جوشکاری آلیاژ 20: انتخاب پرکننده ERNiCrMo-3 و کنترل دمای بین پاسی

آلیاژ 20 (20Cb-3، UNS N08020)برای خدمات اسید سولفوریک ساخته شده است، و تثبیت نیوبیم و افزودن مس آن که آن را در آن محیط عالی می‌سازد، جوشکاری آن را نسبت به فولاد زنگ نزن آستنیتی معمولی خاص‌تر می‌کند. اشتباه گرفتن فلز پرکننده و دمای بین‌گذر رایج‌ترین روشی است که سازنده یک قرقره یا ظرف لوله را به یک جوش ترک خورده و رد شده تبدیل می‌کند.

این مقاله از طریق هر دو تصمیم با استفاده از بولتن ساخت خود Rolled Alloys برای ضد زنگ 20Cb-3 به عنوان منبع فنی اولیه، در کنار یک مطالعه موردی پالایشگاهی مستند برای سناریوی خاص فلزات غیرمشابه که پرکننده ERNiCrMo-3 در واقع به آن تعلق دارد، کار می‌کند.

چرا آلیاژ 20 به جای ترکیب ساده به انتخاب فلز پرکننده ویژه نیاز دارد؟

آلیاژ 20 به انتخاب پرکننده خاصی نیاز دارد زیرا کاملا آستنیتی است و هیچ فریتی برای مقاومت در برابر ترک خوردگی انجماد وجود ندارد و تثبیت کننده نیوبیم خودش - همان ویژگی که آن را از حساس شدن در سرویس محافظت می‌کند - در صورتی که پرکننده‌ای که آن را حمل می‌کند به یک فشار کم پالایش نشده باشد، در حوضچه جوش بدل می‌شود. کنترل عنصر باقیمانده یا سطح نیوبیوم را اشتباه بگیرید و فلز جوش در هنگام خنک شدن داغ-ترک می‌خورد.

دریچه فرار فریت که آلیاژ 20 ندارد

در فولادهای زنگ نزن آستنیتی معمولی با حدود 15 درصد نیکل، ترکیب فلز جوش - معمولاً با کروم کمی بیشتر و نیکل کمتر - تنظیم می‌شود تا مقدار کمی فریت در هنگام انجماد تشکیل شود. این فریت که به صورت مغناطیسی اندازه گیری شده و به عنوان عدد فریت (FN) گزارش می شود، جداسازی فسفر، گوگرد، سیلیکون و بور را که در غیر این صورت در مرزهای دانه متمرکز می شوند و باعث می شود جوش هنگام سرد شدن پاره شود، به طور فیزیکی مختل می شود. در بولتن ساخت خود شرکت Rolled Alloys، بیش از 20 درصد نیکل، به صراحت بیان شده است که از نظر متالورژی به سادگی امکان تشکیل هیچ فریت قابل اندازه گیری - وجود ندارد و آلیاژ 20 دارای 32-38 درصد نیکل است. با وجود گزینه فریت از روی میز، تنها راه برای جلوگیری از ترک خوردگی داغ کنترل مستقیم عناصر مضر است: از مواد خام با خلوص بالا در پرکننده استفاده کنید و فسفر، گوگرد و سیلیکون را به حداقل برسانید.

چرا نیوبیم یک اضافه-دو لبه در جوش است

نیوبیم در فلز پایه ترجیحاً با کربن واکنش می دهد تا از رسوب کروم-کاربید در مرزهای دانه در حین جوشکاری جلوگیری کند - همان مکانیسم تثبیت مورد استفاده در 321 (تیتانیوم-تثبیت شده) و 347 (نیوبیم-حساسیت-تثبیت شده) در برابر زنگ نزن و گرانیت ضد زنگ. آن را دنبال می کند. اما نیوبیوم دقیقاً همان عنصری است که در معرض{10}نقطه ذوب-تشکیل و جداسازی{11}}پایین است که باعث ایجاد ترک انجماد در حوضچه جوش کاملا آستنیتی می شود. بولتن Rolled Alloys کنتراست را مستقیماً ترسیم می کند: نیوبیم 2-3٪ استفاده شده در Inconel Filler Metal 82 (AWS ERNiCr-3) در آن سیستم آلیاژی سودمند است، اما سطح پایین نیوبیم که در یک پرکننده معمولی مطابق با 20Cb-3 حمل می شود می تواند مضر باشد، مگر اینکه بقیه مواد کنترل شوند. این دقیقاً همان مشکلی است که فلز پرکننده ER320LR برای حل آن مهندسی شده است.

