Hot Wire GTAW for kledning av nikkellegering: avsetningshastighet og fortynningskontroll

Introduksjon

Nikkellegert sveiseoverlegg beskytter trykkgrensen til karbon- og lav-legerte stålkomponenter mot korrosjon, uten kostnadene ved å bygge hele delen fra solid Inconel- eller Hastelloy-plate. Overlegget fungerer bare hvis to ting skjer samtidig: avsetningen må gå ned raskt nok til å være økonomisk, og den må holde seg kjemisk nær nok til fyllmetallet - ikke grunnstålet - for å levere korrosjonsmotstanden designet krever. Disse to målene kjemper vanligvis mot hverandre. Hotwire gass wolfram buesveising (GTAW-HW) er prosessen bygget spesielt for å stoppe kampen.

Denne artikkelen sammenligner hot wire GTAW med de andre prosessene som brukes for nikkellegeringsbekledning - cold-wire GTAW, GMAW, submerged arc strip (SAW-strip), plasma transfered arc (PTA) og laser hot wire - på avsetningshastighet og fortynning, og defekterer en standard, og defekterer en standard. GTAW-HW-overleggsprosedyre.

Hva er Hot Wire GTAW, og hvorfor betyr det noe for nikkellegeringskledning?

Hot wire GTAW legger til en ekstra strømkilde som resistivt forvarmer fylltråden til nær smeltepunktet før den når lysbuen, slik at wolframbuen ikke lenger trenger å levere all energien som trengs for å smelte fyllstoffet. Denne separasjonen av "varm opp tråden" fra "varm grunnmetallet" er det som lar GTAW-HW øke avsetningshastigheten uten å øke fortynningen.

I konvensjonell kald-tråd-GTAW gjør wolframbuen to jobber samtidig: den smelter grunnmetallet for å danne sveisebassenget, og den smelter tilsatstråden som føres inn i bassenget. Fordi begge trekker fra den samme bueenergien, øker det å skyve mer fyllstoff gjennom buen for å øke avsetningshastigheten også bueenergien og reiseatferden som er nødvendig for å smelte den -, noe som øker smeltingen av uedelt metall og dermed fortynningen.

Hot wire GTAW bryter den koblingen. En separat, elektrisk isolert strømforsyning fører strøm gjennom fylltråden mellom kontaktspissen og sveisebassenget, og varmes opp motstandsdyktig til nær-smeltetemperatur før den noen gang når lysbuen. Wolframbuens jobb krymper til å fullføre smelten og kontrollere penetrering i grunnmetallet, mens trådforvarmingskretsen - ikke lysbuen - leverer mesteparten av energien som trengs for å smelte fyllstoffet.

Avsetningshastigheten bestemmes hovedsakelig av trådmatingshastighet og forvarmingsstrøm, stort sett uavhengig av lysbuestrøm.

Inntrengning av basismetall (og derfor fortynning) bestemmes hovedsakelig av lysbuestrøm og reisehastighet, stort sett uavhengig av avsetningshastighet.

De to variablene kan justeres separat - den viktigste grunnen til at GTAW-HW oppnår høyere produktivitet uten å ofre fortynningskontroll.

Hvordan øker Hot Wire GTAW avsetningshastigheten i forhold til konvensjonell kald-Wire GTAW?

Forvarming av tråden lar den smelte inn i bassenget i det øyeblikket den ankommer i stedet for å trekke smelteenergi fra buen, og det er grunnen til at dokumenterte GTAW-HW-avsetningshastigheter er omtrent to til tre ganger høyere enn kald-wire-GTAW ved avsetningshastigheter på omtrent 1-12 lb/t, uten å øke lysbueenergien eller fortynningen.

I kald-tråd-GTAW går tråden inn i bassenget ved romtemperatur, og lysbuen må levere full latent varme og fornuftig varme for å smelte den - en grense for hvor mye tråd som kan legges til per tidsenhet før prosessen begynner å stubbe, sprute eller kule på trådspissen. Resistivt forvarming av tråden fjerner mesteparten av den termiske gjelden før tråden kommer, slik at en høyere trådmatingshastighet kan opprettholdes ved de samme bueinnstillingene.

Bransjekilder rapporterer GTAW-HW-avsetningshastigheter som spenner over omtrent 1 til 12 lb/time, avhengig av tråddiameter, forvarmingsstrøm og skjøt- eller overleggsgeometri, med produktivitetsgevinster som vanligvis oppgis til to til tre ganger et sammenlignbart kald-GTAW-oppsett for samme sveisekvalitet. Dette er også grunnen til at GTAW-HW ofte er posisjonert som en mellomting mellom lav-avsetningskald-tråd GTAW/orbital GTAW og høyere-avsetning, men høyere-fortynningsprosesser som GMAW og SAW-strip.

