سیم داغ GTAW برای پوشش آلیاژ نیکل: نرخ رسوب و کنترل رقت

مقدمه

پوشش جوش آلیاژ نیکل مرز فشار کربن و اجزای فولاد کم آلیاژ{0} را در برابر خوردگی محافظت می کند، بدون اینکه هزینه ساخت کل قطعه از صفحه جامد Inconel یا Hastelloy بپردازد. روکش فقط در صورتی کار می کند که دو اتفاق همزمان بیفتد: رسوب باید به اندازه کافی سریع پایین بیاید تا مقرون به صرفه باشد، و باید از نظر شیمیایی به اندازه کافی به فلز پرکننده - نه فولاد پایه - نزدیک شود تا مقاومت به خوردگی مورد نیاز طراحی را ارائه دهد. این دو هدف معمولاً با یکدیگر مبارزه می کنند. جوشکاری قوس تنگستن با گاز سیم داغ (GTAW-HW) فرآیندی است که به طور خاص برای توقف این مبارزه ساخته شده است.

این مقاله سیم داغ GTAW را با سایر فرآیندهای مورد استفاده برای روکش فلزی نیکل - سیم سرد{{1}GTAW، GMAW، نوار قوس غوطه‌ور (SAW-نوار)، قوس انتقال‌یافته پلاسما (PTA) و سیم داغ لیزری - بر روی نرخ رسوب‌سنجی و رقت‌کردن استاندارد، کنترل می‌کند. یک روش پوشش واجد شرایط GTAW{4}}HW.

سیم داغ GTAW چیست و چرا برای روکش آلیاژ نیکل اهمیت دارد؟

سیم داغ GTAW منبع تغذیه دومی را اضافه می کند که به طور مقاومتی سیم پرکننده را قبل از رسیدن به قوس نزدیک به نقطه ذوب خود گرم می کند، بنابراین قوس تنگستن دیگر نیازی به تامین تمام انرژی مورد نیاز برای ذوب پرکننده ندارد. این جداسازی "سیم را گرم کنید" از "فلز پایه را گرم کنید" چیزی است که به GTAW{1}}HW اجازه می‌دهد نرخ رسوب را بدون افزایش رقت افزایش دهد.

در GTAW سیم سرد معمولی، قوس تنگستن دو کار را به طور همزمان انجام می‌دهد: فلز پایه را ذوب می‌کند تا حوضچه جوش را تشکیل دهد، و سیم پرکننده وارد شده به آن حوضچه را ذوب می‌کند. از آنجایی که هر دو از انرژی قوس یکسانی استفاده می کنند، فشار دادن پرکننده بیشتر از طریق قوس برای افزایش نرخ رسوب، انرژی قوس و رفتار حرکتی لازم برای ذوب آن را نیز افزایش می دهد - که ذوب فلز پایه و در نتیجه رقیق شدن را افزایش می دهد.

سیم داغ GTAW آن کوپلینگ را می شکند. یک منبع تغذیه مجزا و ایزوله الکتریکی، جریان را از سیم پرکننده بین نوک تماس و حوضچه جوش عبور می دهد و قبل از اینکه به قوس برسد، آن را تا نزدیک به دمای ذوب- حرارت می دهد. کار قوس تنگستن به اتمام مذاب و کنترل نفوذ به فلز پایه کاهش می یابد، در حالی که مدار پیش گرمایش سیم - نه قوس - بیشتر انرژی مورد نیاز برای ذوب پرکننده را تامین می کند.

نرخ رسوب عمدتاً توسط سرعت تغذیه سیم و جریان پیش گرما تنظیم می شود که عمدتاً مستقل از جریان قوس است.

نفوذ فلز پایه (و بنابراین رقت) عمدتاً توسط جریان قوس و سرعت حرکت تنظیم می شود که عمدتاً مستقل از نرخ رسوب گذاری است.

این دو متغیر را می توان به طور جداگانه تنظیم کرد - دلیل اصلی GTAW-HW برای دستیابی به بهره وری بالاتر بدون به خطر انداختن کنترل رقت.

چگونه سیم داغ GTAW نرخ رسوب را نسبت به سیم‌های سرد معمولی-GTAW افزایش می‌دهد؟

پیش گرم کردن سیم به جای اینکه انرژی ذوب را از قوس بگیرد، در لحظه ورود به حوضچه ذوب می شود، به همین دلیل است که نرخ رسوب گذاری مستند GTAW-HW تقریباً دو تا سه برابر بیشتر از سیم سرد-GTAW با نرخ رسوب حدود 1-12 پوند در ساعت، بدون افزایش انرژی قوس یا رقت، است.

