مواد مصرفی جوش برای اتصالات آلیاژ نیکل غیر مشابه: ماتریس انتخاب فلز پرکننده

برای اکثر اتصالات آلیاژ نیکل غیرمشابه، ERNiCrMo-3 (AWS A5.14 که به عنوان پرکننده Inconel 625 به بازار عرضه می‌شود) فلز پرکننده پیش‌فرض است، زیرا محتوای بالای نیکل، کروم و مولیبدن آن رقت‌سازی از فولاد کربنی را تحمل می‌کند.فولاد ضد زنگ، یا فلز پایه دوبلکس بدون از دست دادن مقاومت در برابر ترک یا عملکرد خوردگی.

پرکننده‌های آلیاژی{0} بالاتر مانند ERNiCrMo-4 یا ERNiCrMo-14 برای اتصالات شامل آلیاژهای با مولیبدن بالا مانند Hastelloy C-276 یا C-22 در نظر گرفته شده‌اند، که در آنها به جای تحمل ترک، مقاومت در برابر خوردگی لازم است. انتخاب صحیح همیشه به محاسبه رقت با نمودار Schaeffler یا WRC-1992 بستگی دارد، نه به تطبیق فلز پایه گرانتر تنها با نام.

برای اتصالات آلیاژ نیکل غیرمشابه از چه فلز پرکننده ای باید استفاده کرد؟

ERNiCrMo-3 (پرکننده نوع Inconel 625-) پیش‌فرض ایمن برای اکثریت قریب به اتفاق اتصالات آلیاژ نیکل غیرمشابه است، زیرا به خوبی با فولاد کربن، فولاد ضد زنگ، دوبلکس و اکثر آلیاژهای نیکل دیگر رقیق می‌شود و در عین حال مقاومت در برابر خوردگی را حفظ می‌کند.

جوشکاری فلزی غیرمشابه، به هم پیوستن دو آلیاژ مختلف در یک اتصال واحد، در ساخت آلیاژ نیکل رایج است: یک نازل راکتور با روکش 625- که به پوسته فولاد کربنی جوش داده شده است، یک لوله Hastelloy که در یک صفحه لوله فولادی ضد زنگ جوش داده شده است، یا یک لوله دریچه مونل که با بدنه لوله نیکل جوش داده شده است. در هر مورد، فلز پرکننده برای تطبیق با ترکیب شیمیایی حوضچه جوش که از اختلاط هر دو فلز پایه حاصل می‌شود، انتخاب می‌شود، نه صرفاً برای تطبیق با هر یک.

ERNiCrMo{5}}3 به صورت پیش‌فرض تبدیل شده است، زیرا شیمی پایه آن، تقریباً 62٪ نیکل، 21.5٪ کروم، 9٪ مولیبدن و 3.6٪ نیوبیم، نیکل کافی برای انعطاف پذیری و مقاوم در برابر ترک دارد، حتی زمانی که آهن و آهن را از فولاد پایه بدون کربن، موربنوم یا فولاد بیس کربنوم یا فولاد بیس استارین می گیرد. پس از رقیق شدن، مقاومت خوردگی قابل توجهی را حفظ کنید. نیوبیم علاوه بر این، ترک خوردگی داغ را در طول انجماد سرکوب می کند، که در جوشکاری اتصالات غیر مشابه بسیار مهار شده بسیار مهم است.

چرا کنترل رقیق‌سازی در جوش‌های آلیاژ نیکل غیر مشابه اهمیت بیشتری دارد؟

رقیق‌سازی، شیمی فلز جوش نهایی را تعیین می‌کند و در اتصالات غیرمشابه، می‌تواند رسوب را به خارج از محدوده ترکیبی ایمن خود بکشد و باعث ترک‌خوردگی داغ یا تشکیل مارتنزیت شود، مگر اینکه فلز پرکننده برای بافر در برابر آن تغییر انتخاب شود.

رقیق سازی درصدی از فلز جوش تمام شده است که از فلز پایه ذوب شده به جای سیم پرکننده یا الکترود حاصل می شود. در یک اتصال فلزی مشابه، رقیق‌سازی به سختی نتیجه را تغییر می‌دهد زیرا هر دو طرف ترکیب شیمیایی یکسانی دارند. در یک اتصال غیر مشابه، رقیق‌سازی می‌تواند فلز جوش را به فاصله قابل توجهی از نمودار فاز بکشد.

