GTAW z vročo žico za obloge iz nikljevih zlitin: hitrost nanašanja in nadzor redčenja

Uvod

Zvarjena prevleka iz nikljeve zlitine ščiti tlačno mejo ogljikovih in nizko-legiranih jeklenih komponent pred korozijo, brez stroškov izdelave celotnega dela iz trdne plošče Inconel ali Hastelloy. Prekrivanje deluje samo, če se zgodita dve stvari hkrati: nanašanje se mora zmanjšati dovolj hitro, da je ekonomično, in mora ostati kemično dovolj blizu polnilne kovine - ne osnovnega jekla -, da zagotovi odpornost proti koroziji, ki jo zahteva načrt. Ta dva cilja se običajno borita drug proti drugemu. Plinsko obločno varjenje z vročo žico (GTAW-HW) je postopek, zasnovan posebej za zaustavitev tega boja.

Ta članek primerja vročo žico GTAW z drugimi postopki, ki se uporabljajo za oplaščenje z nikljevo zlitino - hladno-žico GTAW, GMAW, trak s potopljenim oblokom (SAW-strip), oblok s plazemskim prenosom (PTA) in lasersko vročo žico - glede hitrosti nanašanja in redčenja, ter določa procesne parametre, standarde in kontrole napak, ki urejajo kvalificiran postopek prekrivanja GTAW-HW.

Kaj je vroča žica GTAW in zakaj je pomembna za obloge iz nikljeve zlitine?

GTAW z vročo žico dodaja drugi vir energije, ki uporovno predgreje polnilno žico blizu njenega tališča, preden doseže oblok, tako da volframovemu obloku ni več treba dobavljati vse energije, potrebne za taljenje polnila. To ločevanje "segrevanja žice" od "segrevanja osnovne kovine" je tisto, kar omogoča GTAW-HW zvišanje stopnje nanašanja brez povečanja redčenja.

Pri običajni GTAW s hladno{0}}žico volframov oblok opravlja dve nalogi hkrati: tali osnovno kovino, da se oblikuje zvarni bazen, in tali dodajno žico, ki se dovaja v ta bazen. Ker oba črpata iz iste energije obloka, potiskanje več polnila skozi oblok, da se poveča stopnja nanašanja, poveča tudi energijo obloka in potovalne lastnosti, potrebne za taljenje -, kar poveča taljenje navadne kovine in s tem redčenje.

Vroča žica GTAW prekine to sklopko. Ločen, električno izoliran napajalnik prevaja tok skozi polnilno žico med kontaktno konico in zvarnim bazenom, pri čemer jo uporovno segreje na skoraj-temperaturo taljenja, preden sploh doseže oblok. Delo volframovega obloka se skrči na dokončanje taline in nadzor nad prodiranjem v osnovno kovino, medtem ko vezje za predgretje žice - in ne oblok - zagotavlja večino energije, potrebne za taljenje polnila.

Hitrost nanosa je določena predvsem s hitrostjo podajanja žice in tokom predgretja, v veliki meri neodvisno od toka obloka.

Penetracija navadne kovine (in s tem redčenje) je določena predvsem s tokom obloka in hitrostjo potovanja, v veliki meri neodvisno od stopnje nanašanja.

Obe spremenljivki je mogoče nastaviti ločeno - glavni razlog, da GTAW-HW dosega večjo produktivnost brez žrtvovanja nadzora redčenja.

Kako GTAW z vročo žico poveča stopnjo nanosa v primerjavi z običajno GTAW s hladno{0}}žico?

Predgretje žice omogoča, da se stopi v bazen v trenutku, ko prispe, namesto da črpa talilno energijo iz obloka, zato so dokumentirane stopnje nanašanja GTAW-HW približno dva- do trikrat višje kot GTAW hladne{1}}žice pri hitrostih nanašanja približno 1–12 lb/h, brez povečanja energije obloka ali redčenja.