در سیم سرد-GTAW، سیم در دمای اتاق وارد استخر می‌شود و قوس باید گرمای نهان کامل و گرمای محسوس را برای ذوب کردن آن تأمین کند - محدودیتی برای مقدار سیم می‌تواند در واحد زمان اضافه شود قبل از اینکه فرآیند شروع به کندن، پاشیدن یا توپ زدن در نوک سیم شود. پیش گرم کردن سیم به صورت مقاومتی بیشتر آن بدهی حرارتی را قبل از رسیدن سیم حذف می کند، بنابراین سرعت تغذیه سیم بالاتری را می توان در همان تنظیمات قوس حفظ کرد.

منابع صنعتی گزارش می دهند که نرخ رسوب GTAW-HW تقریباً بین 1 تا 12 پوند در ساعت بسته به قطر سیم، جریان پیش گرمایش، و هندسه اتصال یا روکش، با افزایش بهره وری که معمولاً دو تا سه برابر تنظیم سیم سرد GTAW مشابه برای همان کیفیت جوش ذکر می شود. همچنین به همین دلیل است که GTAW-HW غالباً به‌عنوان یک نقطه وسط بین-رسوب سرد-سیم GTAW/GTAW مداری پایین و-رسوب‌گذاری بالاتر، اما{9}}فرآیند رقت‌سازی بالاتر مانند GMAW و SAW{10}}قرار می‌گیرد.

منابع: Fabricator، "آیا GTAW داغ-می تواند به جریان اصلی تبدیل شود؟"؛ مناسب-جوش، "با عملکرد بالا-سیستم های روکش سیم داغ GTAW TIG."

چگونه سیم داغ GTAW رقت را بهتر از سایر فرآیندهای روکش فلزی کنترل می کند؟

سیم داغ GTAW رقت را تقریباً در محدوده 3-8٪ در عمل تولید نگه می‌دارد، که زیر نوار GMAW و SAW- قرار می‌گیرد (معمولاً 15-30%) و با - رقابت می‌کند، هرچند معمولاً بالاتر از - روکش سیم داغ لیزری است (تقریباً 5-{H-rc) قوی‌ترین را ایجاد می‌کند گزینه زمانی که رقت تک لایه زیر حد آهن سطح 5.0٪ مورد نیاز است.

رقیق سازی کسری از رسوب جوش تمام شده است که از فلز پایه ذوب شده به جای فلز پرکننده حاصل می شود. برای روکش آلیاژ نیکل روی کربن یا فولاد کم آلیاژ-، رقیق‌سازی اهمیت دارد زیرا آهن جمع‌آوری شده از فلز پایه مقاومت در برابر خوردگی را کاهش می‌دهد، روکش وجود دارد تا - بیشتر مشخصات روکش آلیاژ نیکل، محتوای آهن سطحی را در 5.0 درصد وزنی دقیقاً به همین دلیل فراهم کند، و قوس عمومی{4} می‌تواند بسیار بالاتر از یک لایه را جذب کند و هنوز هم می‌تواند یک لایه را جذب کند.

از آنجایی که قوس GTAW کمترین-انرژی، و از نظر مکانی قابل کنترل ترین فرآیندهای پوشش قوس اصلی است، همیشه کمترین رقت را از خانواده قوس ایجاد کرده است. GTAW-HW خصیصه رقت پایین-را حفظ می‌کند و در عین حال بیشتر شکاف نرخ رسوب-را می‌بندد، که مبنای انتخاب آن در هر جایی است که هر دو متغیر محدود شوند.

منابع: Lincoln Electric، "Laser Hot Wire Cladding"؛ Welding Fabrication World، "روکش/روکش جوش - انواع، فرآیند و الزامات ASME"؛ ScienceDirect، "روکش های Hastelloy C276 با استفاده از فرآیند تغذیه سیم سرد GTAW." محدوده ها نماینده داده های میدانی و آزمایشگاهی منتشر شده هستند. همه مقادیر را با آزمایش صلاحیت رویه بر اساس کد قابل اجرا واجد شرایط کنید.

