مشخصات روش جوشکاری (WPS) برای آلیاژهای نیکل: متغیرهای ضروری و غیر ضروری-

مشخصات روش جوشکاری (WPS) برای آلیاژهای نیکل چیست؟

WPS یک برگه دستورالعمل مکتوب-دارای کد است که به جوشکار می‌گوید دقیقاً چگونه یک جوش آلیاژ نیکل سالم تولید کند، و تنها زمانی معتبر است که توسط یک رکورد آزمایشی صلاحیت روش (PQR) پشتیبانی شود.

مشخصات روش جوشکاری یک سند کنترل‌شده است که تمام پارامترهای مورد نیاز جوشکار را فهرست می‌کند: نوع فلز پایه، فلز پرکننده، طراحی اتصال، دمای پیش‌گرم و بینگذر، گاز محافظ، آمپر و دامنه ولتاژ، سرعت حرکت و عملیات حرارتی پس از جوش، در صورت لزوم. برای آلیاژهای نیکل ماننداینکونل 625, اینکونل 718, هاستلوی C276، ومونل 400WPS یک پیشنهاد نیست. این یک سابقه قانونی و با کیفیت است که از طریق آزمایش مکانیکی یک جوش آزمایشی واقعی (PQR) ثابت می کند که پارامترهای ذکر شده اتصالی را ایجاد می کنند که مقاومت، شکل پذیری و مقاومت در برابر خوردگی مورد نیاز را برآورده می کند.

از آنجایی که آلیاژهای نیکل در خدمات خورنده، دمای بالا و برودتی مانند خطوط لوله دریایی، راکتورهای شیمیایی و اجزای هوافضا استفاده می‌شوند، یک WPS ناموفق یا ضعیف می‌تواند منجر به ترک خوردن، از دست دادن مقاومت در برابر خوردگی، یا خرابی خدمات شود. به همین دلیل است که ASME بخش IX، AWS D10.18/D18.2 و ISO 15614-1 کاملاً تعریف می‌کنند که کدام متغیرها ممکن است هرگز بدون صلاحیت مجدد تغییر نکنند.

تفاوت بین -متغیرهای ضروری و غیر ضروری چیست؟

متغیرهای اساسی خواص مکانیکی یا خوردگی جوش را تغییر می دهند و نیاز به بررسی مجدد دارند. متغیرهای غیر ضروری فقط بر تکنیک یا بهره وری جوشکار تأثیر می گذارند و می توانند در WPS بدون آزمایش جدید تجدید نظر شوند.

کدهای جوشکاری هر پارامتر در یک WPS را به یکی از سه دسته طبقه بندی می کنند. درک این طبقه بندی تنها مهارت مهم برای هر کسی است که یک WPS آلیاژ نیکل را می نویسد، بررسی می کند، یا ممیزی می کند.

متغیرهای اساسی: تغییری فراتر از محدوده واجد شرایط، WPS را باطل می‌کند و نیاز به یک PQR جدید با تست‌های مکانیکی جدید و در صورت لزوم، خوردگی دارد.

متغیرهای ضروری تکمیلی: فقط زمانی اعمال می شود که WPS واجد شرایط تست چقرمگی-(ضربه) باشد، که در کاربردهای آلیاژ نیکل برودتی و فراساحلی رایج است. یک تغییر مستلزم صلاحیت مجدد برای سختی است.

متغیرهای غیر ضروری: می‌توانند در خود سند WPS بدون احراز صلاحیت تغییر کنند، زیرا ویژگی‌های مشترک را به طور قابل توجهی تغییر نمی‌دهند.

متغیرهای ضروری برای WPS آلیاژ نیکل چیست؟

متغیرهای ضروری برای آلیاژهای نیکل تحت بخش ASME IX (QW-404 تا QW-411) شامل گروه‌بندی P{4}}عدد/UNS فلز پایه، عدد F{5}}فلز پرکننده و A-عدد، فرآیند جوشکاری، پیش‌گرم‌سازی و بین‌گذر، ویژگی‌های طراحی پس‌گاز پس از گرمایش و بین‌گذر، ویژگی‌های طراحی حفاظی پس از ترکیب و حفاظ برقی عملیات حرارتی

لیست دقیق به فرآیند جوشکاری بستگی دارد (SMAW، GTAW، GMAW، SAW)، اما برای آلیاژهای نیکل موارد زیر به طور مداوم به عنوان ضروری در نظر گرفته می شوند:

گروه بندی فلزات پایه (P-عدد/UNS):تغییر به فلز پایه خارج از P{0}}عدد یا گروه بندی آلیاژ نیکل واجد شرایط نیاز به صلاحیت مجدد دارد، زیرا آلیاژهایی مانند Hastelloy C-276 (UNS N10276) و Inconel 625 (UNS N06625) دارای عناصر آلیاژی متفاوت و حساسیت به ترک هستند.

