Svejsematerialer til uens nikkellegeringssamlinger: Filler Metal Selection Matrix

For de fleste uens nikkellegeringssamlinger er ERNiCrMo-3 (AWS A5.14, markedsført som Inconel 625 fyldstof) standard fyldmetal, fordi dets høje indhold af nikkel, krom og molybdæn tåler fortynding fra kulstofstål,rustfrit stål, eller duplex basismetal uden at miste modstandsdygtighed over for revne eller korrosionsevne.

Højere-legeringsfyldstoffer såsom ERNiCrMo-4 eller ERNiCrMo-14 er forbeholdt samlinger, der involverer højmolybdænlegeringer som Hastelloy C-276 eller C-22, hvor der kræves matchende korrosionsbestandighed i stedet for kun revnetolerance. Det korrekte valg afhænger altid af at beregne fortynding med et Schaeffler- eller WRC-1992-diagram, ikke af at matche det dyrere uædle metal alene ved navn.

Hvilket fyldstof skal du bruge til ulige nikkellegeringssamlinger?

ERNiCrMo-3 (Inconel 625-fyldstof) er den sikre standard for det overvældende flertal af uens nikkellegeringssamlinger, fordi det fortyndes elegant med kulstofstål, rustfrit stål, duplex og de fleste andre nikkellegeringer, samtidig med at det opretholder en revnebestandig, korrosionsbestandig aflejring.

Uens metalsvejsning, der forbinder to forskellige legeringer ved en enkelt samling, er almindelig ved fremstilling af nikkellegeringer: en 625-beklædt reaktordyse svejset til en kulstofstålskal, et Hastelloy-rør svejset ind i en rustfri stålrørplade eller et Monel-ventilhus svejset til et kobber-nikkelrør. I alle tilfælde vælges tilsætningsmetallet for at imødekomme svejsebassinets kemi, der er resultatet af blanding af begge uædle metaller, ikke blot for at matche begge.

ERNiCrMo-3 er blevet standard, fordi dens basiskemi, omkring 62 % nikkel, 21,5 % krom, 9 % molybdæn og 3,6 % niobium, har nok nikkel til at forblive duktil og modstandsdygtig over for revner, selv når den optager jern fra et kulstofstål eller en tilstrækkelig mængde af kulstofstål eller rustfrit stål, hvilket betyder, at det er tilstrækkeligt med uædle stål og rustfrit stål. korrosionsbestandighed efter fortynding. Niobium undertrykker desuden varme revner under størkning, hvilket er kritisk ved svejsning af meget fastholdte uens samlinger.

Hvorfor betyder fortyndingskontrol mere i uens nikkellegeringssvejsninger?

Fortynding bestemmer den endelige svejsemetalkemi, og i uens samlinger kan den trække aflejringen uden for dets sikre sammensætningsområde, hvilket forårsager varm revnedannelse eller martensitdannelse, medmindre fyldmetallet er valgt til at buffere mod dette skift.

Fortynding er procentdelen af ​​det færdige svejsemetal, der kommer fra smeltet basismetal i stedet for fra fyldtråden eller elektroden. I en lignende-metalforbindelse ændrer fortynding næsten ikke resultatet, fordi begge sider deler den samme kemi. I en uens samling kan fortynding trække svejsemetallet et betydeligt stykke hen over et fasediagram.

Svejsning af nikkellegering til kulstofstål:Jernopsamling fra kulstofstålsiden fortynder nikkelindholdet i svejsebadet. Hvis fyldstoffet ikke bærer nok nikkel til at kompensere, kan den resulterende aflejring danne sprød martensit i fusionszonen.

Svejsning af nikkellegering til austenitisk rustfrit stål:Fortynding er mildere, men chrom- og molybdænniveauer kan stadig falde under den tærskel, der er nødvendig for fuld korrosionsbestandighed i servicemiljøet.

Svejsning af nikkellegering tilduplex rustfrit stål: Fortynding kan forstyrre ferrit--austenitbalancen i fusionszonen, så valg af fyldstof skal tage højde for både fortyndingskemi og fasebalance, ikke korrosionsbestandighed alene.