Pri GTAW s hladno{0}}žico žica vstopi v bazen pri sobni temperaturi in oblok mora zagotoviti polno latentno toploto in zaznavno toploto, da se stopi - omejitev, koliko žice je mogoče dodati na časovno enoto, preden se začne proces zbadati, škropiti ali krogliti na konici žice. Predhodno segrevanje žice z uporom odstrani večino tega toplotnega dolga, preden žica prispe, tako da je mogoče vzdrževati večjo hitrost podajanja žice pri enakih nastavitvah obloka.

Industrijski viri poročajo o hitrostih nanašanja GTAW-HW v obsegu približno 1 do 12 lb/uro, odvisno od premera žice, toka predgretja in geometrije spoja ali prekrivanja, pri čemer se povečanje produktivnosti običajno navaja pri dvakrat do trikratni primerljivi nastavitvi GTAW s hladno{3}}žico za enako kakovost zvara. To je tudi razlog, zakaj je GTAW-HW pogosto umeščen kot srednja pot med-hladnim-žičnim GTAW/orbitalnim GTAW z nizkim-odlaganjem in postopki z višjim-odlaganjem, vendar višjim{9}}redčenjem, kot sta GMAW in SAW-trak.

Viri: The Fabricator, "Could GTAW hot{0}}wire go mainstream?"; Fit-Weld, "Visoko zmogljivi sistemi za oplaščenje TIG z vročo žico GTAW."

Kako GTAW z vročo žico nadzoruje redčenje bolje kot drugi postopki oblaganja?

GTAW z vročo žico ima v proizvodni praksi razredčenje v približno 3-8-odstotnem razponu, kar je pod GMAW in SAW-trakom (običajno 15-30%) in je konkurenčno -, čeprav običajno višje od - laserskega oplaščanja z vročo žico (približno 5-10%), zaradi česar je GTAW-HW najmočnejša možnost obločnega varjenja ko je zahtevano enoslojno redčenje pod mejo 5,0 % površinskega železa.

Razredčenje je del končnega zvarnega nanosa, ki prihaja iz staljene osnovne kovine in ne iz dodajne kovine. Za prevleko iz nikljeve zlitine na ogljiku ali nizko-legiranem jeklu je redčenje pomembno, ker železo, pobrano iz navadne kovine, zmanjša odpornost proti koroziji. Prevleka je tam, da zagotovi - specifikacije za večino prekrivnih zlitin niklja omejijo površinsko vsebnost železa na 5,0 mas. % ravno zaradi tega razloga, splošno redčenje ob-procesu pa lahko poteka daleč nad količino, ki jo lahko absorbira ena plast, in še vedno izpolnjuje to mejo.

Ker ima oblok GTAW najnižjo-energijo in ga je prostorsko najbolj mogoče nadzorovati med glavnimi postopki obloge obloka, je vedno povzročil najmanjšo razredčitev družine oblokov - kompromis-je bila v preteklosti njegova nizka stopnja nanosa. GTAW-HW ohranja to nizko-naravo redčenja, medtem ko zapira velik del vrzeli v-stopnji usedanja, kar je osnova za njegovo izbiro, kjer sta obe spremenljivki omejeni.

Viri: Lincoln Electric, "Laser Hot Wire Cladding"; Welding Fabrication World, "Weld Overlay/Cladding - Types, Process & ASME Requirements"; ScienceDirect, "Zvarite obloge iz Hastelloy C276 s postopkom podajanja hladne žice GTAW." Razponi so reprezentativni za objavljene terenske in laboratorijske podatke; kvalificirajte vse vrednosti s preskusom kvalifikacije postopka v skladu z veljavno kodo.

Kateri procesni parametri dejansko nadzirajo stopnjo usedanja/ravnovesje redčenja?

