Zavarivanje legure 20: ERNiCrMo-3 odabir punila i kontrola temperature među prolazom

Legura 20 (20Cb-3, UNS N08020)razvijen je za rad sa sumpornom kiselinom, a njegova stabilizacija niobijem i dodatak bakra koji ga čine izvrsnim u tom okruženju također ga čine istinski specifičnijim za zavarivanje od običnog austenitnog nehrđajućeg čelika. Pogrešno postavljanje metala za punjenje i međuprolazne temperature je najčešći način na koji proizvođač pretvara jednostavnu cijev ili posudu u napuknuti, odbačeni zavar.

Ovaj članak obrađuje obje odluke koristeći vlastiti bilten o proizvodnji Rolled Alloys za nehrđajući 20Cb-3 kao primarni tehnički izvor, uz dokumentiranu studiju slučaja rafinerije za specifični scenarij različitih metala gdje ERNiCrMo-3 punilo zapravo pripada.

Zašto legura 20 treba poseban odabir metala za punjenje umjesto jednostavnog podudaranja sastava?

Legura 20 treba poseban odabir punila jer je potpuno austenična bez dostupnog ferita koji bi se odupro pucanju od skrućivanja, a njezina vlastita stabilizacija niobijem - ista značajka koja je štiti od osjetljivosti tijekom rada - postaje problem u bazenu za zavarivanje ako punilo koje ga nosi nije rafinirano do čvrste, niske-rezidualne kemije. Pogrešna je ili kontrola zaostalog-elementa ili razina niobija, i vrući metal-zavara puca pri hlađenju.

Feritni otvor za spašavanje koji Alloy 20 nema

U uobičajenim austenitnim nehrđajućim čelicima ispod oko 15% nikla, sastav metala za zavarivanje se prilagođava - obično s malo više kroma i niže nikla - kako bi se stvorila mala, namjerna količina ferita pri skrućivanju. Taj ferit, mjeren magnetski i prijavljen kao feritni broj (FN), fizički remeti odvajanje fosfora, sumpora, silicija i bora koji bi se inače koncentrirali na granicama zrna i uzrokovali pucanje zavara dok se hladi. Iznad otprilike 20% nikla, vlastiti proizvodni bilten tvrtke Rolled Alloys jasno navodi da metalurški jednostavno nije moguće formirati bilo kakav mjerljivi ferit -, a legura 20 sadrži 32-38% nikla. S feritnom opcijom koja nije dostupna, jedini način da se spriječi vruće pucanje je izravna kontrola štetnih elemenata: koristite sirovine visoke čistoće u punilu i svedite fosfor, sumpor i silicij na minimum.

Zašto je niobij dvosjekli-dodatak u zavaru

Niobij u osnovnom metalu preferirano reagira s ugljikom kako bi spriječio taloženje krom-karbida na granicama zrna tijekom zavarivanja - isti stabilizacijski mehanizam koji se koristi u 321 (stabiliziran -titanom) i 347 (stabiliziran-niobijem) nehrđajućim metalima, štiteći Leguru 20 od osjetljivosti i interkristalne korozije koja slijedi ga. Ali niobij je također upravo ona vrsta elementa s niskom-talištem--formiranjem,-sklonom segregaciji{11}}koji potiče pucanje skrućivanja u potpuno austenitnom zavarenom bazenu. Bilten tvrtke Rolled Alloys izravno povlači kontrast: 2-3% niobija koji se koristi u Inconel Filler Metal 82 (AWS ERNiCr-3) je koristan u tom sustavu legura, ali niža razina niobija u običnom 20Cb-3-odgovarajućem punilu može biti štetna osim ako se ostatak kemije ne kontrolira. Upravo je to problem za koji je ER320LR dodatni metal projektiran da ga riješi.

Koji dodatni metal biste trebali koristiti za zavarivanje legure 20 na samu sebe?

Za iste -legure Alloy 20 varove, ispravno punilo je ER320LR za GTAW i GMAW (AWS A5.9, UNS N08022) i E320LR za SMAW (AWS A5.4, UNS W88022) - ne ERNiCrMo-3. Ova "LR" (niska-ostatna) punila razvila je Carpenter Technology posebno za rješavanje dokumentiranog problema-pukotina s ranijim, ne-LR E320/ER320 potrošnim materijalima, i ostaju odgovarajuće, kodom prepoznato punilo za spojeve od legure 20 do legure 20.

Popravak je uspio zatezanjem upravo onih elemenata koje gore navedeni mehanizam identificira kao opasne: ER320LR se topi kako bi se smanjio sadržaj fosfora, sumpora i silicija od standardnog metala za zavarivanje E320, a njegov sadržaj niobija namjerno je ograničen nižim i nadoknađen rafiniranjem na niži sadržaj ugljika, budući da je omjer stabilizacije (niobij u odnosu na ugljik) ono što je zapravo važno. Rezultat, prema valjanim legurama, dopušta zavarivanje nehrđajuće legure 20 bez problema s vrućim-pukotinama koji su prije bili povezani s uobičajenim E320 punilima za zavarivanje -, a razvojni rad iza toga objavljen je i-recenziran u literaturi o zavarivanju 1978.