فلز پرکننده F-عدد و A-عدد:تغییر طبقه بندی فلز پرکننده، شیمی فلز جوش را تغییر می دهد، که مستقیماً بر مقاومت در برابر خوردگی و حساسیت{0}}ترک خوردن در آلیاژهای نیکل تأثیر می گذارد.

فرآیند جوشکاری:برای مثال، تغییر از GTAW به GMAW، گرمای ورودی، رقت‌سازی و سرعت خنک‌سازی را تغییر می‌دهد، که همگی بر ساختار آلیاژ نیکل تأثیر می‌گذارند.

دمای پیش گرم و بین پاس:آلیاژهای نیکل رسانایی حرارتی پایینی دارند و مستعد ترک خوردگی داغ هستند، بنابراین حداکثر دمای بین گذر (اغلب 300 تا 350 درجه فارنهایت) بر خلاف جوشکاری فولاد کربنی که اغلب غیرضروری است، ضروری است.

عملیات حرارتی پس از-جوش (PWHT):افزودن، حذف یا تغییر زمان و دمای PWHT ضروری است، زیرا باعث تغییر در پاسخ سخت شدن بارش و وضعیت تنش پسماند آلیاژهایی مانند Inconel 718 می‌شود.

گاز محافظ و ترکیب گاز پشتیبان:آلیاژهای نیکل به آلودگی اتمسفر بسیار حساس هستند. تغییر در نوع گاز یا حذف پس‌انداز گاز می‌تواند باعث اکسیداسیون یا تخلخل شود که هر دو محرک‌های متغیر ضروری هستند.

مشخصات الکتریکی:نوع جریان (AC/DC)، قطبیت، و تغییر قابل توجهی در محدوده گرمای ورودی ضروری هستند زیرا رقت و سیالیت حوضچه جوش را کنترل می کنند.

طراحی شیار و محدوده ضخامت واجد شرایط:طرح اتصال یا ضخامت فلز پایه که خارج از محدوده تحت پوشش کوپن تست PQR قرار می گیرد، واجد شرایط نیست.

متغیرهای غیر ضروری برای WPS آلیاژ نیکل چیست؟

متغیرهای غیر ضروری تکنیک را پوشش می‌دهند-جزئیات سطح مانند رشته در مقابل مهره بافت، روش تمیز کردن بین پاس‌ها، زاویه مشعل، اندازه الکترود تنگستن، و تغییرات جزئی یراق، که می‌توانند در WPS بدون آزمایش جدید به‌روزرسانی شوند.

از آنجایی که متغیرهای غیر ضروری نیازی به صلاحیت مجدد ندارند، به مهندسان جوش انعطاف پذیری می دهند تا یک روش اثبات شده را با شرایط مختلف کارگاه تطبیق دهند. متغیرهای غیر ضروری معمولی برای جوشکاری آلیاژ نیکل عبارتند از:

مهره رشته در مقابل تکنیک مهره بافت، در محدوده عرض معقول.

روش تمیز کردن بین گذر (مسواک زدن مکانیکی با یک برس مخصوص ضد زنگ/نیکل{0}} یا آسیاب).

برداشتن اتصال اولیه و نهایی پاس جوش-برای سنگ زنی آرایشی.

تغییرات جزئی در زاویه مشعل، تماس-نوک-به-فاصله کار، یا عرض نوسان.

موقعیت زمانی که WPS قبلاً در موقعیتی است که موقعیت استفاده را پوشش می دهد (به عنوان مثال، یک WPS واجد شرایط 6G- 1G تا 5G را پوشش می دهد).