چه پارامترهای فرآیندی در واقع نرخ رسوب / تعادل رقت را کنترل می کنند؟

چهار پارامتر تقریباً همه کار را انجام می دهند: جریان قوس نفوذ و رقت را تنظیم می کند، سرعت تغذیه سیم و نرخ رسوب تنظیم جریان پیش گرم تا حد زیادی مستقل از قوس، و سرعت سفر همپوشانی مهره ها و پوشش لایه را تنظیم می کند - یک روش GTAW واجد شرایط{1}}به جای اینکه هر یک از آنها را به عنوان کل داستان در نظر بگیرد، هر چهار را با هم تنظیم می کند.

جریان قوس الکتریکی

جریان قوس محرک اصلی ذوب فلز پایه است. جریان قوس بالاتر حوضچه جوش را عریض و عمیق می‌کند، فلز پایه بیشتری را می‌کشد و رقت - مهره مستند شده-روی{3}}آزمایش صفحه Inconel 625 داغ-روکش سیم GTAW روی 2.25Cr-فولاد 1 مولتی نشان داد که رقت‌کردن پهنای باریکه و اندازه جریان افزایش می‌یابد. 125 A تا 200 A. بنابراین جریان قوس به اندازه ای که قوس بتواند پایدار بماند و در عین حال به همجوشی دست می یابد، نگه داشته می شود.

سرعت تغذیه سیم و جریان پیش گرم

سرعت تغذیه سیم تعیین می کند که چه مقدار فلز پرکننده در واحد زمان وارد استخر می شود. جریان پیش گرما تعیین می کند که وقتی سیم از قبل می رسد چقدر به ذوب شدن نزدیک است. افزایش هر دو با هم نرخ رسوب را افزایش می دهد و تنها یک اثر ثانویه بر تعادل انرژی خود قوس دارد - این مکانیزمی است که به GTAW-HW اجازه می دهد پرکننده را سریعتر بدون کشیدن گرمای بیشتر از قوس به فلز پایه اضافه کند.

سرعت سفر و همپوشانی مهره ها

سرعت سفر میزان سفت شدن استخر را قبل از عبور بعدی کنترل می کند که همپوشانی مهره ها و پوشش را تعیین می کند. حرکت آهسته تر، گرمای ورودی را در واحد طول افزایش می دهد و می تواند رقت را حتی در جریان ثابت افزایش دهد، بنابراین سرعت حرکت به جای تنظیم مستقل در طبقه مغازه، به طور مشترک با جریان واجد شرایط است.

دمای پیش گرم / بین پاس و تعداد لایه ها

از آنجا که تضمین رقت یک لایه کمتر از حدود 5 درصد در خط همجوشی بدون در نظر گرفتن فرآیند دشوار است، اکثر مشخصات به یک لایه حداقل دو لایه نیاز دارند که اولین لایه به عنوان یک بافر در نظر گرفته می‌شود و شیمی در عمق نمونه‌برداری که از خط همجوشی اندازه‌گیری می‌شود، معمولاً حداقل 3 میلی‌متر برای ضخامت 3 میلی‌متر است. کنترل دمای بین پاسی همچنین انباشت گرما را در بین گذرها محدود می کند، که به حفظ رقت از عبور ریشه از لایه کلاهک کمک می کند.

چه جریان های جوشکاری رقت قابل قبولی را برای روکش Inconel 625 روی فولاد ایجاد می کند؟

مهره منتشر شده-روی-آزمایش صفحه داغ Inconel 625-روکش سیم GTAW روی 2.25Cr{8}}فولاد 1Mo نشان می‌دهد که رقت و سختی هر دو با جریان قوس در محدوده 125-200 A افزایش می‌یابد، بنابراین اکثر روش‌های تولید برای فولاد Inconel با کیفیت پایین 625 به طور کلی کمتر می‌شود. بر روی لایه دوم تکیه کنید تا شیمی سطح را تا پایان راه به سمت ترکیب اسمی Inconel 625 بیاورید.

همان مطالعه نشان داد که بالاترین سختی فلز جوش در 150 A در میان چهار جریان آزمایش شده (125، 150، 175، و 200 A) رخ داده است، با ریزساختار آستنیتی دندریتی در سراسر محدوده و رقت، عرض مهره و حرارت بر اندازه منطقه تأثیر می‌گذارد که همگی با افزایش جریان روند صعودی دارند. نکته عملی برای توسعه روش این است که جریان به تنهایی یک متغیر رایگان برای بهره وری نیست - هر افزایشی باید در برابر خوردگی-محدودیت های شیمیایی و سختی مربوطه در مشخصات حاکم بررسی شود، نه فقط در برابر نفوذ و ظاهر.