برای جوشکاری آلیاژ 20 به خود از کدام فلز پرکننده باید استفاده کرد؟

برای جوش‌های مشابه -آلیاژ آلیاژ 20، پرکننده صحیح ER320LR برای GTAW و GMAW (AWS A5.9, UNS N08022) و E320LR برای SMAW (AWS A5.4, UNS W88022) - نه ERNiCr{3 است. این پرکننده‌های «LR» ({11}}باقیمانده کم) توسط Carpenter Technology به‌طور خاص برای حل یک مشکل ثابت{12}}ترک{12}}در مورد مواد مصرفی قبلی و غیر{15}LR E320/ER320 ایجاد شده‌اند، و همچنان پرکننده منطبق با کد شناسایی شده برای اتصالات آلیاژ 20 به آلیاژ 20 هستند.

این اصلاح دقیقاً با سفت کردن عناصری که مکانیسم فوق خطرناک تشخیص داده است انجام می شود: ER320LR ذوب می شود تا فسفر، گوگرد و سیلیکون کمتری نسبت به فلز جوش استاندارد E320 کاهش دهد، و محتوای نیوبیم آن عمداً کمتر شده و با پالایش تا محتوای کربن کمتر جبران می شود، زیرا در واقع تثبیت کننده کربن نسبت به ماده موش صحرایی است. نتیجه، به ازای آلیاژهای نورد شده، امکان جوشکاری آلیاژ 20 ضد زنگ بدون مشکلات{4}ترک داغ که قبلاً با پرکننده‌های جوش رایج E320 مرتبط بود - را می‌دهد و کار توسعه پشت آن منتشر شد و-در ادبیات جوشکاری در سال 1978 مورد بررسی قرار گرفت.

منابع: Rolled Alloys Bulletin 205M، بخش I (مشخصات فلز پایه) و بخش I-C-1 (محدوده های شیمیایی مشخص شده ER320LR/E320LR). RS Brown و JB Koch، "توسعه فلز پرکننده جوش مقاوم در برابر ترک انجماد برای یک آلیاژ کاملا آستنیتی تثبیت شده"، مجله جوشکاری، جلد{9}}، شماره{10}}، فوریه 1978.

چه زمانی باید ERNiCrMo-3 به جای آن استفاده شود؟

ERNiCrMo-3 به یک روش جوشکاری آلیاژ 20 تعلق دارد، مخصوصاً هنگام اتصال آلیاژ 20 به فولاد ضد زنگ نوع 316L یا 317L، یا به فلز پایه آلیاژی 625 - نه به عنوان ارتقاء عمومی{10}}برای آلیاژ 20 به خود. راهنمای پرکننده جوش ناهمسان{11}}فلز-رولد آلیاژ، خانواده پرکننده متفاوتی را به هر ترکیب اختصاص می‌دهد، و درست کردن این جدول بیش از پیش‌فرض کردن گزینه‌ای که در برابر خوردگی{13}}مقاوم‌تر است، اهمیت دارد.

*فولاد کربنی باید قبل از جوشکاری با پرکننده آلیاژ نیکل به فلز روشن آسیاب شود - روکش آسیاب قابل قبول نیست، و همه زنگ‌زدگی،-فلزهای نورد داغ، روغن و رنگ باید پاک شوند.

منبع: Rolled Alloys Bulletin 205M, Section IX-K, Metal Welds غیر مشابه. بولتن یادآوری می‌کند که این فهرست اساساً بر اساس دانش جوش است تا کار آزمایشگاهی، و انتخاب نهایی باید توسط کاربر نهایی با روش‌های جوش که توسط سازنده مجاز است تأیید شود.

ردیف Monel 400 به جای نادیده گرفتن ارزش خواندن را دارد: آلیاژهای نورد شده صریح است که در حالی که اتصال مکانیکی به Monel را می توان با استفاده از فلز پرکننده نیکل بالا- ساخت، جوش حاصل فاقد مقاومت در برابر خوردگی کلرید هر یک از فلزات پایه است - یک محدودیت صادقانه به جای توصیه پرکننده. هنگامی که پرکننده آلیاژی 625 واقعاً تماس مناسبی دارد - برای اتصال به فلز پایه 316، 317 یا 625 - این نقش را به دست می‌آورد زیرا محتوای مولیبدن و کروم بالاتر آن و ذاتاً در برابر ترک-مقاوم در برابر انجماد مقاومت می‌کند، زیرا به طور طبیعی رفتار انجماد جوشی را می‌پذیرد که در برابر خوردگی فلزی قابل قبول نیست. برای پرکننده 320LR منطبق.

