GTAW Wayar Panas untuk Pelapisan Aloi Nikel: Kadar Pemendapan dan Kawalan Pencairan

pengenalan

Tindanan kimpalan aloi nikel melindungi sempadan tekanan karbon dan komponen keluli aloi-rendah daripada kakisan, tanpa kos membina keseluruhan bahagian daripada pepejal Inconel atau plat Hastelloy. Tindanan hanya berfungsi jika dua perkara berlaku serentak: pemendapan perlu turun dengan cukup pantas untuk menjimatkan, dan ia perlu kekal secara kimia cukup dekat dengan logam pengisi - bukan keluli asas - untuk memberikan rintangan kakisan yang diperlukan oleh reka bentuk. Kedua-dua gol itu biasanya bertarung antara satu sama lain. Kimpalan arka tungsten gas wayar panas (GTAW-HW) ialah proses yang dibina khusus untuk menghentikan pergaduhan itu.

Artikel ini membandingkan GTAW wayar panas dengan proses lain yang digunakan untuk pelapisan aloi nikel - wayar-sejuk-GTAW, GMAW, jalur arka terendam (SAW-jalur), arka dipindahkan plasma (PTA) dan wayar panas laser - pada kadar pemendapan dan pencairan, serta membentangkan parameter proses, kawalan piawaian} dan mencacatkan{4} GTHAW yang layak prosedur tindanan.

Apakah Hot Wire GTAW, dan Mengapa Ia Penting untuk Pelapisan Aloi Nikel?

Wayar panas GTAW menambah sumber kuasa kedua yang secara rintangan memanaskan wayar pengisi berhampiran takat leburnya sebelum ia mencapai arka, jadi arka tungsten tidak lagi perlu membekalkan semua tenaga yang diperlukan untuk mencairkan pengisi. Pemisahan "panaskan wayar" daripada "panaskan logam asas" itulah yang membolehkan GTAW-HW meningkatkan kadar pemendapan tanpa meningkatkan pencairan.

Dalam GTAW-sejuk konvensional, arka tungsten melakukan dua kerja serentak: ia mencairkan logam asas untuk membentuk kolam kimpalan dan ia mencairkan wayar pengisi yang dimasukkan ke dalam kolam itu. Oleh kerana kedua-duanya menarik daripada tenaga arka yang sama, menolak lebih banyak pengisi melalui arka untuk meningkatkan kadar pemendapan juga meningkatkan tenaga arka dan kelakuan perjalanan yang diperlukan untuk mencairkannya - yang meningkatkan pencairan logam asas dan oleh itu pencairan.

Wayar panas GTAW memutuskan gandingan itu. Bekalan kuasa terpencil yang berasingan mengalirkan arus melalui wayar pengisi antara hujung sesentuh dan kolam kimpalan, memanaskannya secara rintangan kepada hampir-suhu lebur sebelum ia mencapai arka. Tugas arka tungsten mengecut untuk menamatkan leburan dan mengawal penembusan ke dalam logam asas, manakala litar prapanas wayar - bukan arka - membekalkan kebanyakan tenaga yang diperlukan untuk mencairkan pengisi.

Kadar pemendapan ditetapkan terutamanya oleh kelajuan suapan wayar dan arus panaskan, sebahagian besarnya bebas daripada arus arka.

Penembusan logam asas (dan oleh itu pencairan) ditetapkan terutamanya oleh arus arka dan kelajuan perjalanan, sebahagian besarnya bebas daripada kadar pemendapan.

Kedua-dua pembolehubah boleh ditala secara berasingan - sebab teras GTAW-HW mencapai produktiviti yang lebih tinggi tanpa mengorbankan kawalan pencairan.

Bagaimanakah GTAW Wayar Panas Meningkatkan Kadar Pemendapan Berbanding GTAW Sejuk Konvensional-?

Memanaskan awal wayar membolehkannya melebur ke dalam kolam sebaik sahaja ia tiba dan bukannya menarik tenaga lebur daripada arka, itulah sebabnya kadar pemendapan GTAW-HW yang didokumenkan berjalan kira-kira dua hingga tiga kali lebih tinggi daripada GTAW-dawai sejuk pada kadar pemendapan kira-kira 1-12 lb/jam, tanpa meningkatkan tenaga arka atau pencairan.

