, testat în mai multe locații Vickers.

Ce coduri și standarde guvernează calificarea și acceptarea placajei GTAW cu fire fierbinte?

O procedură de suprapunere a aliajului de nichel GTAW-HW este calificată în primul rând în conformitate cu ASME Secțiunea IX (variabile esențiale și teste mecanice/chimice), aplicată în cadrul ASME Secțiunea VIII Diviziunea 1 Apendicele F pentru recipientele sub presiune placate și - pentru zăcămintele petroliere și echipamentele de serviciu acru{-cu API56A, API562 și API562 Cerințe MR0175/ISO 15156 privind clasa de diluare a fierului și duritatea.

Surse: Material Welding, „Cerințe pentru testele de calificare a procedurii de sudare pentru calificarea suprapunerii de sudură”; API 6A (prin rezumatul valvestandard.com); Piping-World, „Conducta de suprapunere de sudură Inconel 625”; Welding Fabrication World, „Suprapunere/Cladding de sudură”.

Compoziția suprapunerii finite este verificată în raport cu specificația de proiectare sau cu standardul referitor la metal de umplutură - ASME Secțiunea IX nu stabilește ea însăși un conținut minim de aliaj. Analiza chimică este prelevată la o distanță definită în spate față de linia de fuziune, potrivindu-se cu grosimea minimă de acoperire calificată, iar conținutul de fier peste limita specificată este motiv de respingere a procedurii sau a sudurii de producție.

Care sunt cele mai frecvente defecte în placarea GTAW cu fire fierbinte și cum sunt prevenite?

Defectele care contează cel mai mult în stratul de aliaj de nichel GTAW-HW sunt fisurarea sub-imbracării, lipsa fuziunii la vârf sau rădăcină, incluziunile de sârmă oxidate/netopite de la preîncălzirea necorespunzătoare și diluarea din--specificație la linia de fuziune, mai degrabă, decat toate cele patru sunt controlate prin disciplinare - reparație post-sudură.

Fisurarea sub-clad: determinată de hidrogen și stresul rezidual în ZAZ; controlat cu o temperatură corectă de preîncălzire/interpass, practica cu hidrogen scăzut-și, acolo unde este specificat, PWHT.

Lipsa fuziunii la vârful talonului sau între treceri: cauzată de viteza excesivă de deplasare sau de energie insuficientă a arcului la linia de fuziune; controlat prin viteza de deplasare și calificarea unghiului pistolului și prin inspecție vizuală/PT între straturi.

Oxidarea sârmei sau incluziunile sârmei netopite: cauzate de preîncălzirea firului prea mult în fața piscinei sau de pierderea de gaz de protecție în jurul punctului de contact al firului fierbinte-; controlat prin reglarea curentului de preîncălzire și verificarea acoperirii gazului de protecție.

Diluție în exces/captarea fierului la suprafață: cauzată de un curent de arc excesiv, deplasare lentă sau o suprapunere sub-grosime; controlat de suprapunere minimă cu două-straturi, calificare curentă și eșantionare a compoziției chimice la adâncimea calificată.

Micro-fisurare și precipitare nedorită de carbură: verificată prin microexaminarea probei de calificare; controlat prin controlul aportului de căldură și, pentru umpluturi stabilizate sau cu conținut scăzut de carbon-, prin potrivirea chimiei umpluturii cu temperatura de serviciu.

Unde se potrivește cel mai bine GTAW cu sârmă fierbinte într-o strategie de selecție a placajului din aliaj de nichel?

Sarma fierbinte GTAW este implicit potrivită pentru îmbinările tub{0}}la-foaia tubulară, găurile duzei, corpurile supapelor și alte componente constrânse din punct de vedere geometric sau cu valoare-înaltă, unde diluția sub 5% și acoperirea mecanizată și repetabilă contează atât - zone mari plane sau curbate, cum ar fi carcasa vaselor și câmpurile simple, sunt mai bine deservite, cât și câmpurile simple. reparații de către SMAW.

Selectarea procesului pentru suprapunerea aliajului de nichel este un schimb între zonă, acces, cerință de diluare și cost. SAW-strip și GMAW în impulsuri acoperă cel mai rapid suprafețe mari, dar nu pot menține în mod fiabil diluția sub aproximativ 10-15% într-un singur strat, deci sunt rezervate aplicațiilor în care sunt deja planificate două sau mai multe straturi sau în care limita de diluție este mai puțin strictă. SMAW rămâne singura alegere practică pentru reparații pe teren și acces dificil acolo unde mecanizarea nu este posibilă. GTAW-HW ocupă spațiul în care geometria este suficient de restrânsă pentru a recompensa precizia - găuri de tuburi, gâturi duze, corpuri mici de supapă -, dar zona este prea mare sau economia prea strânsă doar pentru GTAW cu fir rece.

Placarea cu sârmă fierbinte cu laser împinge viteza de diluare și depunere mai departe în aceeași direcție ca GTAW-HW și merită evaluată pentru componente cu valoare-foarte mare în care costul de capital al echipamentelor laser este justificat. Pentru majoritatea lucrărilor de suprapunere cu aliaj de nichel la limită de presiune-pentru țevi, fitinguri, flanșe și piese forjate, GTAW-HW rămâne procesul care echilibrează cel mai bine familiaritatea calificării, costul echipamentului și controlul diluției cerut de serviciul de coroziune.

Întrebări frecvente

Î: Ce nivel de diluție este acceptabil pentru suprapunerea de sudură Inconel 625 pe oțel carbon?

R: Cele mai multe specificații de suprapunere a aliajului de nichel limitează conținutul de fier de suprafață la 5,0% în greutate maxim, ceea ce necesită, de obicei, o suprapunere de minimum două-straturi, deoarece diluția cu un singur-strat la linia de fuziune este dificil de redus sub aproximativ 5% cu orice proces cu arc, inclusiv GTAW cu fir fierbinte.

Î: Cât de rapid este GTAW cu fir cald decât GTAW cu fir-rece convențional?

R: Ratele de depunere publicate pentru GTAW-HW rulează de aproximativ două până la trei ori mai mari decât GTAW-sârmă rece la o calitate comparabilă a sudurii, cu GTAW-HW care se întinde de aproximativ 1 până la 12 lb/h, în funcție de diametrul firului și curentul de preîncălzire.

Î: GTAW cu fir fierbinte elimină nevoia de mai multe straturi de suprapunere?

R: Nu. Chiar și la diluția mai mică a GTAW-HW, majoritatea specificațiilor necesită încă o suprapunere de minim două-straturi, deoarece primul strat acționează ca un tampon de diluție între metalul de bază și stratul-de suprafață critic de coroziune.

Î: Ce cod guvernează limitele de duritate pentru suprapunerea de aliaj de nichel de serviciu acru-?

R: NACE MR0175/ISO 15156 reglementează acceptarea durității pentru serviciul acru, cu limite aplicate în mod obișnuit la 248 HV10 pentru carbon/oțel-scăzut aliat HAZ și 345 HV10 pentru suprapunerea Inconel 625, verificate prin testarea Vickers.

Î: Când ar trebui să se folosească SAW-strip sau GMAW în locul GTAW cu fir fierbinte?

R: SAW-strip și GMAW pulsate sunt mai potrivite pentru zonele mari, deschise, cum ar fi carcasele și capetele vaselor, unde este acceptabilă o diluție mai mare per strat și sunt deja planificate mai multe straturi; GTAW cu sârmă fierbinte este preferată acolo unde geometria este limitată sau controlul diluției cu un singur strat-este critic.