Štirje parametri opravijo skoraj vse delo: tok obloka določa penetracijo in redčenje, hitrost podajanja žice in tok predgretja določata stopnjo nanašanja, ki je v veliki meri neodvisna od obloka, hitrost potovanja pa določa prekrivanje kroglic in pokritost plasti - kvalificiran GTAW-postopek HW uglasi vse štiri skupaj, namesto da bi katerega koli od njih obravnaval kot celotno zgodbo.

Obločni tok

Obločni tok je glavni dejavnik taljenja navadnih kovin. Višji obločni tok razširi in poglobi zvarni bazen, povleče več navadne kovine in poveča razredčitev - dokumentirana kroglica--na-plošči. Testiranje vroče-žice Inconel 625 GTAW na 2.25Cr-1Mo jeklu je pokazalo redčenje, širino kroglice in velikost območja, na katerega vpliva toplota, vse večanje, ko je varilni tok naraščal 125 A do 200 A. Tok obloka je zato tako nizek, da lahko oblok stabilno vzdržuje, medtem ko še vedno doseže fuzijo.

Hitrost podajanja žice in tok predgretja

Hitrost podajanja žice določa, koliko polnilne kovine vstopi v bazen na enoto časa; tok predgretja nastavi, kako blizu je taljenju te žice, ko prispe. Zvišanje obeh skupaj poveča stopnjo usedanja s samo sekundarnim učinkom na energijsko bilanco obloka - to je mehanizem, ki omogoča, da GTAW-HW hitreje doda polnilo, ne da bi potegnil več toplote iz obloka v osnovno kovino.

Hitrost vožnje in prekrivanje kroglic

Hitrost potovanja nadzira, koliko bazena se strdi pred naslednjim prehodom, kar določa prekrivanje kroglic in pokritost. Počasnejša pot poveča dovod toplote na enoto dolžine in lahko poveča razredčitev tudi pri konstantnem toku, zato se hitrost vožnje kvalificira skupaj s tokom in ne prilagaja neodvisno v delavnici.

Temperatura predgretja/vmesnega prehoda in število plasti

Ker je eno-slojno redčenje pod približno 5 % težko zagotoviti na fuzijski liniji ne glede na postopek, večina specifikacij zahteva najmanj- dvoslojno prevleko, pri čemer se prva plast obravnava kot pufer, kemija pa je kvalificirana pri globini vzorčenja, merjeni nazaj od fuzijske linije - običajno 3 mm za najmanjšo debelino prevleke 3 mm. Regulacija temperature med prehodi prav tako omejuje kopičenje toplote med prehodi, kar pomaga ohranjati konsistentno redčenje od koreninskega prehoda skozi pokrovno plast.

Kateri varilni tokovi povzročijo sprejemljivo razredčitev za oblogo iz inconela 625 na jeklu?

Objavljeno testiranje-na-plošči prevleke GTAW iz vroče{3}}žice Inconel 625 na jeklu 2.25Cr-1Mo kaže razredčitev in trdoto, ki naraščata z obločnim tokom v razponu 125–200 A, zato večina proizvodnih postopkov za prevleko Inconel 625 na nizkolegiranem jeklu ustreza spodnji polovici tega pas in se zanašajte na drugo plast, da preostanek površinske kemije približate nominalni sestavi Inconel 625.

Ista študija je pokazala, da se je med štirimi testiranimi tokovi (125, 150, 175 in 200 A) najvišja trdota kovine zvara pojavila pri 150 A, pri čemer se dendritična avstenitna mikrostruktura v celotnem območju in razredčitev, širina kroglice in toplotno{5}}prizadeta velikost cone povečujejo, ko se tok povečuje. Praktična ugotovitev za razvoj postopka je, da tok ni prosta spremenljivka samo za produktivnost - vsako povečanje je treba preveriti glede na korozijo-ustrezne kemije in meje trdote v veljavni specifikaciji, ne le glede na penetracijo in videz.