Kilder: The Fabricator, "Could GTAW hot-wire go mainstream?"; Fit-Weld, "High-Performance Hot Wire GTAW TIG Cladding Systems."

Hvordan kontrollerer Hot Wire GTAW fortynning bedre enn andre kledningsprosesser?

Hotwire GTAW holder fortynning i omtrent 3-8 % i produksjonspraksis, som ligger under GMAW og SAW-stripen (vanligvis 15-30%) og er konkurransedyktig med -, men vanligvis høyere enn - laser-varmtrådskledning (omtrent 5-%) når GTAW-sveis er det sterkeste alternativet. enkeltlagsfortynning under grensen på 5,0 % overflatejern er nødvendig.

Fortynning er brøkdelen av det ferdige sveiseavsetningen som kommer fra smeltet uedelt metall i stedet for fyllmetall. For nikkellegeringsoverlegg på karbon eller lav-legert stål er fortynning viktig fordi jern plukket opp fra basismetallet forringer korrosjonsmotstanden, overlegget er der for å gi - de fleste nikkellegeringsoverleggsspesifikasjoner dekker overflatejerninnhold på 5,0 vekt% av akkurat denne grunnen, og generell bue-prosess kan absorbere langt over det en enkelt lag kan absorbere og fortsatt tåle.

Fordi GTAWs bue er den laveste-energien, mest romlig kontrollerbare av de store buekledningsprosessene, har den alltid produsert den laveste fortynningen av buefamilien - avveiningen-har historisk sett vært dens lave avsetningshastighet. GTAW-HW beholder den lave-fortynningskarakteren samtidig som den lukker mye av avsetnings-hastighetsgapet, som er grunnlaget for valg uansett hvor begge variablene er begrenset.

Kilder: Lincoln Electric, "Laser Hot Wire Cladding"; Welding Fabrication World, "Weld Overlay/Cladding - Types, Process & ASME Requirements"; ScienceDirect, "Sveis kledninger av Hastelloy C276 ved bruk av GTAW-kaldtrådmatingsprosessen." Områder er representative for publiserte felt- og laboratoriedata; kvalifisere alle verdier ved hjelp av prosedyrekvalifikasjonstesting i henhold til gjeldende kode.

Hvilke prosessparametre kontrollerer faktisk avsetningshastigheten/fortynningsbalansen?

Fire parametere gjør nesten alt arbeidet: buestrøm setter penetrasjon og fortynning, trådmatingshastighet og forvarmingsstrøm innstilt avsetningshastighet stort sett uavhengig av lysbuen, og reisehastighet setter perleoverlapping og lagdekning - en kvalifisert GTAW-HW-prosedyre stemmer alle fire sammen i stedet for å behandle noen av dem som hele historien.

Buestrøm

Buestrøm er den primære driveren for smelting av uedelt metall. Høyere lysbuestrøm utvider og utdyper sveisebassenget, trekker inn mer uedelt metall og øker fortynning - dokumentert perle-på-platetesting av Inconel 625 varm-tråd GTAW-overlegg på 2.25Cr-1Mo stål viste fortynning av varme- og varmesone, fortynning, samt økende sone-størrelse. steg fra 125 A til 200 A. Lysbuestrømmen holdes derfor så lav som lysbuen kan opprettholde stabilt samtidig som den oppnår fusjon.

Trådmatingshastighet og forvarmingsstrøm

Trådmatingshastigheten angir hvor mye fyllmetall som kommer inn i bassenget per tidsenhet; forvarmingsstrøm angir hvor nær smelting den tråden allerede er når den kommer. Å heve begge sammen øker avsetningshastigheten med bare en sekundær effekt på lysbuens egen energibalanse - dette er mekanismen som lar GTAW-HW tilsette fyllstoff raskere uten å trekke mer varme fra lysbuen inn i grunnmetallet.

Reisehastighet og perle overlapper hverandre

Reisehastighet styrer hvor mye av bassenget som stivner før neste passering, noe som setter perleoverlapping og dekning. Langsommere bevegelse øker varmetilførselen per lengdeenhet og kan øke fortynningen selv ved konstant strøm, så kjørehastigheten er kvalifisert sammen med strømmen i stedet for å justeres uavhengig på butikkgulvet.