برای قطعات ترش-سرویس، سختی یک حد سخت است، نه فقط یک نشانگر کیفیت: روکش مطابق NACE MR0175/ISO 15156-معمولاً روی 248 HV10 در فولاد کربن/کم آلیاژ HAZ و 345 HV10 در خود محل قرارگیری لایه‌های اینکونل 62 اندازه‌گیری می‌شود.

کدام کدها و استانداردها صلاحیت و پذیرش سیم داغ GTAW را تعیین می کنند؟

یک روش پوشش آلیاژ نیکل GTAW-HW اساساً تحت ASME بخش IX (متغیرهای ضروری و آزمایش‌های مکانیکی/شیمیایی) واجد شرایط است که در بخش ASME بخش VIII بخش 1 پیوست F برای مخازن تحت فشار و - برای میدان نفتی و ترش-تجهیزات لایه خدماتی 2، A6، A6 و A6 استفاده می‌شود. الزامات MR0175/ISO 15156 در کلاس رقت و سختی آهن.

منابع: جوشکاری مواد، "الزامات تست های صلاحیت روش جوشکاری برای صلاحیت پوشش جوش"؛ API 6A (از طریق خلاصه valvestandard.com)؛ Piping-World, "Inconel 625 Weld Overlay Piping"; جهان ساخت جوش، "روکش/روکش جوش".

ترکیب روکش نهایی مطابق با مشخصات طراحی تأیید شده است یا استاندارد فلز پرکننده مرجع - بخش IX ASME خود حداقل محتوای آلیاژ را تعیین نمی‌کند. آنالیز شیمیایی در فاصله مشخصی از خط همجوشی نمونه برداری می شود، مطابق با حداقل ضخامت پوشش واجد شرایط، و محتوای آهن بالاتر از حد مشخص شده دلیلی برای رد فرآیند یا جوش تولید است.

رایج ترین عیوب در روکش سیم داغ GTAW چیست و چگونه از آنها جلوگیری می شود؟

عیوبی که در روکش آلیاژ نیکل GTAW-HW اهمیت بیشتری دارد عبارتند از:-ترک خوردگی روکش، عدم همجوشی در نوک پا یا ریشه، اجزای سیم اکسیده/ذوب نشده از پیش گرمایش نامناسب، و خارج از--رقت‌سازی مشخصات در خط همجوشی با کیفیت اولیه و همه کنترل‌ها {{4} انضباط interpass به جای تعمیرات جوش-.

تحت-ترک‌پوشی: ناشی از هیدروژن و تنش پسماند در HAZ. با دمای پیش‌گرم/بین‌گذر صحیح، تمرین هیدروژن پایین{1}و، در صورت مشخص شدن، PWHT کنترل می‌شود.

عدم همجوشی در انگشت مهره یا بین پاس ها: ناشی از سرعت حرکت بیش از حد یا انرژی ناکافی قوس در خط همجوشی. با سرعت سفر و صلاحیت زاویه مشعل و با بازرسی بصری / PT بین لایه ها کنترل می شود.

اکسیداسیون سیم یا اجزاء سیم ذوب نشده: ناشی از پیش گرم کردن سیم بیش از حد جلوتر از استخر یا به دلیل محافظت از اتلاف گاز در اطراف نقطه تماس سیم داغ-. با تنظیم جریان پیش گرم و تأیید پوشش گاز محافظ کنترل می شود.

رقیق شدن بیش از حد / برداشت آهن در سطح: ناشی از جریان قوس بیش از حد، حرکت آهسته، یا روکش زیر{0}}ضخامت. با حداقل پوشش دو لایه، شرایط فعلی و نمونه برداری ترکیب شیمیایی در عمق واجد کنترل می شود.

میکرو-شکاف و بارش کاربید نامطلوب: با بررسی ریز نمونه واجد شرایط بررسی می‌شود. با کنترل ورودی گرما و برای پرکننده‌های تثبیت شده یا کم کربن{1}، با تطبیق شیمی پرکننده با دمای سرویس کنترل می‌شود.

کجای سیم داغ GTAW در استراتژی انتخاب روکش آلیاژ نیکل بهترین جا را دارد؟

سیم داغ GTAW پیش‌فرض مناسبی برای اتصالات لوله‌ها به صفحات لوله، سوراخ‌های نازل، بدنه دریچه‌ها و سایر اجزای هندسی محدود یا با ارزش- است که رقت کمتر از 5 درصد و پوشش مکانیزه و قابل تکرار هر دو ماده - قسمت‌های بزرگ مسطح یا منحنی بهتری دارند. SAW-نوار و تعمیرات میدانی ساده توسط SMAW.