Svejseingeniører forudsiger dette resultat ved hjælp af Schaeffler-diagrammet eller, mere præcist for fyldstoffer med højt-nikkelindhold, WRC-1992-diagrammet, som plotter chromækvivalent mod nikkelækvivalent for at bekræfte, at den fortyndede svejseaflejring lander i et revnebestandigt, duktilt område, før svejsningen begynder.

Hvad er fyldmetalselektionsmatrixen for almindelige uens led?

ERNiCrMo-3 dækker de fleste uens led, der involverer Inconel 625, 718 eller 825; ERNiCrMo-4 eller ERNiCrMo-14 er påkrævet, når Hastelloy C-276 eller C-22 basismetal skal bevare sin fulde korrosionsbestandighed på tværs af samlingen.

Denne matrix er et udgangspunkt, ikke en erstatning for en kvalificeret WPS/PQR. Faktisk fyldstofvalg skal altid bekræftes i forhold til ASME Section IX-kvalifikation, de specifikke basismetaltykkelser og servicemiljøet, da faktorer som sur gasindhold eller kryogen eksponering kan tilsidesætte den generelle anbefaling.

Hvorfor er ERNiCrMo-3 standardvalget for de fleste uens nikkelfuger?

ERNiCrMo-3 tolererer et bredere fortyndingsområde end næsten alle andre nikkelfyldstoffer, mens de stadig lander i den revne-resistente, korrosions-resistente zone i WRC-1992-diagrammet, hvilket gør den til den laveste risikostandard på tværs af kombinationer af kulstofstål, rustfrit stål og dupleks.

Tre egenskaber forklarer dens dominans i uens fælles anvendelser:

Bred fortyndingstolerance:Fordi dens basissammensætning allerede bærer højt nikkel og moderat chrom og molybdæn, kan den absorbere 20 til 30 procent fortynding fra jern-baserede metaller og stadig bevare acceptabel duktilitet og korrosionsbestandighed.

Varme-revnemodstand fra niob:Niobium danner stabile karbider og Laves-fase, der afbryder revnevejen under størkning, hvilket betyder mest i stærkt tilbageholdte uens samlinger, hvor restspændingen er forhøjet.

Bred kodeaccept:ERNiCrMo-3 (GTAW/GMAW) og ENiCrMo-3 (SMAW) er kvalificeret under ASME Section IX, AWS A5.14 og A5.11 og er bredt forhåndsgodkendt i EPC-svejsespecifikationer, hvilket forkorter procedurekvalifikationstiden og leveringstiden for indkøb.

Hvornår skal du bruge ERNiCrMo-4 eller ERNiCrMo-14 i stedet for ERNiCrMo-3?

Brug ERNiCrMo-4 eller ERNiCrMo-14, når samlingen involverer Hastelloy C-276 eller C-22 uædle metal, og servicemiljøet kræver, at svejsemetallet matcher uædle metallets overlegne modstandsdygtighed over for grubetæring, spaltekorrosion eller blandede oxiderende/reducerende syrer, da ERNiCrMo-3-syrer ikke bærer nok dilu-3 til at matche disse.

ERNiCrMo-4 (Hastelloy C-276 fyldstof):Vælges, når basismetallet er C-276, og tjenesten, såsom sur gas med højt chloridindhold, kræver det fulde pit-resistens-ækvivalenttal (PREN) af moderlegeringen i stedet for den lavere PREN af en fortyndet 625-type aflejring.

ERNiCrMo-14 (Hastelloy C-22 fyldstof):Udvalgt til C-22 basismetal i blandede sure miljøer (salpetersyre, saltsyre, svovlsyre kombinationer), hvor C-22's balancerede modstandsdygtighed over for både oxiderende og reducerende forhold skal bevares i svejsningen.

I praksis er brugen af ​​ERNiCrMo-3 på en C-276 samling en almindelig og kostbar specifikationsfejl: samlingen vil ofte bestå standard mekanisk test, men den kan fejle for tidligt i drift, hvis miljøet er aggressivt nok til at udnytte det lavere molybdænindhold i det fortyndede svejsemetal. Fyldstofvalg bør altid være drevet af det korrosive miljø, ikke kun af svejsbarhed eller omkostninger.