Izvori: Rolled Alloys Bulletin 205M, odjeljak I (specifikacija osnovnih metala) i odjeljak I-C-1 (ER320LR/E320LR specificirani kemijski rasponi); RS Brown i JB Koch, "Razvoj metala za punjenje zavarivanja otpornog na skrućivanje za stabiliziranu potpuno austenitnu leguru," Welding Journal, Vol. 57, No. 2, veljača 1978.

Kada bi se umjesto njega trebao koristiti ERNiCrMo-3?

ERNiCrMo-3 pripada postupku zavarivanja legure 20 posebno kada spaja leguru 20 s nehrđajućim čelikom tipa 316L ili 317L ili s baznim metalom legure 625 - ne kao opću{10}}nadogradnju za leguru 20. Smjernice tvrtke Rolled Alloys za različite{11}}metalne-ispune za zavarivanje dodjeljuju različite obitelji ispuna svakoj kombinaciji, a ispravno postavljanje ove tablice važnije je od zadane opcije koja-zvuči najotpornije na koroziju.

*Ugljični čelik mora se samljeti do sjajnog metala prije zavarivanja s punilom od legure nikla - završna obrada nije prihvatljiva, a sva hrđa, vruće-valjke, ulje i boja moraju se ukloniti.

Izvor: Bilten valjanih legura 205M, Odjeljak IX-K, Zavareni spojevi različitih metala. U biltenu se navodi da se ovaj popis prvenstveno temelji na znanju o zavarivanju, a ne na laboratorijskom radu, te da konačni odabir treba odobriti krajnji korisnik s postupcima zavarivanja koje je kvalificirao proizvođač.

Redak Monel 400 vrijedi pažljivo pročitati, a ne preskakati: Rolled Alloys izričito kaže da, dok se mehanički spoj s Monelom može izraditi korištenjem dodatnog metala s visokim-niklom, rezultirajući zavar ne bi imao otpornost na kloridnu koroziju bilo kojeg osnovnog metala - što je iskreno ograničenje, a ne preporuka za punjenje. Kada je legura 625 punilo uistinu pravi poziv - za spajanje s osnovnim metalom 316L, 317L ili 625 - zaslužuje tu ulogu jer njegov viši sadržaj molibdena i kroma i inherentno skrućivanje-otporno na pukotine daju talog zavarivanja koji prihvatljivo funkcionira u odnosu na korozijske zahtjeve oba osnovna metala, a ne zato što je univerzalan zamjena za odgovarajuće punilo 320LR.

Dokumentirani terenski slučaj: Zavarivanje cijevi od legure 20-na-316L s ERNiCrMo-3

Objavljena studija slučaja iz jedinice za alkilaciju rafinerije u Selangoru, Malezija, dokumentira upravo ovaj scenarij u praksi: spajanje bešavne cijevi ASTM B729 Alloy 20 na bešavnu cijev tipa 316 pomoću ERNiCrMo-3 za GTAW korijenski prolaz i ENiCrMo-3 za SMAW prolaze za punjenje i pokrivanje. Vlastiti projekt kontrolira - unos topline koji se održava ispod 20 kJ/cm po prolazu i međuprolaznu temperaturu ispod 100 stupnjeva - pažljivo pratite opća ograničenja za zavarivanje legure 20 o kojima se govori u nastavku, potvrđujući da se ista disciplina primjenjuje bez obzira radi li se o spoju od iste ili različite legure.

Izvor: "Studija slučaja: različito zavarivanje legure 20", metalspiping.com, dokumentiranje projekta SINOPEC-jedinice za alkiliranje.

Koju međuprolaznu temperaturu trebate održavati pri zavarivanju legure 20?

Održavajte međuprolaznu temperaturu na ili ispod 100 stupnjeva (212 stupnjeva F) kod GTAW, GMAW, SMAW i elektrolučnog zavarivanja. Vlastiti bilten o proizvodnji tvrtke Rolled Alloys navodi ovo kao preferirani maksimum za svaki proces elektrolučnog zavarivanja koji pokriva, pri čemu je 150 stupnjeva (302 stupnja F) naznačeno kao potencijalno prihvatljivo samo za spojeve koji su stvarno neobuzdani - ne kao rutinsko dopuštenje.