یک مورد صحرایی مستند: جوش لوله آلیاژی 20 به 316 لیتر با ERNiCrMo-3

یک مطالعه موردی منتشر شده از یک واحد آلکیلاسیون پالایشگاه در سلانگور، مالزی دقیقاً این سناریو را در عمل مستند می کند: اتصال لوله بدون درز ASTM B729 آلیاژی 20 به لوله بدون درز نوع 316 با استفاده از ERNiCrMo-3 برای عبور ریشه GTAW و ENiCrMo-3 برای پر کردن و پوشش SM. کنترل‌های خود پروژه - ورودی گرمای کمتر از 20 کیلوژول بر سانتی‌متر در هر گذر و دمای بین‌گذر زیر 100 درجه نگه داشته می‌شود - با محدودیت‌های عمومی جوشکاری آلیاژ 20 که در زیر مورد بحث قرار گرفته است، دقیقاً دنبال می‌شود و تأیید می‌کند که انضباط یکسان در مورد اتصال یک آلیاژ یا غیرمشابه اعمال می‌شود.

منبع: "مطالعه موردی: جوشکاری غیرمشابه آلیاژ 20"، metalspiping.com، مستند یک پروژه واحد آلکیلاسیون سینوپک-.

هنگام جوشکاری آلیاژ 20 چه دمای بین پاسی را باید حفظ کنید؟

دمای بین گذر را در سطح یا کمتر از 100 درجه (212 درجه فارنهایت) در GTAW، GMAW، SMAW و جوشکاری زیر آب نگه دارید. بولتن ساخت خود Rolled Alloys این را به عنوان حداکثر ترجیحی برای هر فرآیند جوشکاری قوس الکتریکی که پوشش می‌دهد، بیان می‌کند، با 150 درجه (302 درجه فارنهایت) به‌عنوان بالقوه قابل قبول فقط برای اتصالاتی که واقعاً مهار نشده‌اند - نه به عنوان یک کمک هزینه معمول.

مکانیزم همان مکانیزمی است که شیمی پرکننده را بسیار مهم می کند: بدون فریت در دسترس برای برهم زدن جداسازی، یک مهره جوش داغ که در بالای پاس داغ قبلی قرار می گیرد به فسفر، گوگرد و نیوبیم زمان بیشتری می دهد و یک پنجره دمای بالاتر-برای جداسازی به مرزهای دانه و شروع انجماد c می دهد. دمای بینگذر پایین، در واقع، نیمه حرارتی همان تثبیت است که شیمی پرکننده باقیمانده کم در سمت متالورژیکی فراهم می‌کند - که هیچ یک جایگزین دیگری نمی‌شود.

منبع: Rolled Alloys Bulletin 205M, Section IX-B-2 (GMAW/SMAW) and Section IX-G-6 (SAW); metalspiping.com مطالعه موردی SINOPEC.

صادقانه باید اشاره کرد که اعداد غیررسمی-گزارش‌شده توسط پزشک برای دمای interpass Alloy 20 در انجمن‌های جوشکاری و راهنماهای ثانویه بسیار متفاوت است. 93 درجه (200 درجه فارنهایت). هیچ یک از این اعداد ضعیف‌تر در بولتن تولیدکننده خود Rolled Alloys که جزیی‌ترین منبع کد مرجع موجود برای ساخت این آلیاژ است، دیده نمی‌شود.

مشخصات روش جوشکاری (WPS) باید به شکل 100 درجه محکم‌تر و مستند باشد، مگر اینکه توجیه مهندسی جداگانه و صلاحیت روش از عدد بالاتری برای یک اتصال خاص و واقعاً مهار نشده پشتیبانی کند.

چگونه باید گرمای ورودی را در کنار دمای بینگذر کنترل کرد؟

گرمای ورودی باید تا جایی که اتصال برای هر فرآیندی اجازه می دهد پایین نگه داشته شود، به جای افزایش جریان جوش - از طریق سرعت حرکت و طراحی اتصال کنترل شود و آلیاژهای نورد شده صریح است که افزایش آمپر برای جبران جریان کند پرکننده نیکل بی اثر و معکوس است.