Hvordan svejser du nikkellegeringer til kulstof eller lavt-legeret stål?

Nikkel-til-samlinger kræver enten et smørende lag af nikkellegeringsfyldstof på stålsiden før den endelige samling, eller et højt-nikkelfyldstof påført i en kontrolleret, lav-fortyndingsteknik for at forhindre jernopsamling i at danne skør martensit i fusionszonen.

Kulstof og lavt-legeret stål bidrager med store mængder jern til svejsebassinet i forhold til deres tykkelse, og i modsætning til rustfrit stål bærer de hverken krom eller nikkel for at blødgøre denne effekt. To praksisser styrer resultatet:

Smøring:Et lag ERNiCrMo-3 (eller matchende legering) afsættes på stålfladen og får lov til at køle af, hvorefter den slibes fladt. Den endelige samlingssvejsning laves derefter mellem to nikkel-rige overflader, hvilket i det væsentlige konverterer en uens samling til en næsten ens og reducerer fortyndingsrisikoen dramatisk.

Lav varmetilførsel, stringer-perleteknik:Når smøring ikke er praktisk, begrænser minimering af varmetilførslen og brug af flere stringer-pas frem for en enkelt stor vævningspas, hvor dybt stålet smeltes, og hvor meget jern der kommer ind i svejsebassinet.

Smørning foretrækkes stærkt til tykke-sektioner, høje-tryk eller cykliske-servicesamlinger, såsom reaktordyse-til-skalsvejsninger, fordi det giver forudsigelig, kode-kvalificeret fortynding, uanset hvem der udfører den endelige feltsvejsning.

Hvordan svejser du nikkellegeringer til duplex eller super duplex rustfrit stål?

ERNiCrMo-3 er også standardfyldstoffet til nikkel-legering-til-duplekssamlinger, fordi det undgår at forstyrre ferrit-austenit fasebalancen, som dupleks rustfrit stål afhænger af for dets styrke og korrosionsbestandighed.

Duplex og super duplex rustfrit stål er afhængige af en ca. 50/50 ferrit-austenitmikrostruktur. Svejsning af dem til nikkellegeringer med et duplex-matchende fyldstof kan skubbe fusionszonen mod overskydende ferrit, eftersom nikkel-legeringsfortynding ændrer balancen uforudsigeligt. Ved at bruge et fuldt austenitisk, høj-nikkelfyldstof, såsom ERNiCrMo-3, undgås dette problem: Det resulterende svejsemetal er austenitisk på begge sider af smeltegrænsen, hvilket helt omgår ferritkontrolspørgsmålet, mens det stadig giver en korrosionsbestandighed, der overstiger duplex-basismetallet i de fleste tjenester.

Hvilken rolle spiller smøring i uens metalsvejsninger?

Smøring adskiller den endelige produktionssvejsning fra direkte kontakt med det mere fortynding-tilbøjelige basismetal, hvilket gør det muligt at kvalificere og svejse samlingen med forudsigelig, lav-fortyndingskemi uanset snittykkelse eller feltforhold.

Smøring er især værdifuldt i tre scenarier: tykke kulstofstålsektioner, hvor fortynding ellers ville være alvorlig, shop-til-feltsamlinger, hvor smøringen kan udføres under kontrollerede butiksforhold, og den endelige feltsvejsning kun forbinder lignende nikkel-rige overflader, og reparationssvejsning, hvor den oprindelige basismetalsammensætning er usikker. En smurt samling er også lettere at kvalificere under ASME Sektion IX, da PQR kan være baseret på den godt-karakteriserede nikkel-til-endelige svejsning i stedet for en mere variabel, direkte uens svejsning.

Hvilke koder og standarder regulerer valg af fyldmetal til uens nikkelsamlinger?

AWS A5.11 og A5.14 klassificerer selve fyldmetallerne, ASME Section IX regulerer procedurekvalificering for samlingen, og NACE MR0175/ISO 15156 tilføjer hårdheds- og korrosionstestningskrav, når servicen involverer sure (H2S) forhold.