Dalam GTAW-dawai sejuk, wayar memasuki kolam pada suhu bilik dan arka mesti membekalkan haba pendam penuh dan haba deria untuk mencairkannya - had pada berapa banyak wayar boleh ditambah setiap unit masa sebelum proses itu mula stub, percikan atau bebola pada hujung wayar. Memanaskan wayar secara rintangan menghapuskan kebanyakan hutang haba itu sebelum wayar tiba, jadi kelajuan suapan wayar yang lebih tinggi boleh dikekalkan pada tetapan arka yang sama.

Sumber industri melaporkan GTAW-Kadar pemendapan HW yang menjangkau kira-kira 1 hingga 12 lb/jam bergantung pada diameter wayar, arus prapanas dan geometri sambungan atau tindanan, dengan peningkatan produktiviti yang lazimnya disebut pada dua hingga tiga kali ganda persediaan GTAW-sejuk yang setanding untuk kualiti kimpalan yang sama. Inilah sebabnya mengapa GTAW-HW kerap diletakkan sebagai titik tengah antara-pemendapan sejuk-wayar GTAW/orbital GTAW dan-proses pencairan-yang lebih tinggi tetapi lebih tinggi seperti jalur GMAW dan SAW-.

Sumber: The Fabricator, "Bolehkah GTAW hot-wire pergi ke arus perdana?"; Fit-Kimpal, "Sistem Pelapisan TIG Wire Panas-Prestasi Tinggi."

Bagaimanakah Hot Wire GTAW Mengawal Pencairan Lebih Baik Daripada Proses Pelapisan Lain?

GTAW wayar panas memegang pencairan kira-kira dalam julat 3-8% dalam amalan pengeluaran, yang terletak di bawah jalur GMAW dan SAW-(biasanya 15-30%) dan berdaya saing dengan - walaupun biasanya lebih tinggi daripada - salutan wayar panas laser (kira-kira 5-10% weld-layer), menjadikan pilihan pengelasan tunggal paling kuat apabila GTAW di bawah had besi permukaan 5.0% diperlukan.

Pencairan ialah pecahan deposit kimpalan siap yang datang daripada logam asas cair dan bukannya logam pengisi. Untuk tindanan aloi nikel pada karbon atau keluli aloi-rendah, pencairan penting kerana besi yang diambil daripada logam asas merendahkan rintangan kakisan, tindanan ada untuk menyediakan - kebanyakan spesifikasi tindanan aloi nikel menutup kandungan besi permukaan pada 5.0 wt% atas sebab ini dan arka am-proses yang jauh melebihi had yang boleh diserap oleh satu lapisan.

Oleh kerana arka GTAW ialah-tenaga yang paling rendah, paling boleh dikawal dari segi ruang dalam proses pelapisan arka utama, ia sentiasa menghasilkan pencairan terendah bagi keluarga arka - pertukaran-dari segi sejarah ialah kadar pemendapan yang rendah. GTAW-HW mengekalkan watak pencairan yang rendah-sambil menutup sebahagian besar jurang kadar pemendapan-, yang merupakan asas untuk pemilihannya di mana-mana sahaja kedua-dua pembolehubah dikekang.

Sumber: Lincoln Electric, "Laser Hot Wire Cladding"; Dunia Fabrikasi Kimpalan, "Jenis Tindanan/Pelapis Kimpalan -, Proses & Keperluan ASME"; ScienceDirect, "Pelapik kimpalan Hastelloy C276 menggunakan proses suapan wayar sejuk GTAW." Julat mewakili data lapangan dan makmal yang diterbitkan; melayakkan semua nilai mengikut ujian kelayakan prosedur mengikut kod yang berkenaan.

Apakah Parameter Proses Sebenarnya Mengawal Kadar Pemendapan/Imbangan Pencairan?

Empat parameter melakukan hampir semua kerja: arus arka menetapkan penembusan dan pencairan, kelajuan suapan wayar dan kadar pemendapan set arus prapanas sebahagian besarnya tidak bergantung pada arka, dan kelajuan perjalanan menetapkan pertindihan manik dan liputan lapisan - prosedur GTAW-HW yang layak menala keempat-empatnya bersama-sama daripada menganggap mana-mana satu daripadanya sebagai keseluruhan cerita.