جوشکاری آلیاژ نیکل به فولاد کربنی:پیکاپ آهن از سمت فولاد کربنی، محتوای نیکل حوضچه جوش را رقیق می کند. اگر پرکننده نیکل کافی برای جبران نداشته باشد، رسوب حاصل می تواند مارتنزیت شکننده را در ناحیه همجوشی تشکیل دهد.

جوشکاری آلیاژ نیکل به فولاد زنگ نزن آستنیتی:رقیق‌سازی ملایم‌تر است، اما سطوح کروم و مولیبدن همچنان می‌تواند به زیر آستانه مورد نیاز برای مقاومت کامل در برابر خوردگی در محیط خدمات کاهش یابد.

جوشکاری آلیاژ نیکل بهفولاد ضد زنگ دوبلکس: رقت‌سازی می‌تواند تعادل فریت{0}}آستنیت را در ناحیه همجوشی مختل کند، بنابراین انتخاب پرکننده باید هم شیمی رقت و هم تعادل فاز را در نظر بگیرد، نه مقاومت به خوردگی را به تنهایی.

مهندسان جوش این نتیجه را با استفاده از نمودار شفلر یا به‌طور دقیق‌تر برای پرکننده‌های نیکل بالا، نمودار WRC- 1992 پیش‌بینی می‌کنند، که معادل کروم را در برابر نیکل ترسیم می‌کند تا رسوب جوش رقیق‌شده را قبل از شروع نواحی انعطاف‌پذیر مقاوم در برابر ترک، نشان دهد.

ماتریس انتخاب فلز پرکننده برای اتصالات غیر مشابه چیست؟

ERNiCrMo-3 اکثر مفاصل غیر مشابه شامل Inconel 625، 718، یا 825 را پوشش می دهد. زمانی که فلز پایه Hastelloy C-276 یا C-22 باید مقاومت خوردگی کامل خود را در سراسر اتصال حفظ کند، ERNiCrMo-4 یا ERNiCrMo-14 مورد نیاز است.

این ماتریس یک نقطه شروع است، نه جایگزینی برای WPS/PQR واجد شرایط. انتخاب پرکننده واقعی همیشه باید بر اساس صلاحیت بخش IX ASME، ضخامت‌های خاص فلز پایه و محیط سرویس تأیید شود، زیرا عواملی مانند محتوای گاز ترش یا قرار گرفتن در معرض برودتی می‌توانند توصیه کلی را نادیده بگیرند.

چرا ERNiCrMo-3 انتخاب پیش فرض برای اکثر مفاصل نیکل غیر مشابه است؟

ERNiCrMo{1}}3 محدوده رقت گسترده‌تری را تقریباً از هر پرکننده نیکل دیگری تحمل می‌کند، در حالی که همچنان در ناحیه مقاوم در برابر ترک-مقاوم در برابر خوردگی{4}} نمودار WRC-1992 فرود می‌آید، و آن را به کم‌خطرترین پیش‌فرض در بین فولاد کربنی، فولاد ضدزنگ و ترکیب دوبلکس تبدیل می‌کند.

سه ویژگی برتری آن را در کاربردهای مشترک غیر مشابه توضیح می دهد:

تحمل رقت گسترده:از آنجا که ترکیب پایه آن از قبل دارای نیکل بالا و کروم و مولیبدن متوسط ​​است، می تواند 20 تا 30 درصد رقت را از فلزات پایه آهن جذب کند و همچنان شکل پذیری و مقاومت در برابر خوردگی قابل قبولی را حفظ کند.

مقاومت در برابر ترک داغ ناشی از نیوبیم:نیوبیم کاربیدهای پایدار و فاز Laves را تشکیل می دهد که مسیر ترک را در طول انجماد قطع می کند، که در اتصالات غیر مشابه بسیار مهار شده که در آن تنش پسماند افزایش می یابد، بیشترین اهمیت را دارد.

پذیرش کد گسترده:ERNiCrMo{4}}3 (GTAW/GMAW) و ENiCrMo-3 (SMAW) تحت ASME بخش IX، AWS A5.14 و A5.11 واجد شرایط هستند و به طور گسترده در مشخصات جوشکاری EPC از قبل تأیید شده اند، که زمان صلاحیت روش و زمان خرید را کوتاه می کند.