Forvarm/mellomtemperatur og antall lag

Fordi enkelt-lagsfortynning under ca. 5 % er vanskelig å garantere ved fusjonslinjen uavhengig av prosess, krever de fleste spesifikasjoner et minimum to-lags overlegg, med det første laget behandlet som en buffer og kjemien kvalifisert ved en prøvetakingsdybde målt tilbake fra fusjonslinjen - vanligvis 3 mm overlags tykkelse. Interpass temperaturkontroll begrenser også varmeakkumulering over passeringer, noe som bidrar til å holde fortynningen konsistent fra rotpassasjen gjennom hettelaget.

Hvilke sveisestrømmer produserer akseptabel fortynning for Inconel 625 kledning på stål?

Publisert perle-på-platetesting av Inconel 625 hot-wire GTAW-overlegg på 2.25Cr-1Mo-stål viser fortynning og hardhet som begge stiger med lysbuestrøm over 125-200 A-området, så de fleste produksjonsprosedyrer for Inconel 625 relaterte til lavt bånd over kvalifisert stål og lavt bånd. et andre lag for å bringe overflatekjemi resten av veien mot den nominelle Inconel 625-sammensetningen.

Den samme studien fant at den høyeste sveisemetallhardheten fant sted ved 150 A blant de fire strømmene som ble testet (125, 150, 175 og 200 A), med en dendritisk austenittisk mikrostruktur over hele området og fortynning, perlebredde og varmepåvirket sonestørrelse- som alle trender oppover ettersom strømmen økte. Den praktiske løsningen for prosedyreutvikling er at strøm ikke er en fri variabel for produktivitet alene - hver økning må kontrolleres mot korrosjons-relevante kjemi- og hardhetsgrenser i den gjeldende spesifikasjonen, ikke bare mot penetrering og utseende.

For sure-servicekomponenter er hardhet en hard grense, ikke bare en kvalitetsindikator: NACE MR0175/ISO 15156-kompatibelt overlegg er vanligvis begrenset til 248 HV10 i karbon/lavlegert stål HAZ og 345 HV10 i selve Inconel 625-testingen, målt ved flere lag i Viconel 625.

Hvilke koder og standarder styrer kvalifisering og aksept for Hot Wire GTAW-bekledning?

En GTAW-HW nikkellegeringsoverleggsprosedyre er primært kvalifisert under ASME Section IX (essensielle variabler og mekanisk/kjemisk testing), brukt innenfor ASME Section VIII Division 1 Appendiks F for kledde trykkbeholdere, og - for oljefelt og surt-serviceutstyr {{4}5A82 med API og API-lag, NACE MR0175/ISO 15156 krav til jernfortynningsklasse og hardhet.

Kilder: Material Welding, "Welding Procedure qualification tests requirements for weld overlay qualification"; API 6A (via valvestandard.com sammendrag); Piping-World, "Inconel 625 Weld Overlay Piping"; Welding Fabrication World, "Weld Overlay/Cladding."

Sammensetningen av det ferdige overlegget verifiseres mot designspesifikasjonen eller den refererte fyllmetallstandarden - ASME Seksjon IX angir ikke selv et minimumsinnhold av legeringer. Kjemisk analyse tas i en definert avstand tilbake fra fusjonslinjen, som samsvarer med minimum kvalifisert overleggstykkelse, og jerninnhold over den spesifiserte grensen er årsak til avvisning av prosedyren eller produksjonssveisingen.

Hva er de vanligste defektene i Hot Wire GTAW-kledning, og hvordan forhindres de?

Defektene som betyr mest i GTAW-HW nikkellegeringsoverlegg er under-bekledd sprekkdannelse, mangel på fusjon ved tåen eller roten, oksiderte/usmeltede trådinneslutninger fra feil forvarming, og ut-av-spesifikasjonsfortynning ved fusjonslinjen - passerer i stedet for parameterkontroll og interdisiplin. etter-sveisereparasjon.

Under-oppsprekking: drevet av hydrogen og restspenning i HAZ; kontrollert med riktig forvarmings-/interpasstemperatur, lav-hydrogenpraksis og, der spesifisert, PWHT.

Mangel på fusjon ved perle tå eller mellom passeringer: forårsaket av for høy reisehastighet eller utilstrekkelig bueenergi ved fusjonslinjen; kontrollert av kjørehastighet og brennervinkelkvalifisering og av visuell/PT-inspeksjon mellom lagene.

Trådoksidasjon eller usmeltede trådinneslutninger: forårsaket av forvarming av tråden for langt foran bassenget eller av beskyttelsesgasstap rundt det varme-trådkontaktpunktet; kontrollert av forvarmingsstrøminnstilling og verifisering av beskyttelsesgassdekning.