Arus arka

Arus arka adalah pemacu utama peleburan logam asas. Arus arka yang lebih tinggi melebar dan mendalamkan kolam kimpalan, menarik masuk lebih banyak logam asas dan meningkatkan pencairan - manik yang didokumenkan-pada-ujian plat Inconel 625 panas-tindanan GTAW wayar pada 2.25Cr-Keluli 1Mo menunjukkan pencairan, kimpalan semua saiz manik 5 yang semakin meningkat, kimpalan 1 semasa bersaiz 5 semakin meningkat, kimpalan 12 yang terjejas oleh haba, A hingga 200 A. Oleh itu, arus arka dipegang serendah arka boleh bertahan secara stabil semasa masih mencapai pelakuran.

Kelajuan suapan wayar dan arus panaskan

Kelajuan suapan wayar menetapkan berapa banyak logam pengisi memasuki kolam setiap unit masa; arus prapanas menetapkan seberapa hampir dengan mencairkan wayar itu apabila ia tiba. Menaikkan kedua-duanya bersama-sama meningkatkan kadar pemendapan dengan hanya kesan kedua pada keseimbangan tenaga arka sendiri - ini ialah mekanisme yang membolehkan GTAW-HW menambah pengisi dengan lebih pantas tanpa menarik lebih banyak haba daripada arka ke dalam logam asas.

Kelajuan perjalanan dan manik bertindih

Kelajuan perjalanan mengawal berapa banyak kolam menjadi pepejal sebelum hantaran seterusnya, yang menetapkan pertindihan dan liputan manik. Perjalanan yang lebih perlahan meningkatkan input haba setiap unit panjang dan boleh meningkatkan pencairan walaupun pada arus malar, jadi kelajuan perjalanan layak bersama dengan arus dan bukannya dilaraskan secara bebas di lantai kedai.

Suhu prapanas/interpass dan bilangan lapisan

Oleh kerana pencairan satu-lapisan di bawah kira-kira 5% sukar untuk dijamin pada garis gabungan tanpa mengira proses, kebanyakan spesifikasi memerlukan tindanan dua-lapisan minimum, dengan lapisan pertama dianggap sebagai penimbal dan kimia yang layak pada kedalaman pensampelan diukur kembali dari garis gabungan - biasanya 3 mm untuk ketebalan minimum 3 mm. Kawalan suhu interpass juga mengehadkan pengumpulan haba merentas pas, yang membantu mengekalkan pencairan konsisten dari laluan akar melalui lapisan penutup.

Apakah Arus Kimpalan Menghasilkan Pencairan Boleh Diterima untuk Pelapisan Inconel 625 pada Keluli?

Manik yang diterbitkan-pada-ujian plat bagi tindanan GTAW panas Inconel 625-pada 2.25Cr-Keluli 1Mo menunjukkan pencairan dan kekerasan kedua-duanya meningkat dengan arus arka merentasi julat 125-200 A, jadi kebanyakan prosedur pengeluaran untuk lapisan Inconel 625 menyamakan separuh pada lapisan aloi rendah dan separuh rendah pada tindanan berali rendah dan rendah. lapisan kedua untuk membawa kimia permukaan ke arah komposisi nominal Inconel 625.

Kajian yang sama mendapati kekerasan logam kimpalan tertinggi berlaku pada 150 A antara empat arus yang diuji (125, 150, 175, dan 200 A), dengan struktur mikro austenit dendritik merentasi julat dan pencairan, lebar manik dan haba-saiz zon terjejas semuanya menuju ke atas apabila arus meningkat. Pengambilan praktikal untuk pembangunan prosedur ialah semasa bukan pembolehubah bebas untuk produktiviti sahaja - setiap peningkatan perlu disemak terhadap-kimia yang berkaitan dan had kekerasan dalam spesifikasi yang mengawal, bukan hanya terhadap penembusan dan penampilan.