Za sestavne dele za kislo -uporabo je trdota stroga meja, ne samo indikator kakovosti: NACE MR0175/ISO 15156-prekrivni sloj je običajno omejen na 248 HV10 v ogljikovem/nizkolegiranem jeklu HAZ in 345 HV10 v samem prekrivnem sloju Inconel 625, izmerjeno s testiranjem po Vickersu na več mestih na sloj.

Kateri kodeksi in standardi urejajo kvalifikacijo in sprejemljivost oblog GTAW z vročo žico?

Postopek prekrivanja GTAW-HW nikljeve zlitine je kvalificiran predvsem v skladu z oddelkom IX ASME (bistvene spremenljivke in mehansko/kemično preskušanje), ki se uporablja v okviru dodatka F oddelka VIII oddelka 1 ASME za obložene tlačne posode in - za opremo za naftna polja in-servisno opremo -, prekrito z API 582, API 6A in NACE Zahteve MR0175/ISO 15156 glede razreda razredčitve in trdote železa.

Viri: Varjenje materialov, "Zahteve glede kvalifikacijskih preskusov varilnega postopka za kvalifikacijo prekrivanja zvarov"; API 6A (prek povzetka na valvestandard.com); Piping-World, "Inconel 625 Weld Overlay Piping"; Welding Fabrication World, "Weld Overlay/Cladding."

Sestava končnega premaza je preverjena glede na konstrukcijsko specifikacijo ali referenčni standard za dodano kovino - ASME oddelek IX sam po sebi ne določa minimalne vsebnosti zlitine. Kemijska analiza se vzorči na določeni razdalji od talilne linije, ki ustreza najmanjši kvalificirani debelini prevleke, vsebnost železa nad določeno mejo pa je razlog za zavrnitev postopka ali proizvodnega zvara.

Katere so najpogostejše napake pri GTAW oblogah z vročo žico in kako jih preprečiti?

Napake, ki so najpomembnejše pri prekrivanju iz nikljeve zlitine GTAW-HW, so razpoke pod-oblačenjem, pomanjkanje fuzije na konici ali korenu, vključki oksidirane/nestaljene žice zaradi neustreznega predgretja in redčenje--izven-specifikacij na talilni liniji - vsi štirje so nadzorovani predvsem s kvalifikacijo parametrov in disciplino vmesnega prehoda namesto po-popravila po varjenju.

Razpoke pod-obloge: poganja vodik in preostale napetosti v HAZ; nadzorovan s pravilno temperaturo predgretja/vmesnega prehoda, nizko-prakso vodika in, kjer je navedeno, PWHT.

Pomanjkanje zlivanja na nogi ali med prehodi: posledica prevelike hitrosti potovanja ali nezadostne energije obloka na fuzijski liniji; nadzorovano s hitrostjo potovanja in kvalifikacijo kota gorilnika ter z vizualnim/PT pregledom med plastmi.

Oksidacija žice ali vključki nestaljene žice: povzroči predgretje žice predaleč pred bazenom ali izguba zaščitnega plina okoli kontaktne točke vroče-žice; nadzorovano z nastavitvijo toka predgretja in preverjanjem pokritosti z zaščitnim plinom.

Prekomerno razredčitev / pobiranje železa na površini: posledica čezmernega obločnega toka, počasnega potovanja ali premaj-debelega prekrivanja; nadzorovan z dvo{1}}najmanjšim prekrivanjem, trenutno kvalifikacijo in vzorčenjem kemične sestave na kvalificirani globini.

Mikro{0}}razpoke in nezaželena precipitacija karbida: preverjeno z mikropregledom kvalifikacijskega vzorca; nadzorovan z nadzorom dovoda toplote in, za stabilizirana polnila ali polnila z malo-ogljikom, z usklajevanjem kemije polnila z delovno temperaturo.

Kje se GTAW z vročo žico najbolj prilega v strategijo izbire obloge iz nikljeve zlitine?