چه زمانی باید به جای ERNiCrMo-3 از ERNiCrMo-4 یا ERNiCrMo-14 استفاده کنید؟

هنگامی که اتصال شامل فلز پایه Hastelloy C-276 یا C-22 است، از ERNiCrMo-4 یا ERNiCrMo-14 استفاده کنید و محیط سرویس مستلزم آن است که فلز جوش با مقاومت برتر فلز پایه در برابر حفره، خوردگی شکاف یا اسیدهای اکسیدکننده/کاهنده مخلوط مطابقت داشته باشد، زیرا ERNiCrMo-3 به اندازه کافی به اندازه کافی برای همه آنها کبریت ندارد.

ERNiCrMo-4 (پرکننده Hastelloy C-276):زمانی انتخاب می شود که فلز پایه C-276 باشد و خدماتی مانند گاز ترش با محتوای کلرید بالا، به جای PREN پایین یک رسوب نوع 625 رقیق شده، به عدد معادل مقاومت حفره ای کامل (PREN) آلیاژ اصلی نیاز دارد.

ERNiCrMo-14 (پرکننده هاستلوی C-22):برای فلز پایه C-22 در محیط های اسیدی مخلوط (ترکیبات نیتریک، هیدروکلریک، سولفوریک) انتخاب شده است که در آن مقاومت متعادل C-22 در هر دو شرایط اکسید کننده و کاهشی باید در جوش حفظ شود.

در عمل، استفاده از ERNiCrMo-3 در اتصال C-276 یک خطای رایج و پرهزینه در مشخصات است: اتصال اغلب آزمایش‌های مکانیکی استاندارد را پشت سر می‌گذارد، اما اگر محیط به اندازه کافی تهاجمی باشد تا از محتوای مولیبدن کمتر فلز جوش رقیق‌شده استفاده کند، ممکن است در سرویس‌دهی پیش از موعد از کار بیفتد. انتخاب پرکننده همیشه باید توسط محیط خورنده انجام شود، نه تنها به دلیل جوش پذیری یا هزینه.

چگونه آلیاژهای نیکل را به کربن یا فولاد کم آلیاژ{0} جوش می‌دهید؟

اتصالات نیکل به{1}فولاد به یک لایه پرکننده آلیاژ نیکل در سمت فولاد قبل از مونتاژ نهایی نیاز دارند، یا به یک پرکننده{2}}نیکل بالا که در روش کنترل شده و رقیق-استفاده می‌شود، برای جلوگیری از تشکیل مارتنزیت شکننده در ناحیه همجوشی، پیکاپ آهن نیاز دارد.

فولادهای کربنی و کم آلیاژی{0}}مقدار زیادی آهن به حوضچه جوش نسبت به ضخامتشان کمک می‌کنند و برخلاف فولاد ضدزنگ، هیچ کروم یا نیکل برای نرم کردن این اثر ندارند. دو تمرین نتیجه را کنترل می کنند:

کره زدن:لایه ای از ERNiCrMo-3 (یا آلیاژ منطبق) روی سطح فولادی قرار می گیرد و اجازه می دهد خنک شود، سپس صاف می شود. سپس اتصال نهایی بین دو سطح غنی از نیکل ساخته می‌شود که اساساً یک اتصال غیرمشابه را به یک اتصال تقریباً مشابه تبدیل می‌کند و خطر رقت‌سازی را به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهد.

گرمای ورودی کم، تکنیک مهره‌ای-:هنگامی که کره کاری عملی نیست، به حداقل رساندن حرارت ورودی و استفاده از چندین پاس رشته به جای یک پاس بافت بزرگ، میزان ذوب شدن فولاد و میزان آهن وارد شده به حوضچه جوش را محدود می کند.

روغن کاری برای اتصالات ضخیم-قطعه،-فشار بالا، یا چرخه‌ای{2}} مانند نازل راکتور-به جوش‌های پوسته ترجیح داده می‌شود، زیرا بدون در نظر گرفتن اینکه چه کسی میدان نهایی را انجام می‌دهد، رقت قابل پیش‌بینی و کد{5}}را می‌دهد.