تجهیزات کمکی مانند کنترل کننده های پالس، مشروط بر اینکه از محدوده جریان و ولتاژ واجد شرایط فراتر نرود.

اصل مهندسی کلیدی این است: اگر تغییری در متغیر را نتوان برای تغییر استحکام کششی، شکل‌پذیری خمشی، چقرمگی ضربه یا مقاومت در برابر خوردگی اتصال نشان داد، به عنوان غیرضروری طبقه‌بندی می‌شود.

چرا آلیاژهای نیکل نسبت به فولاد کربنی به تغییرات متغیر اساسی حساس تر هستند؟

آلیاژهای نیکل در محدوده دمایی وسیع‌تر و کندتر جامد می‌شوند، گرما را آهسته‌تر هدایت می‌کنند، و از نظر شیمیایی در برابر گوگرد، سرب و سایر آلاینده‌های با نقطه ذوب پایین-آسیب‌پذیر هستند، بنابراین پارامترهایی که برای فولاد کربنی ضروری نیستند، مانند دمای بین‌گذر و روش تمیز کردن، تبدیل به پارامترهایی می‌شوند که برای فولاد کربنی ضروری نیستند.

چندین ویژگی متالورژیکی آلیاژهای نیکل توضیح می دهد که چرا کنترل WPS سخت تر است:

هدایت حرارتی کم:گرما به جای پراکنده شدن به صورت موضعی متمرکز می شود، بنابراین دمای بیش از حد بین گذری خطر ترک خوردن داغ و رشد دانه را افزایش می دهد.

محدوده انجماد گسترده:آلیاژهای نیکل در طول خنک شدن یک ناحیه دوفازی و دو فازی تشکیل می دهند که در صورت عدم کنترل گرما ورودی یا مهار، بسیار مستعد ترک خوردگی انجماد (گرم) است.

ضریب انبساط حرارتی بالا:آلیاژهای نیکل بیشتر از فولاد کربنی منبسط و منقبض می شوند و تنش و اعوجاج پسماند را افزایش می دهند که پیامد هر گونه تغییر در گرمای ورودی را افزایش می دهد.

حساسیت به آلودگی:ردیابی گوگرد، سرب، فسفر یا روی که از مداد شمعی علامت‌گذاری، روغن‌های برش یا چرخ‌های آسیاب مشترک منتقل می‌شوند، می‌توانند باعث شکنندگی فلزات مایع شوند، بنابراین روش‌های تمیز کردن و ابزارآلات وزن بیشتری نسبت به ساخت فولاد کربنی دارند.

عملکرد خوردگی به شیمی-وابسته است:برخلاف فولاد کربن، که معمولاً مقاومت مکانیکی نگرانی اصلی است، آلیاژهای نیکل اغلب به‌طور خاص برای مقاومت در برابر خوردگی انتخاب می‌شوند، بنابراین هر متغیری که شیمی فلز جوش را تغییر می‌دهد، مانند فلز پرکننده یا گاز محافظ، یک اثر بسیار بزرگ-در سطح ضروری دارد.

کدام کدها صلاحیت WPS را برای آلیاژهای نیکل تعیین می کنند؟

بخش IX ASME مرجع اولیه برای متغیرهای ضروری، تکمیلی، و{0}غیر ضروری در آمریکای شمالی است. AWS D10.18/D18.2 راهنمایی‌های خاص نیکل-آلیاژ- را اضافه می‌کند، در حالی که ISO 15614-1 و NACE MR0175/ISO 15156 برای پروژه‌های بین‌المللی و کنترل خوردگی خدمات ترش اعمال می‌شوند.

ASME بخش IX (کد بویلر و مخزن تحت فشار):متغیرهای ضروری، ضروری، تکمیلی و غیرضروری را با فرآیند جوشکاری در QW-250 تا QW-267 تعریف می‌کند و P-Number‌های آلیاژ نیکل، عمدتاً گروه‌بندی P-41 تا P-49 را پوشش می‌دهد.

AWS D10.18/D18.2:راهنمایی های جوش و بازرسی را به طور خاص برای لوله ها و لوله های فولاد ضد زنگ و آلیاژ نیکل، از جمله توصیه های دمای بین پاسی و تمیزی ارائه دهید.