Mehanizam je isti onaj zbog kojeg je kemija punila toliko važna: bez dostupnog ferita koji bi poremetio segregaciju, vruća zrnca zavara koja se nalazi na vrućem prethodnom prolazu daje fosforu, sumporu i niobiju više vremena i viši-temperaturni prozor za odvajanje do granica zrna i iniciranje pucanja skrućivanja. Niska međuprolazna temperatura zapravo je toplinska polovica istog popravka koji niska-kemija zaostalih punila osigurava na metalurškoj strani - niti jedno ne zamjenjuje drugo.

Izvor: Bilten valjanih legura 205M, odjeljak IX-B-2 (GMAW/SMAW) i odjeljak IX-G-6 (SAW); metalspiping.com SINOPEC studija slučaja.

Vrijedno je iskreno istaknuti da neformalni, praktičari-prijavljeni brojevi za međuprolaznu temperaturu legure 20 znatno variraju na forumima za zavarivanje i u sekundarnim vodičima - brojke visoke čak do 175-177 stupnjeva (otprilike 350 stupnjeva F) pojavljuju se u anegdotama na terenu i jednom online članku o zavarivanju koji citira neodređeni ASME izvor daje 93 stupnja (200 stupnjeva F). Niti jedan od ovih labavijih brojeva ne pojavljuje se u vlastitom biltenu proizvođača Rolled Alloys, koji je najdetaljniji izvor s kodovima koji je dostupan za izradu ove legure.

Specifikacija postupka zavarivanja (WPS) trebala bi biti kvalificirana na strožu, dokumentiranu brojku od 100 stupnjeva osim ako zasebno inženjersko opravdanje i kvalifikacija postupka ne podupiru veći broj za određeni, istinski neobuzdani spoj.

Kako bi se unos topline trebao kontrolirati zajedno s međuprolaznom temperaturom?

Unos topline trebao bi biti tako nizak koliko spoj dopušta za svaki proces, kontroliran brzinom kretanja i dizajnom spoja, a ne povećanjem struje zavarivanja - i Valjane legure izričiti su da je povećanje amperaže za kompenzaciju sporog protoka nikalnog punila neučinkovito i kontraproduktivno.

Unos topline u kJ/mm izračunava se kao (napon × amperaža) ÷ (brzina putovanja u mm/sekundi × 1000). Za SMAW, bilten navodi unos topline ispod 1,5 kJ/mm u ravnom položaju, s do 2 kJ/mm prihvaćenim kao ponekad potrebnim u okomitom položaju.

Za zavarivanje pod praškom, unos topline trebao bi ostati ispod otprilike 1,67 kJ/mm (42,5 kJ/inču). Među četiri procesa, SAW prenosi najviše topline u radni komad za dani skup amperaže, napona i brzine kretanja; SMAW i GMAW s argonskom zaštitom su otprilike jednaki; GTAW može unijeti najmanje topline u spoj, što je jedan od razloga zašto se preferira za korijenske prolaze.

Dvije specifične navike zavarivača nazivaju se kontraproduktivnima u biltenu: povećanje struje kako bi se poboljšala fluidnost nikalnog punila (ne pomaže, samo dodaje toplinu) i tkanje zrna umjesto ravnog prolaza žice (tkanje stvara višak topline i rezultira lošim zavarima). Penetracija zavara također je stvarno niža u leguri 20 nego u 316L za iste parametre - ispravan odgovor je prilagođavanje dizajna spoja i tehnike (otvoreniji kutovi zakošenja, kontrolirani razmak korijena) umjesto guranja više energije luka u spoj.

Izvor: Rolled Alloys Bulletin 205M, odjeljak IX-B-1 (formula unosa topline), odjeljak IX-G-3 (unos topline SMAW), odjeljak IX-G-6 (unos topline SAW) i odjeljak IX-L-4 (unos topline i izobličenje).

Koje su druge procesne kontrole važne za čvrsti zavar od legure 20?

Osim odabira punila i toplinske kontrole, pregršt drugih kontrola određuje hoće li zavareni spoj od legure 20 zadržati otpornost na koroziju tijekom rada, a ne samo proći vizualni pregled.

Preskočite prethodno zagrijavanje. Rolled Alloys ne preporučuje predgrijavanje legure 20; hladan materijal treba samo zagrijati na sobnu temperaturu (najmanje 10 stupnjeva) kako bi se spriječila kondenzacija vlage u području zavara.

Štit i povratno{0}}pročišćavanje sa 100% argonom-klase za zavarivanje (99,996% čistoće) za korijenske prolaze GTAW/GMAW, s protokom pratećeg plina oko 16,5-21 litara/minuti; nemojte koristiti mješavine 95% Ar/5% O2 ili 75% Ar/25% CO2 zaštitnih plinova.

Nikada nemojte koristiti zavarivanje kisikom (oksiacetilen) ili ugljično{0}}lučno zračno žljebljenje na slitini 20 -, oba rizikuju sakupljanje ugljika, što izravno smanjuje otpornost na koroziju.