چگونه می توان آلیاژهای نیکل را به فولاد ضد زنگ دوبلکس یا سوپر دوبلکس جوش داد؟

ERNiCrMo-3 همچنین پرکننده استاندارد برای اتصالات نیکل-آلیاژ-به-دوپلکس است زیرا از برهم زدن تعادل فاز فریت-آستنیت که فولاد ضد زنگ دوبلکس به دلیل استحکام و مقاومت در برابر خوردگی به آن وابسته است، جلوگیری می‌کند.

فولادهای ضد زنگ دوبلکس و فوق دوبلکس به ریزساختار تقریباً 50/50 فریت-آستنیت متکی هستند. جوش دادن آنها به آلیاژهای نیکل با پرکننده دوبلکس-منطبق می‌تواند ناحیه همجوشی را به سمت فریت اضافی سوق دهد، زیرا رقیق‌سازی آلیاژ نیکل به‌طور غیرقابل پیش‌بینی تعادل را تغییر می‌دهد. استفاده از پرکننده کاملاً آستنیتی-نیکل بالا مانند ERNiCrMo-3 از این مشکل جلوگیری می‌کند: فلز جوش حاصل در هر دو طرف مرز همجوشی آستنیتی است، به طور کامل از مسئله کنترل فریت کنار گذاشته می‌شود، در حالی که همچنان مقاومت به خوردگی را ارائه می‌دهد که در اکثر سرویس‌ها از فلز پایه دوبلکس فراتر می‌رود.

کره کاری در جوش های فلزی غیر مشابه چه نقشی دارد؟

کره‌زنی، جوش تولید نهایی را از تماس مستقیم با فلز پایه مستعد رقت‌تر کردن جدا می‌کند و به اتصال اجازه می‌دهد بدون در نظر گرفتن ضخامت مقطع یا شرایط مزرعه، با شیمی رقت‌پذیری قابل پیش‌بینی و کم-جوش داده شود.

کره‌زنی در سه حالت بسیار ارزشمند است: بخش‌های فولاد کربنی ضخیم که در غیر این صورت رقیق‌سازی شدید است، اتصالات-به{1}}در محل‌هایی که می‌توان در شرایط کارگاهی کنترل‌شده انجام داد و جوش میدان نهایی فقط به سطوح غنی از نیکل{{2} مشابه می‌پیوندد، و جوشکاری تعمیر در جایی که ترکیب فلز پایه اصلی نامشخص است. یک اتصال کره‌ای نیز تحت بخش IX ASME آسان‌تر است، زیرا PQR می‌تواند بر اساس جوش-نیکل{5}}به-نیکل مشخص‌شده به جای جوش غیرمشابه مستقیم با متغیرتر باشد.

چه کدها و استانداردهایی بر انتخاب فلز پرکننده برای اتصالات نیکل غیرمشابه حاکم است؟

AWS A5.11 و A5.14 خود فلزات پرکننده را طبقه‌بندی می‌کنند، بخش ASME صلاحیت رویه اتصال را کنترل می‌کند، و NACE MR0175/ISO 15156 الزامات تست سختی و خوردگی{4}} را زمانی که سرویس شامل شرایط ترش (H2S) است اضافه می‌کند.

AWS A5.14 (میله ها و الکترودهای جوشکاری لخت نیکل و آلیاژ نیکل):سیم های پرکننده GTAW و GMAW از جمله ERNiCrMo-3، ERNiCrMo-4 و ERNiCrMo-14 را بر اساس ترکیب شیمیایی طبقه بندی می کند.

AWS A5.11 (الکترودهای پوشیده از نیکل و آلیاژ نیکل):الکترودهای SMAW مانند ENiCrMo-3 و ENiCrMo-4 را برای خانواده های آلیاژی یکسان طبقه بندی می کند.

بخش نهم ASME:صلاحیت WPS/PQR را برای اتصال غیرمشابه کنترل می‌کند، و تغییر در فلز پرکننده F-عدد یا A-عدد، یا تغییر در هر یک از فلزات پایه P-عدد را به‌عنوان یک متغیر اساسی که نیاز به صلاحیت مجدد دارد، در نظر می‌گیرد.

NACE MR0175 / ISO 15156:محدودیت‌های سختی و الزامات تست خوردگی{0} (مانند ASTM G48) را برای جوش‌های آلیاژ نیکل غیرمشابه مورد استفاده در خدمات نفت ترش و گاز اضافه می‌کند.