ISO 15614-1:معادل اروپایی و بین‌المللی برای صلاحیت روش، با استفاده از ساختار متغیر اساسی- مشابه تحت سیستم شماره‌گذاری بند متفاوت.

NACE MR0175 / ISO 15156:الزامات مواد و جوشکاری آلیاژهای نیکل را در سرویس نفت و گاز ترش (H2S-حاوی) تنظیم می‌کند و الزامات تست سختی و خوردگی- را علاوه بر شرایط استاندارد مکانیکی اضافه می‌کند.

ASME B31.3 / B31.1:کدهای لوله‌کشی فرآیند و نیرو که از ASME IX برای احراز صلاحیت رویه استفاده می‌کنند و نیازمندی‌های خدمات{0}خاص برای سیستم‌های لوله‌کشی آلیاژ نیکل را اضافه می‌کنند.

اگر یک متغیر ضروری خارج از محدوده واجد شرایط خود تغییر کند چه اتفاقی می افتد؟

هر تغییر متغیر ضروری خارج از محدوده واجد شرایط، فوراً WPS را برای استفاده در تولید باطل می‌کند، و قبل از شروع مجدد جوشکاری، باید یک جوش آزمایشی جدید ساخته، آزمایش و در یک PQR جدید یا اصلاح‌شده مستند شود.

در عمل، این بدان معناست که مهندس جوش نمی تواند به سادگی یک سند را به روز کند و به جوشکاری ادامه دهد. یک کوپن جدید باید تحت پارامترهای پیشنهادی جوش داده شود، سپس تحت آزمایش های مورد نیاز، معمولاً کششی، خمش هدایت شده، و برای بسیاری از کاربردهای آلیاژ نیکل، تست ضربه و خوردگی (مانند ASTM G28 یا G48 برای مقاومت در برابر خوردگی بین دانه ای و حفره ای) قرار گیرد. تنها پس از گذراندن کوپن تمام تست های مورد نیاز، می توان WPS را بازبینی کرد و برای جوشکاری تولید آزاد کرد. نادیده گرفتن این مرحله یکی از رایج‌ترین علل ریشه‌ای خرابی‌های جوش آلیاژ نیکل است که در طول ممیزی‌های کیفیت و بررسی‌های بعد از{5} شکست یافت می‌شود.

WPS چگونه برای آلیاژهای نیکل واجد شرایط است؟

صلاحیت از یک چرخه چهار مرحله‌ای پیروی می‌کند: یک کوپن آزمایشی را تحت پارامترهای پیشنهادی جوش دهید، کوپن را با کد مورد نیاز آزمایش کنید، نتایج را در یک PQR ثبت کنید، سپس WPS تولید را به آن PQR ارجاع دهید.

مرحله 1: کوپن تست را جوش دهید

یک جوشکار واجد شرایط یک جوش آزمایشی را با استفاده از فلز پایه، فلز پرکننده، فرآیند و پارامترهای در نظر گرفته شده برای تولید، به دنبال محدوده پارامترهای اولیه انتخاب شده از تجربه قبلی یا داده های سازنده فلز پرکننده، تولید می کند.

مرحله 2: کوپن را تست کنید

کوپن بر اساس الزامات کد برش خورده و آزمایش می شود: آزمایش کششی برای تأیید استحکام، آزمایش خمش هدایت شونده برای تأیید شکل پذیری و عاری از نقص، و در صورت لزوم، آزمایش ضربه (چارپی) برای چقرمگی و تست خوردگی برای مقاومت در برابر سوراخ شدن یا حمله بین دانه ای.

مرحله 3: PQR را مستند کنید

رکورد صلاحیت رویه پارامترهای واقعی استفاده شده و نتایج آزمایش به دست آمده را ثبت می کند. PQR مدرک است. WPS دستورالعملی است که از آن شواهد به دست آمده است.

مرحله 4: WPS را صادر کنید

WPS محدوده‌های واجد شرایط را برای همه متغیرهای ضروری، ضروری، تکمیلی و غیر ضروری فهرست می‌کند و به سند کنترل‌شده‌ای تبدیل می‌شود که جوشکارها در تولید از آن پیروی می‌کنند، مشروط به صلاحیت عملکرد جوشکار مداوم (WPQ) برای هر جوشکار جداگانه.