Untuk komponen perkhidmatan-masam, kekerasan ialah had keras, bukan hanya penunjuk kualiti: Tindanan patuh NACE MR0175/ISO 15156-lazimnya dihadkan pada 248 HV10 dalam keluli karbon/aloi rendah HAZ dan 345 HV10 dalam lapisan Inconel 625 yang diuji oleh lapisan Vicker sendiri.

Kod dan Piawaian manakah yang mengawal Kelayakan dan Penerimaan Pelapisan Hot Wire GTAW?

Prosedur tindanan aloi nikel GTAW-HW layak terutamanya di bawah ASME Bahagian IX (pembolehubah penting dan ujian mekanikal/kimia), digunakan dalam ASME Bahagian VIII Bahagian 1 Lampiran F untuk bejana tekanan bersalut dan - untuk medan minyak dan masam-peralatan perkhidmatan - berlapis dengan API 582, dan API MR17API 15156 keperluan pada kelas pencairan besi dan kekerasan.

Sumber: Kimpalan Bahan, "Kelayakan Prosedur Kimpalan menguji keperluan untuk kelayakan tindanan kimpalan"; API 6A (melalui ringkasan valvestandard.com); Paip-Dunia, "Inconel 625 Weld Overlay Piping"; Dunia Fabrikasi Kimpalan, "Lapisan/Pelapis Kimpalan."

Komposisi tindanan siap disahkan terhadap spesifikasi reka bentuk atau standard logam pengisi yang dirujuk - ASME Bahagian IX tidak menetapkan kandungan aloi minimum dengan sendirinya. Analisis kimia diambil sampel pada jarak yang ditentukan ke belakang dari garisan gabungan, sepadan dengan ketebalan tindanan minimum yang layak, dan kandungan besi melebihi had yang ditentukan adalah punca penolakan prosedur atau kimpalan pengeluaran.

Apakah Kecacatan Paling Biasa dalam Pelapisan GTAW Wire Panas, dan Bagaimana Ia Dicegah?

Kecacatan yang paling penting dalam tindanan aloi nikel GTAW-HW adalah di bawah-rekahan berlapis, kekurangan pelakuran pada jari kaki atau akar, kemasukan wayar teroksida/tidak cair daripada prapanas yang tidak betul dan keluar-daripada-spesifikasi pencairan pada garis gabungan - terutamanya melalui parameter disiplin dan bukan disisipkan melalui parameter utama. pasca-pembaikan kimpalan.

Di bawah-rekahan tertutup: didorong oleh hidrogen dan tegasan sisa dalam HAZ; dikawal dengan suhu prapanas/antara laluan yang betul, amalan hidrogen-rendah dan, jika dinyatakan, PWHT.

Kekurangan gabungan pada jari kaki manik atau antara hantaran: disebabkan oleh kelajuan perjalanan yang berlebihan atau tenaga arka yang tidak mencukupi pada garisan gabungan; dikawal oleh kelajuan perjalanan dan kelayakan sudut obor dan oleh pemeriksaan visual/PT antara lapisan.

Pengoksidaan wayar atau kemasukan wayar tidak cair: disebabkan oleh memanaskan wayar terlalu jauh di hadapan kolam atau dengan melindungi kehilangan gas di sekitar-titik sentuhan wayar panas; dikawal oleh penalaan semasa panaskan dan pengesahan liputan gas pelindung.

Pencairan berlebihan / pengambilan besi di permukaan: disebabkan oleh arus arka yang berlebihan, perjalanan perlahan atau tindanan di bawah-ketebalan; dikawal oleh-tindanan minimum dua lapisan, kelayakan semasa dan pensampelan komposisi kimia pada kedalaman yang layak.

Pemendakan karbida yang tidak diingini-mikro: diperiksa melalui pemeriksaan mikro sampel kelayakan; dikawal oleh kawalan input haba dan, untuk pengisi karbon-yang stabil atau rendah, dengan memadankan kimia pengisi dengan suhu perkhidmatan.

Di manakah GTAW Hot Wire Sesuai dengan Strategi Pemilihan Pelapisan Aloi Nikel?