سوالات متداول

آیا می توانم از پرکننده ضد زنگ 309L برای اتصال Inconel 625 به فولاد کربنی استفاده کنم؟

توصیه نمی شود. 309L فاقد محتوای نیکل باشد تا به طور قابل اعتمادی در برابر رقیق شدن آهن از مقاطع ضخیم فولاد کربنی محافظت کند، و مولیبدن یا نیوبیم مورد نیاز برای مطابقت با مقاومت در برابر خوردگی 625 یا مقاومت در برابر ترک گرم را حمل نمی کند. ERNiCrMo-3، به طور ایده آل با یک مفصل کره ای، انتخاب درستی است.

آیا فیلر ERNiCrMo-3 همان فلز پایه Inconel 625 است؟

ارتباط نزدیک دارد اما یکسان نیست. سیم پرکننده ERNiCrMo-3 با محتوای نیوبیم کمی بالاتر از فلز پایه استاندارد 625 به طور خاص برای مقاومت در برابر ترک های داغ در طول انجماد فرموله شده است، زیرا فلز جوش سرد و جامد می شود متفاوت از فلز پایه فرفورژه یا ریخته گری.

آیا باید هر دو طرف یک اتصال غیر مشابه را کره بزنم یا فقط طرف فولادی را؟

معمولاً فقط طرف کربن یا فولاد کم آلیاژ{0}}به کره نیاز دارد. طرف آلیاژ نیکل یا فولاد ضد زنگ قبلاً دارای ترکیب شیمیایی سازگار است و حوضچه جوش را به میزان قابل توجهی با عناصر مضر رقیق نمی کند.

اگر فلز پرکننده اشتباهی بر روی یک اتصال نیکل غیر مشابه استفاده شود چه اتفاقی می‌افتد؟

اتصال ممکن است آزمایش مکانیکی اولیه را پشت سر بگذارد، اما به دلیل ترک‌خوردگی داغ، تشکیل مارتنزیت یا خوردگی موضعی، زودتر از موعد کار کند، زیرا آزمایش‌های کششی و خمشی استاندارد همیشه شیمی رقت حاشیه‌ای یا حساسیت درازمدت به خوردگی را نشان نمی‌دهند.

آیا انتخاب فلز پرکننده در بخش IX ASME به عنوان یک متغیر ضروری محسوب می شود؟

بله. تغییر در فلز پرکننده F-Number یا A-Number یک متغیر اساسی است، به این معنی که هر تغییری نیاز دارد که WPS قبل از استفاده در تولید، با یک PQR جدید صلاحیت شود.

نتیجه گیری

انتخاب فلز پرکننده مناسب برای اتصال آلیاژ نیکل غیرمشابه به معنای پیش‌بینی ترکیب جوش رقیق شده و تطبیق آن با محیط سرویس است، نه صرفاً انتخاب پرکننده‌ای که نام مشترکی با یکی از فلزات پایه دارد.

اتصالات آلیاژ نیکل غیرمشابه در تقاطع مهندسی متالورژی و خوردگی قرار می گیرند: فلز پرکننده باید با موفقیت جوش بخورد، در برابر ترک خوردگی در برابر رقیق شدن مقاومت کند و عملکرد خوردگی مناسب با محیط خدمات واقعی ارائه دهد، گاهی اوقات برای نیاز بیشتر به دو فلز پایه.

سازندگانی که رقت‌سازی را با نمودارهای Schaeffler یا WRC-۱۹۹۲ محاسبه می‌کنند، در صورت لزوم روغن‌کاری را مشخص می‌کنند، و طبق بخش IX ASME روش‌ها را واجد شرایط می‌دانند، به طور مداوم از خرابی‌های زودرس ناشی از برخورد با انتخاب فلز پرکننده به عنوان یک جستجوی ساده جلوگیری می‌کنند. برای اتصالات غیرمشابه حیاتی در سیستم‌های Inconel، Hastelloy یا Monel، کار با تامین‌کننده‌ای که طیف کاملی از فلزات پرکننده منطبق را در اختیار دارد و می‌تواند از توسعه WPS/PQR پشتیبانی کند، خطر ساخت و هزینه نگهداری طولانی‌مدت را کاهش می‌دهد.