ضروری در مقابل غیر ضروری-

جدول زیر به طور خلاصه نشان می‌دهد که چگونه یک دسته متغیر برای آلیاژهای نیکل در مقایسه با فولاد کربنی متفاوت رفتار می‌شود، و اینکه آیا تغییر نیاز به صلاحیت مجدد WPS دارد یا خیر.

سوالات متداول

آیا فلز پرکننده همیشه یک متغیر ضروری برای آلیاژهای نیکل است؟

بله. بر اساس بخش IX ASME، تغییر در F{1}}عدد یا A{2}}فلز پرکننده برای هر فرآیند ضروری است، زیرا مقاومت در برابر خوردگی آلیاژ نیکل و مقاومت در برابر ترک مستقیماً به شیمی فلز جوش بستگی دارد.

آیا می توان از WPS واجد شرایط Inconel 625 برای Inconel 718 استفاده کرد؟

در بیشتر موارد بدون صلاحیت مجدد نیست. اگرچه هر دو بر پایه نیکل-می‌باشند، اما در گروه‌بندی‌های فلز پایه مختلف با مکانیسم‌های تقویتی متفاوت (محلول-محلول جامد در مقابل بارش-سخت شدن) قرار می‌گیرند، بنابراین تغییر فلز پایه ضروری تلقی می‌شود.

آیا موقعیت جوش برای آلیاژهای نیکل نیاز به صلاحیت مجدد WPS دارد؟

به طور کلی خیر، مشروط بر اینکه WPS در ابتدا در موقعیتی مانند 6G واجد شرایط بود که طبق قانون کد موقعیت مورد استفاده در تولید را پوشش دهد. موقعیت یک متغیر غیر ضروری در بخش IX ASME است.

چرا دمای بین گذر برای آلیاژهای نیکل ضروری تلقی می شود، اما فولاد کربنی در نظر گرفته نمی شود؟

از آنجایی که آلیاژهای نیکل رسانایی حرارتی پایینی دارند و دامنه انجماد گسترده ای دارند، تجمع حرارت اضافی بین پاس ها به طور قابل توجهی خطر ترک خوردگی داغ را افزایش می دهد. فولاد کربنی گرما را موثرتر دفع می کند و به ترک{1}}حساسیت کمتری دارد، بنابراین دمای بینگذر آن معمولاً- غیر ضروری است.

چه آزمایشی برای آلیاژهای نیکل فراتر از تست های کششی و خمشی استاندارد اضافه شده است؟

بسیاری از کاربردهای آلیاژ نیکل تست خوردگی را اضافه می کنند، مانند ASTM G28 برای حمله بین دانه ای یا ASTM G48 برای مقاومت در برابر خوردگی حفره و شکاف، به علاوه تست ضربه زمانی که دمای سرویس نیاز به چقرمگی اثبات شده دارد.

نتیجه گیری

طبقه‌بندی صحیح متغیرهای ضروری و غیر ضروری کار اداری نیست. این مکانیزم است که استحکام مکانیکی جوش آلیاژ نیکل و مقاومت در برابر خوردگی را در محدوده های آزمایش شده و اثبات شده حفظ می کند.

یک WPS به شدت کنترل شده چیزی است که به اجزای آلیاژ نیکل اجازه می دهد تا در سخت ترین خدمات به طور قابل اعتماد عمل کنند: چاه های گاز ترش، کارخانه های فرآوری شیمیایی و ذخیره سازی برودتی. تولیدکنندگان و سازندگانی که کنترل متغیر ضروری را به‌عنوان یک رشته کیفیت اصلی به‌جای یک سند رسمی در نظر می‌گیرند، به‌طور مداوم جوش‌هایی تولید می‌کنند که آزمایش کد را برای اولین بار پشت سر می‌گذارند و برای چندین دهه در خدمت کار می‌کنند. برای پروژه‌هایی که شامل Inconel، Hastelloy، Monel، یا سایر آلیاژهای مبتنی بر نیکل{3}}می‌شوند، تعامل سازنده با یک کتابخانه اثبات شده از بسته‌های WPS/PQR واجد شرایط و پشتیبانی متالورژیک داخلی به‌طور قابل‌توجهی ریسک برنامه‌ریزی و هزینه نگهداری طولانی‌مدت{{5} را کاهش می‌دهد.