GTAW wayar panas ialah lalai yang betul untuk sambungan tiub-ke-tubes helaian, lubang muncung, badan injap dan komponen lain yang berkekangan geometri atau tinggi-yang mana pencairan di bawah 5% dan liputan boleh ulangan yang boleh dijenterakan kedua-dua jirim - kawasan rata atau melengkung yang besar seperti cangkerang dan kepala kapal, masih lebih baik dilayan oleh SMAW.

Pemilihan proses untuk tindanan aloi nikel ialah perdagangan antara kawasan, akses, keperluan pencairan dan kos. SAW-GMAW jalur dan berdenyut meliputi kawasan besar dengan paling cepat tetapi tidak boleh dipercayai menahan pencairan di bawah kira-kira 10-15% dalam satu lapisan, jadi ia dikhaskan untuk aplikasi yang dua atau lebih lapisan sudah dirancang atau di mana had pencairan kurang ketat. SMAW kekal sebagai satu-satunya pilihan praktikal untuk pembaikan lapangan dan akses yang janggal di mana mekanisasi tidak dapat dilakukan. GTAW-HW menempati ruang di mana geometri cukup terhad untuk memberi ganjaran ketepatan - lubang tiub, leher muncung, badan injap kecil - tetapi kawasannya terlalu besar atau ekonomi terlalu ketat untuk GTAW wayar sejuk sahaja.

Pelapisan wayar panas laser menolak pencairan dan kadar pemendapan lebih jauh ke arah yang sama seperti GTAW-HW, dan patut dinilai untuk komponen bernilai-sangat tinggi di mana kos modal peralatan laser adalah wajar. Untuk kebanyakan tekanan-kerja tindanan aloi nikel sempadan pada paip, kelengkapan, bebibir dan penempaan, GTAW-HW kekal sebagai proses yang paling baik mengimbangi kebiasaan kelayakan, kos peralatan dan kawalan pencairan yang diperlukan oleh perkhidmatan kakisan.

Soalan Lazim

S: Apakah tahap pencairan yang boleh diterima untuk tindanan kimpalan Inconel 625 pada keluli karbon?

J: Kebanyakan spesifikasi tindanan aloi nikel mengehadkan kandungan besi permukaan kepada maksimum 5.0% berat, yang biasanya memerlukan tindanan dua-lapisan minimum kerana pencairan satu-lapisan pada garisan gabungan sukar dibawa ke bawah kira-kira 5% dengan sebarang proses arka, termasuk wayar panas GTAW.

S: Berapa cepatkah GTAW wayar panas daripada GTAW-sejuk konvensional?

J: Kadar pemendapan yang diterbitkan untuk GTAW-HW berjalan kira-kira dua hingga tiga kali lebih tinggi daripada GTAW wayar-sejuk pada kualiti kimpalan yang setanding, dengan GTAW-HW menjangkau kira-kira 1 hingga 12 lb/jam bergantung pada diameter wayar dan arus prapanas.

S: Adakah wayar panas GTAW menghilangkan keperluan untuk berbilang lapisan tindanan?

J: Tidak. Walaupun pada pencairan GTAW-HW yang lebih rendah, kebanyakan spesifikasi masih memerlukan tindanan minimum dua-lapisan kerana lapisan pertama bertindak sebagai penampan pencairan antara logam asas dan lapisan permukaan kritikal-kakisan.

S: Kod manakah yang mengawal had kekerasan untuk tindanan aloi nikel perkhidmatan masam-?

A: NACE MR0175/ISO 15156 mengawal penerimaan kekerasan untuk perkhidmatan masam, dengan had yang biasa digunakan pada 248 HV10 untuk keluli aloi karbon/rendah-HAZ dan 345 HV10 untuk tindanan Inconel 625, disahkan oleh ujian Vickers.

S: Bilakah jalur SAW-atau GMAW harus digunakan dan bukannya GTAW wayar panas?

J: SAW-GMAW jalur dan berdenyut lebih sesuai untuk kawasan terbuka yang besar seperti cangkerang dan kepala kapal yang mana pencairan yang lebih tinggi bagi setiap lapisan boleh diterima dan berbilang lapisan sudah dirancang; wayar panas GTAW diutamakan apabila geometri dikekang atau-kawalan pencairan satu lapisan adalah kritikal.