AWS A5.14 (nøgne svejsestænger og elektroder af nikkel og nikkellegering):Klassificerer GTAW- og GMAW-fyldtråde, inklusive ERNiCrMo-3, ERNiCrMo-4 og ERNiCrMo-14, efter kemisk sammensætning.

AWS A5.11 (elektroder med nikkel og nikkellegering):Klassificerer SMAW-elektroder såsom ENiCrMo-3 og ENiCrMo-4 for de samme legeringsfamilier.

ASME afsnit IX:Styrer WPS/PQR-kvalifikationen for den uensartede samling og behandler en ændring i fyldmetal-F-- eller A--nummer eller en ændring i enten basismetal-P--nummer som en væsentlig variabel, der kræver genkvalificering.

NACE MR0175 / ISO 15156:Tilføjer hårdhedsgrænser og krav til-korrosionstestning (såsom ASTM G48) for uens nikkellegeringssvejsninger, der bruges i sur olie- og gasservice.

Ofte stillede spørgsmål

Kan jeg bruge 309L rustfrit fyldstof til at forbinde Inconel 625 med kulstofstål?

Det anbefales ikke. 309L mangler nikkelindholdet til pålidelig buffer mod jernfortynding fra tykke kulstofstålsektioner, og det bærer ikke det molybdæn eller niobium, der er nødvendigt for at matche 625's korrosionsbestandighed eller varme-revnemodstand. ERNiCrMo-3, ideelt med en smurt led, er det rigtige valg.

Er ERNiCrMo-3 fyldstof det samme som Inconel 625 basismetal?

Det er tæt beslægtet, men ikke identisk. ERNiCrMo-3 fyldtråd er formuleret med lidt højere niobiumindhold end standard 625 basismetal, specifikt for at modstå varme revner under størkning, da svejsemetal afkøler og størkner anderledes end bearbejdet eller støbt basismetal.

Skal jeg smøre begge sider af en uens led, eller kun stålsiden?

Det er typisk kun siden af ​​kulstof eller lavt-legeret stål, der skal smøres. Siden af ​​nikkellegering eller rustfrit stål har allerede kompatibel kemi og fortynder ikke svejsebassinet væsentligt med skadelige elementer.

Hvad sker der, hvis det forkerte fyldmetal bruges på en uens nikkelsamling?

Samlingen kan bestå den indledende mekaniske test, men mislykkes for tidligt i drift på grund af varm revnedannelse, martensitdannelse eller lokal korrosion, fordi standard træk- og bøjningstests ikke altid afslører marginal fortyndingskemi eller langsigtet korrosionsfølsomhed.

Tæller udvælgelse af fyldmetal som en væsentlig variabel under ASME Sektion IX?

Ja. En ændring i fyldmetal F-Number eller A-Number er en væsentlig variabel, hvilket betyder, at enhver ændring kræver, at WPS'en omkvalificeres med en ny PQR, før den kan bruges i produktionen.

Konklusion

At vælge det rigtige spartelmetal til en ulig nikkellegeringssamling betyder at forudsige den fortyndede svejsekemi og matche den til servicemiljøet, ikke blot at vælge det spartelmasse, der deler navn med et af basismetallerne.

Ulige nikkellegeringsforbindelser sidder i skæringspunktet mellem metallurgi og korrosionsteknik: fyldmetallet skal svejse med succes, modstå revner under fortynding og levere korrosionsydelse, der passer til det faktiske servicemiljø, nogle gange for de mere krævende af de to uædle metaller.

Producenter, der beregner fortynding med Schaeffler- eller WRC-1992-diagrammer, specificerer smøring, hvor det er relevant, og kvalificerer procedurer i henhold til ASME Section IX, undgår konsekvent de for tidlige fejl, der kommer af at behandle fyldmetalvalg som et simpelt opslag. For kritiske uens samlinger i Inconel-, Hastelloy- eller Monel-systemer reduceres både fremstillingsrisiko og langsigtede vedligeholdelsesomkostninger væsentligt ved at arbejde med en leverandør, der lagerfører hele udvalget af matchende fyldmetaller og kan understøtte WPS/PQR-udvikling.