انتخاب فرآیند برای پوشش آلیاژ نیکل مبادله ای بین مساحت، دسترسی، نیاز رقیق سازی و هزینه است. SAW-نوار و پالس GMAW مناطق وسیعی را سریع‌تر پوشش می‌دهند، اما نمی‌توانند به طور قابل اعتمادی رقت را کمتر از حدود 10-15٪ در یک لایه نگه دارند، بنابراین برای برنامه‌هایی که دو یا چند لایه از قبل برنامه‌ریزی شده‌اند یا محدودیت رقت کمتر است، رزرو می‌شوند. SMAW تنها انتخاب عملی برای تعمیر میدانی و دسترسی نامناسب در جایی که مکانیزاسیون امکان پذیر نیست باقی می ماند. GTAW-HW فضایی را اشغال می‌کند که در آن هندسه به اندازه کافی محدود می‌شود تا به دقت - سوراخ‌های لوله، گردن نازل، بدنه‌های کوچک دریچه - پاداش دهد، اما این ناحیه بسیار بزرگ است یا از نظر اقتصادی بسیار تنگ برای GTAW سیم سرد به تنهایی.

روکش سیم داغ لیزر سرعت رقت و رسوب را به همان جهت GTAW-HW می‌برد و برای اجزای-با ارزش بسیار بالا که هزینه سرمایه تجهیزات لیزر توجیه می‌شود ارزش ارزیابی دارد. برای اکثر کارهای روکش آلیاژ نیکل مرزی بر روی لوله‌ها، اتصالات، فلنج‌ها و آهنگرها، GTAW{4}}HW فرآیندی است که به بهترین وجه بین آشنایی با صلاحیت، هزینه تجهیزات و کنترل رقت مورد نیاز خدمات خوردگی تعادل برقرار می‌کند.

سوالات متداول

س: چه سطح رقت برای پوشش جوش Inconel 625 روی فولاد کربنی قابل قبول است؟

پاسخ: اکثر مشخصات روکش آلیاژ نیکل محتوای آهن سطح را به حداکثر 5.0 درصد وزنی محدود می‌کنند، که معمولاً به حداقل روکش دو لایه نیاز دارد زیرا رقت‌سازی تک لایه در خط همجوشی با هر فرآیند قوس، شامل GTAW سیم داغ، به سختی می‌توان به کمتر از 5 درصد رسید.

س: سیم گرم GTAW چقدر سریعتر از سیم سرد{{0}GTAW معمولی است؟

A: نرخ رسوب منتشر شده برای GTAW-HW تقریباً دو تا سه برابر بیشتر از GTAW سرد-GTAW با کیفیت جوش قابل مقایسه است، با GTAW-HW تقریباً 1 تا 12 پوند در ساعت بسته به قطر سیم و جریان پیش گرمایش.

س: آیا سیم داغ GTAW نیاز به لایه های چندگانه را از بین می برد؟

پاسخ: خیر. حتی در رقت کمتر GTAW-HW، اکثر مشخصات همچنان به حداقل دو لایه-روکش نیاز دارند زیرا لایه اول به عنوان یک بافر رقت بین فلز پایه و لایه سطح بحرانی-خوردگی عمل می‌کند.

س: کدام کد محدودیت های سختی را برای روکش آلیاژ نیکل ترش-خدمت تنظیم می کند؟

A: NACE MR0175/ISO 15156 پذیرش سختی را برای سرویس ترش تنظیم می‌کند، با محدودیت‌هایی که معمولاً در 248 HV10 برای فولاد کربن/کم{4}}آلیاژ HAZ و 345 HV10 برای پوشش Inconel 625 اعمال می‌شود که توسط آزمایش ویکرز تأیید شده است.

س: چه زمانی باید از SAW- نوار یا GMAW به جای سیم داغ GTAW استفاده شود؟

A: SAW-نوار و پالس GMAW برای مناطق باز و بزرگ مانند پوسته‌ها و سرهای کشتی که رقت بیشتر در هر لایه قابل قبول است و لایه‌های متعدد از قبل برنامه‌ریزی شده است، مناسب‌تر هستند. سیم داغ GTAW ترجیح داده می شود که هندسه محدود است یا کنترل رقت تک لایه مهم است.