Zaštitite se od onečišćenja bakrom iz bakrenih potpornih/hladnih šipki, što može uzrokovati pucanje ZUT-a; Tvrtka Rolled Alloys predlaže bakrene šipke presvučene niklom- ili kromom-i provjeru onečišćenja s bakrenim-indikatorskim test papirom.

Uklanjajte šljaku samo četkama od nehrđajuće žice - nikad četkama od ugljičnog čelika, koje sadrže čestice željeza koje mogu izazvati udubljenje u uslugama koje sadrže-klorid.

Toplinska obrada nakon-stabiliziranja/ublažavanja{1}}naprezanja (480-540 stupnjeva) nije obavezna - Proizvodi od legure 20 obično se stavljaju u upotrebu kao-zavareni i ne očekuje se gubitak-otpornosti na koroziju za temperature ublažavanja naprezanja ispod 540 stupnjeva.

Legura 20 je ASME odjeljak IX P-No. 45, a ASME odjeljak VIII odjeljak 1 i odjeljak III pokrivaju njezinu upotrebu u zavarenim konstrukcijama do 427 stupnjeva (800 stupnjeva F); dopušteno naprezanje pri danoj temperaturi treba preuzeti iz trenutnog izdanja Kodeksa, a ne iz starijeg biltena.

Važeće specifikacije za leguru 20 osnovni metal i dodatni metal za zavarivanje

Često postavljana pitanja

Q: Mogu li koristiti ERNiCrMo-3 za zavarivanje legure 20 na samu sebe umjesto ER320LR?

A: To nije standardna preporuka-priznata kodom. ER320LR/E320LR su namjenski-razvijeni da riješe problem vrućih-pukotina legure 20 i ostanu odgovarajuće punilo za iste-spojeve od legure. Rolled Alloys vlastite različite{9}}metalne-usmjernice za zavarivanje zavaruju žicu od legure 625 (ERNiCrMo-3) posebno za spajanje legure 20 na 316L, 317L ili legure 625 osnovnog metala, ne za zavare legure 20-na leguru 20; odstupanje od toga bez kvalificiranog postupka i odobrenja krajnjeg korisnika nije preporučljivo.

Q: Zašto legura 20 ne može koristiti feritni trik koji nehrđajuće čelike s niskim-niklom čini lakšim za zavarivanje?

A: Ferit se može formirati samo u metalu zavara ispod približno 15-20% sadržaja nikla. Legura 20 sadrži 32-38% nikla, što je metalurški previsoko da bi se omogućilo stvaranje bilo kakvog mjerljivog ferita pri skrućivanju, tako da mehanizam za otpornost na pukotine koji ferit nudi u stupnjevima poput 304L ili 316L jednostavno nije dostupan.

Q: Koju međuprolaznu temperaturu trebam navesti u svom WPS-u za leguru 20?

A: Rolled Alloys' bilten o proizvodnji navodi maksimum od 100 stupnjeva (212 stupnjeva F) kao preferirano ograničenje za GTAW, GMAW i SMAW, pri čemu je 150 stupnjeva (302 stupnja F) naznačeno kao potencijalno prihvatljivo samo za istinski neobuzdane spojeve. Zavarivanje pod praškom drži se strožeg, nekvalificiranog ograničenja ispod 100 stupnjeva u istom izvoru.

Q: Je li legura 20 za zavarivanje zahtijeva predgrijavanje?

A: Ne. Predgrijavanje se ne preporučuje. Jedina toplinska priprema koja je potrebna je zagrijavanje hladnog materijala na najmanje sobnu temperaturu (10 stupnjeva) kako bi se spriječila kondenzacija vlage u spoju prije zavarivanja.

Q: Je li za leguru 20 potrebna toplinska obrada nakon-zavarivanja?

A: Ne. Zavari od legure 20 obično se stavljaju u rad kao -zavareni. Dodatni-tretman za ublažavanje naprezanja na 480-540 stupnjeva može ukloniti otprilike 35-40% naprezanja zavarivanja u složenim izradama kada je to potrebno, a ne očekuje se gubitak otpornosti na koroziju za temperature ublažavanja naprezanja ispod 540 stupnjeva.

Q: Koje punilo treba koristiti za zavarivanje legure 20 na ugljični čelik ili na Monel 400?

A: Za ugljični čelik (brušen do sjajnog metala, bez kamenca, hrđe, ulja i boje), kao i 304L, 321 i 347, preporučuju se žice od legure 82 ili elektrode prekrivene legurom 182. Za Monel 400, nijedno punilo ne daje potpuno zadovoljavajući rezultat - treba razmotriti mehanički spoj, budući da čak i uspješan zavar ne bi imao otpornost na kloridnu koroziju bilo kojeg osnovnog metala.