گرمای ورودی بر حسب کیلوژول بر میلی‌متر به صورت (ولتاژ × آمپر) ÷ (سرعت سفر بر حسب میلی‌متر/ثانیه × 1000) محاسبه می‌شود. برای SMAW، بولتن گرمای ورودی کمتر از 1.5 کیلوژول بر میلی‌متر را در موقعیت مسطح مشخص می‌کند، که گاهی اوقات در موقعیت عمودی تا 2 کیلوژول بر میلی‌متر نیز لازم است.

برای جوشکاری زیر آب، حرارت ورودی باید کمتر از 1.67 kJ/mm (42.5 kJ/inch) باشد. در بین چهار فرآیند، SAW بیشترین گرما را برای مجموعه معینی از آمپر، ولتاژ و سرعت حرکت به قطعه کار منتقل می کند. SMAW و GMAW با محافظ آرگون تقریباً معادل هستند. GTAW می تواند کمترین گرما را به مفصل وارد کند، که یکی از دلایلی است که برای پاس های ریشه ترجیح داده می شود.

دو عادت خاص جوشکار در بولتن نامیده می‌شود: افزایش جریان برای بهبود سیالیت پرکننده نیکل (کمکی نمی‌کند و فقط گرما را اضافه می‌کند)، و بافتن مهره به‌جای اجرای گذرگاه‌های رشته‌ای مستقیم (بافندگی گرمای اضافی ایجاد می‌کند و منجر به جوش‌های ضعیف می‌شود). همچنین نفوذ جوش در آلیاژ 20 کمتر از 316L برای پارامترهای مشابه است - پاسخ صحیح به جای فشار دادن انرژی قوس بیشتر به داخل اتصال، تنظیم طراحی و تکنیک اتصال (زوایای اریب بازتر، شکاف ریشه کنترل شده) است.

منبع: Rolled Alloys Bulletin 205M، بخش IX-B-1 (فرمول ورودی گرما)، بخش IX-G-3 (ورودی گرمای SMAW)، بخش IX-G-6 (ورودی گرمای SAW) و بخش IX-L-4 (ورودی گرما و اعوجاج).

چه کنترل های فرآیند دیگری برای جوش آلیاژ صوتی 20 اهمیت دارد؟

فراتر از انتخاب پرکننده و کنترل حرارتی، تعداد انگشت شماری از کنترل‌های دیگر تعیین می‌کنند که آیا جوش آلیاژ 20 مقاومت خوردگی خود را در سرویس نگه می‌دارد و نه صرفاً بازرسی بصری.

از پیش گرمایش صرف نظر کنید. Rolled Alloys پیش گرمایش آلیاژ 20 را توصیه نمی کند. مواد سرد فقط باید تا دمای اتاق (حداقل 10 درجه) گرم شوند تا از تراکم رطوبت در ناحیه جوش جلوگیری شود.

شیلد و پشتی-پاکسازی با 100% جوش-آرگون درجه (99.996% خلوص) برای پاس های ریشه GTAW/GMAW، با جریان گاز پشتی حدود 16.5-21 لیتر در دقیقه. از مخلوط گازهای محافظ 95% Ar/5% O2 یا 75% Ar/25% CO2 استفاده نکنید.

هرگز از جوشکاری سوخت اکسی (اکسی استیلن) ​​یا کربن{0}}هوای قوس الکتریکی روی آلیاژ 20 - استفاده نکنید که هر دو در معرض خطر انتقال کربن هستند، که مستقیماً مقاومت در برابر خوردگی را کاهش می‌دهد.

محافظت در برابر آلودگی مس ناشی از پشتی / میله های خنک کننده مس، که می تواند باعث ترک خوردن HAZ شود. Rolled Alloys پیشنهاد می کند نیکل- یا کروم-آبکاری میله های پشتی مس و بررسی آلودگی با مس-کاغذ آزمایش نشانگر.

سرباره را فقط با برس‌های سیمی ضد زنگ حذف کنید - هرگز برس‌های سیمی فولاد کربنی، که ذرات آهن را در خود جای می‌دهند که می‌توانند باعث ایجاد حفره در خدمات حاوی کلرید{1}} شوند.

عملیات حرارتی پس از {{0}تثبیت/تنش-تسکین جوش (480-540 درجه) اختیاری است، نه اجباری - ساخت آلیاژ 20 معمولاً به عنوان-جوش داده شده در خدمت قرار می‌گیرد و برای دمای کمتر از 54 درجه کاهش مقاومت در برابر خوردگی انتظار نمی‌رود.