GTAW z vročo žico je prava privzeta izbira za spoje cevi--cevne plošče, izvrtine šob, telesa ventilov in druge geometrijsko omejene komponente ali komponente visoke-vrednosti, kjer sta redčenje pod 5 % in mehanizirana, ponovljiva pokritost pomembna - velika ravna ali ukrivljena območja, kot so lupine in glave posod, še vedno bolje služijo traku SAW-in preprostemu polju popravila s strani SMAW.

Izbira postopka za prekrivanje iz nikljeve zlitine je menjava med območjem, dostopom, zahtevo za redčenje in ceno. SAW-trak in impulzni GMAW najhitreje pokrijeta velika območja, vendar ne moreta zanesljivo zadržati redčenja pod približno 10-15 % v enem sloju, zato sta rezervirana za aplikacije, kjer sta že načrtovani dve ali več plasti ali kjer je omejitev redčenja manj stroga. SMAW ostaja edina praktična izbira za popravilo na terenu in neroden dostop, kjer mehanizacija ni mogoča. GTAW-HW zaseda prostor, kjer je geometrija dovolj omejena, da nagrajuje natančnost - cevne izvrtine, vratove šob, majhna telesa ventilov -, vendar je območje preveliko ali pa je ekonomika pretesna samo za GTAW s hladno žico.

Laserska obloga z vročo žico pospešuje redčenje in stopnjo nanašanja še naprej v isto smer kot GTAW-HW in jo je vredno oceniti za komponente z zelo visoko-vrednostjo, kjer so kapitalski stroški laserske opreme upravičeni. Za večino tlačnih-mejnih prekrivnih del z nikljevimi zlitinami na cevi, fitingih, prirobnicah in odkovkih GTAW-HW ostaja postopek, ki najbolje uravnoteži poznavanje kvalifikacij, stroške opreme in nadzor redčenja, ki ga zahtevajo korozijske storitve.

Pogosto zastavljena vprašanja

V: Kakšna stopnja razredčitve je sprejemljiva za prekrivanje zvarov Inconel 625 na ogljikovem jeklu?

O: Večina specifikacij za prekrivanje iz nikljevih zlitin omejuje površinsko vsebnost železa na največ 5,0 mas. %, kar običajno zahteva najmanj dvo-slojno prevleko, ker je eno-slojno redčenje na fuzijski liniji težko spraviti pod približno 5 % pri katerem koli obločnem postopku, vključno z vročo žico GTAW.

V: Koliko hitrejši je GTAW z vročo žico kot običajni GTAW s hladno{0}}žico?

O: Objavljene stopnje nanašanja za GTAW-HW so približno dvakrat do trikrat višje od GTAW s hladno-žico pri primerljivi kakovosti zvara, pri čemer GTAW-HW obsega približno 1 do 12 lb/uro, odvisno od premera žice in toka predgretja.

V: Ali GTAW z vročo žico odpravlja potrebo po več prekrivnih slojih?

O: Ne. Tudi pri nižjem razredčenju GTAW-HW večina specifikacij še vedno zahteva najmanj-dvoslojno prekrivanje, ker prvi sloj deluje kot pufer za redčenje med osnovno kovino in korozijsko-kritično površinsko plastjo.

V: Katera koda ureja mejne vrednosti trdote za prevleko iz kisle-uporabne nikljeve zlitine?

O: NACE MR0175/ISO 15156 ureja sprejemljivost trdote za uporabo v kislih pogojih, z mejami, ki se običajno uporabljajo pri 248 HV10 za ogljikovo/nizko-legirano jeklo HAZ in 345 HV10 za prevleko iz inconela 625, preverjeno s testiranjem Vickers.

V: Kdaj je treba uporabiti SAW-trak ali GMAW namesto vroče žice GTAW?

O: SAW-strip in impulzni GMAW sta primernejša za velika, odprta območja, kot so lupine in glave posod, kjer je sprejemljivo večje razredčenje na plast in je že načrtovanih več plasti; GTAW z vročo žico je prednostna, kjer je geometrija omejena ali je eno-nadzor redčenja ključnega pomena.