Overflødig fortynning / jernoppsamling på overflaten: forårsaket av overdreven lysbuestrøm, langsom vandring eller et overlegg for under-tykkelse; kontrollert av to-minimumsoverlegg, gjeldende kvalifisering og prøvetaking av kjemisk sammensetning på den kvalifiserte dybden.

Mikro-fissurering og uønsket karbidutfelling: kontrollert ved mikroundersøkelse av kvalifikasjonsprøven; kontrollert av varmetilførselskontroll og, for stabiliserte eller lav-karbonfyllstoffer, ved å tilpasse fyllstoffkjemien til brukstemperaturen.

Hvor passer Hot Wire GTAW best i en strategi for valg av nikkellegeringskledning?

Hot wire GTAW er den riktige standarden for rør-til-rørplateskjøter, dyseboringer, ventilhus og andre geometrisk begrensede eller høy-komponenter med høy-verdi der fortynning under 5 % og mekanisert, repeterbar dekning både materie - store flate eller buede områder, som for eksempel hodebeholdere{5}, betjenes fortsatt bedre av hodebeholdere{5} feltreparasjoner av SMAW.

Prosessvalg for nikkellegeringsoverlegg er en handel mellom areal, tilgang, fortynningskrav og kostnad. SAW-strimmel og pulserende GMAW dekker store områder raskest, men kan ikke pålitelig holde fortynningen under ca. 10-15 % i et enkelt lag, så de er reservert for applikasjoner der to eller flere lag allerede er planlagt eller hvor fortynningsgrensen er mindre streng. SMAW er fortsatt det eneste praktiske valget for feltreparasjoner og vanskelig tilgang der mekanisering ikke er mulig. GTAW-HW opptar plassen der geometrien er begrenset nok til å belønne presisjons - rørboringer, dysehalser, små ventilhus -, men området er for stort eller økonomien for trang for kaldtråds-GTAW alene.

Laser-trådkledning skyver fortynning og avsetningshastighet videre i samme retning som GTAW-HW, og er verdt å evaluere for komponenter med svært-verdi der kapitalkostnaden til laserutstyr er berettiget. For mesteparten av trykk-beleggsarbeid med nikkellegering på rør, fittings, flenser og smiing, er GTAW-HW fortsatt den prosessen som best balanserer kvalifikasjonskjennskap, utstyrskostnader og fortynningskontrollen som korrosjonsservice krever.

Ofte stilte spørsmål

Spørsmål: Hvilket fortynningsnivå er akseptabelt for Inconel 625 sveiseoverlegg på karbonstål?

A: De fleste nikkellegeringsoverleggsspesifikasjoner begrenser overflatejerninnhold til maksimalt 5,0 vekt%, noe som vanligvis krever et minimum to-lags overlegg fordi enkelt-lagsfortynning ved fusjonslinjen er vanskelig å bringe til under ca. 5 % med en hvilken som helst lysbueprosess, inkludert varmtråds-GTAW.

Spørsmål: Hvor mye raskere er GTAW med varm ledning enn konvensjonell kald-wire GTAW?

A: Publiserte avsetningshastigheter for GTAW-HW kjører omtrent to til tre ganger høyere enn kald-tråd-GTAW ved sammenlignbar sveisekvalitet, med GTAW-HW som spenner over ca. 1 til 12 lb/time avhengig av tråddiameter og forvarmingsstrøm.

Spørsmål: Eliminerer hot wire GTAW behovet for flere overleggslag?

A: Nei. Selv ved GTAW-HWs lavere fortynning, krever de fleste spesifikasjoner fortsatt et minimum to-lags overlegg fordi det første laget fungerer som en fortynningsbuffer mellom grunnmetallet og det korrosjonskritiske-overflatelaget.

Spørsmål: Hvilken kode styrer hardhetsgrensene for surt-service-nikkellegeringsoverlegg?

A: NACE MR0175/ISO 15156 regulerer hardhetsaksept for sur service, med grenser som vanligvis brukes på 248 HV10 for karbon/lav-legert stål HAZ og 345 HV10 for Inconel 625-overlegg, bekreftet av Vickers-testing.

Spørsmål: Når bør SAW-strip eller GMAW brukes i stedet for hot wire GTAW?

A: SAW-strimmel og pulserende GMAW er bedre egnet til store, åpne områder som karskjell og hoder der høyere fortynning per lag er akseptabelt og flere lag allerede er planlagt; hot wire GTAW foretrekkes der geometrien er begrenset eller enkelt{1}}lags fortynningskontroll er kritisk.