آلیاژ 20 ASME Section IX P-No. 45 است و ASME Section VIII Division 1 and Section III استفاده از آن را در ساخت و سازهای جوشی تا 427 درجه (800 درجه فارنهایت) پوشش می دهد. تنش مجاز در یک دمای معین باید از نسخه کد فعلی به جای یک بولتن قدیمی خارج شود.

مشخصات حاکم برای آلیاژ 20 فلز پایه و فلزات پرکننده جوش

سوالات متداول

Q: آیا می توانم از ERNiCrMo-3 برای جوش دادن آلیاژ 20 به خود به جای ER320LR استفاده کنم؟

A: این توصیه استاندارد، کد-شناخته شده نیست. ER320LR/E320LR برای حل مشکل ترک{6} داغ آلیاژ 20 و باقی ماندن پرکننده منطبق برای اتصالات آلیاژی مشابه-توسعه یافته است. آلیاژهای نورد ناهمسان-فلز-راهنمای جوش سیم آلیاژ 625 (ERNiCrMo-3) را به طور خاص برای اتصال آلیاژ 20 به 316L، 317L، یا آلیاژ 625 فلز پایه، نه برای آلیاژ 620}20} ذخیره می کند. انحراف از این بدون رویه واجد شرایط و تایید کاربر نهایی توصیه نمی شود.

Q: چرا آلیاژ 20 نمی تواند از ترفند فریت استفاده کند که جوشکاری فولادهای ضد زنگ نیکل کمتر-را آسانتر می کند؟

A: فریت فقط می تواند در فلز جوش کمتر از حدود 15{4}}20 درصد نیکل تشکیل شود. آلیاژ 20 دارای 32 تا 38 درصد نیکل است که از نظر متالورژیکی بسیار زیاد است و اجازه نمی دهد فریت قابل اندازه گیری در هنگام انجماد تشکیل شود، بنابراین مکانیسم مقاوم در برابر ترک فریت در گریدهایی مانند 304L یا 316L به سادگی در دسترس نیست.

Q: چه دمای بینگذری را باید در WPS خود برای آلیاژ 20 مشخص کنم؟

A: بولتن ساخت آلیاژهای نورد حداکثر 100 درجه (212 درجه فارنهایت) را به عنوان حد ترجیحی در GTAW، GMAW و SMAW مشخص می‌کند و 150 درجه (302 درجه فارنهایت) را به‌عنوان بالقوه قابل قبول فقط برای اتصالات بدون مهار واقعی مشخص می‌کند. جوشکاری قوس زیردریایی تا حدی سخت‌گیرانه‌تر و غیرقابل صلاحیت زیر 100 درجه در همان منبع نگهداری می‌شود.

Q: آیا جوشکاری آلیاژ 20 به پیش گرمایش نیاز دارد؟

A: نه. پیش گرم کردن توصیه نمی شود. تنها آماده سازی حرارتی مورد نیاز، گرم کردن مواد سرد تا حداقل دمای اتاق (10 درجه) برای جلوگیری از تراکم رطوبت در محل اتصال قبل از جوشکاری است.

Q: آیا عملیات حرارتی جوش برای آلیاژ 20 مورد نیاز است؟

A: خیر. جوشکاری های آلیاژی 20 معمولاً به صورت-جوش داده شده در خدمت قرار می گیرند. یک تیمار تنش{4}}تسکین اختیاری در 480-540 درجه می‌تواند تقریباً 35 تا 40 درصد تنش جوشکاری در ساخت‌های پیچیده را در صورت نیاز از بین ببرد، و برای دماهای تنش‌زدایی که زیر 540 درجه نگه داشته می‌شوند، انتظار نمی‌رود مقاومت در برابر خوردگی از بین برود.

Q: برای جوشکاری آلیاژ 20 به فولاد کربنی یا مونل 400 از چه پرکننده ای باید استفاده کرد؟

A: برای فولاد کربنی (آسیاب شده تا فلز روشن، عاری از رسوب، زنگ زدگی، روغن و رنگ) و همچنین 304L، 321 و 347، الکترودهای پوشش داده شده با سیم آلیاژی 82 یا آلیاژ 182 توصیه می شود. برای Monel 400، هیچ پرکننده ای نتیجه کاملا رضایت بخش نمی دهد - یک اتصال مکانیکی باید در نظر گرفته شود، زیرا حتی یک جوش موفق فاقد مقاومت در برابر خوردگی کلرید هر یک از فلزات پایه است.