합금 20 용접: ERNiCrMo-3 필러 선택 및 층간 온도 제어

합금 20(20Cb-3, UNS N08020)황산용으로 개발되었으며 니오븀 안정화 및 구리 첨가로 인해 해당 환경에서 탁월한 성능을 발휘하며 일반 오스테나이트 스테인리스강보다 용접성이 더욱 특별해졌습니다. 용가재와 패스간 온도를 잘못 파악하는 것은 제작자가 간단한 파이프 스풀이나 용기를 균열되고 거부된 용접물로 바꾸는 가장 일반적인 방법입니다.

이 기사에서는 ERNiCrMo-3 필러가 실제로 속하는 특정 이종 금속 시나리오에 대해 문서화된 정유소 사례 연구와 함께 Rolled Alloys의 20Cb-3 스테인레스에 대한 자체 제조 게시판을 기본 기술 소스로 사용하여 두 가지 결정을 모두 수행합니다.

합금 20에 단순한 조성 일치 대신 특수 용가재 선택이 필요한 이유는 무엇입니까?

합금 20은 응고 균열에 저항할 수 있는 페라이트가 없는 완전 오스테나이트이고 자체 니오븀 안정화 - 사용 중 감작으로부터 보호하는 동일한 기능 -을 포함하는 필러가 단단하고 낮은 잔류 화학으로 정제되지 않으면 용접 풀에서 문제가 되기 때문에 특별한 필러 선택이 필요합니다.- 잔류-원소 제어 또는 니오븀 수준이 잘못되고 냉각 시 용접 금속 고온 균열이 발생합니다.-

합금 20에는 없는 페라이트 탈출 해치

니켈 함량이 약 15% 미만인 일반적인 오스테나이트 스테인리스강에서는 용접 금속 조성이 - 일반적으로 약간 높은 크롬과 낮은 니켈 -로 조정되어 응고 시 작고 의도적인 양의 페라이트를 형성합니다. 자기적으로 측정되고 페라이트 수(FN)로 보고되는 이 페라이트는 그렇지 않으면 결정립 경계에 집중되어 용접이 냉각됨에 따라 찢어지게 되는 인, 황, 규소 및 붕소의 분리를 물리적으로 방해합니다. 대략 20% 이상의 니켈을 함유한 Rolled Alloys의 자체 제조 게시판에서는 측정 가능한 페라이트 -를 형성하는 것이 야금학적으로 불가능하며 합금 20은 32-38% 니켈을 사용한다고 분명히 명시하고 있습니다. 페라이트 옵션을 배제한 상태에서 열간 균열을 방지하는 유일한 방법은 유해 원소를 직접 제어하는 ​​것입니다. 즉, 충진재에 고순도 원료를 사용하고 인, 황, 규소를 최소한으로 유지하는 것입니다.

니오븀이 용접에서 양{0}}첨가되는 이유

모재 금속의 니오븀은 탄소와 우선적으로 반응하여 용접 중 결정립 경계에 크롬{0}}탄화물 석출을 방지합니다. - 321(티타늄-안정화) 및 347(니오븀-안정화) 스테인리스에 사용되는 것과 동일한 안정화 메커니즘으로 합금 20을 민감화 및 이에 따른 입계 부식으로부터 보호합니다. 그러나 니오븀은 또한 완전 오스테나이트 용접 풀에서 응고 균열을 촉진하는 낮은-융점-{10}}형성, 분리{11}}가능성이 있는 원소이기도 합니다. Rolled Alloys의 게시판은 대조를 직접적으로 보여줍니다. Inconel Filler Metal 82(AWS ERNiCr-3)에 사용되는 2-3% 니오븀은 해당 합금 시스템에 유익하지만 일반 20Cb-3 일치 필러에 포함된 낮은 니오븀 수준은 화학의 나머지 부분을 제어하지 않는 한 해로울 수 있습니다. 이것이 바로 ER320LR 필러 금속이 해결하기 위해 설계된 문제입니다.

합금 20 자체를 용접하려면 어떤 용가재를 사용해야 합니까?

동일한-합금 합금 20 용접의 경우 올바른 필러는 GTAW 및 GMAW(AWS A5.9, UNS N08022)의 경우 ER320LR이고 SMAW(AWS A5.4, UNS W88022)의 경우 E320LR입니다. - ERNiCrMo-3가 아닙니다. 이러한 "LR"(낮은{11}}잔류량) 필러는 이전의 비-LR E320/ER320 소모품과 관련된 기록된 고온 균열 문제를 해결하고 합금 20~합금 20 조인트에 일치하는 코드 인식 필러로 유지하기 위해 Carpenter Technology에서 특별히 개발되었습니다.

위의 메커니즘이 위험하다고 식별한 요소를 정확하게 조임으로써 수정이 이루어졌습니다. ER320LR은 표준 E320 용접 금속보다 낮은 인, 황 및 규소를 녹이고, 니오븀 함량은 의도적으로 더 낮게 제한되었으며, 안정화 비율(탄소 대비 니오븀)이 실제로 중요하기 때문에 더 낮은 탄소 함량으로 정제하여 상쇄되었습니다. 압연 합금에 따른 결과는 이전에 일반적인 E320 용접 필러와 관련된 고온 균열 문제- 없이 합금 20 스테인리스 용접을 허용했으며, 그 뒤에 있는 개발 작업은 1978년 용접 문헌에 게시되고 동료 검토를 받았습니다-.

출처: 압연 합금 게시판 205M, 섹션 I(비금속 사양) 및 섹션 I-C-1(ER320LR/E320LR 지정 화학 범위); RS Brown 및 JB Koch, "안정화된 완전 오스테나이트 합금을 위한 응고 균열 방지 용접 충전재 금속의 개발", 용접 저널, Vol. 57, No. 2, 1978년 2월.

언제 ERNiCrMo-3를 대신 사용해야 합니까?

ERNiCrMo-3은 특히 합금 20을 유형 316L 또는 317L 스테인리스강에 결합하거나 합금 625 비금속-에 ​​결합할 때 합금 20 용접 절차에 속하며 합금 20 자체에 대한 범용 업그레이드는 아닙니다.- Rolled Alloys의 자체 이종-금속-용접 필러 지침은 각 조합에 서로 다른 필러 제품군을 할당하며 이 표를 올바르게 얻는 것은 가장 부식에 강한-소리 옵션을 기본값으로 설정하는 것보다 더 중요합니다.

*탄소강은 니켈 합금 필러로 용접하기 전에 밝은 금속으로 연삭되어야 합니다. - 밀 마감은 허용되지 않으며 모든 녹, 열간 압연 스케일, 오일 및 페인트를 제거해야 합니다.-

출처: 압연 합금 게시판 205M, 섹션 IX-K, 이종 금속 용접. 게시판에는 이 목록이 주로 실험실 작업보다는 용접 지식을 기반으로 하며 최종 선택은 제작자가 인증한 용접 절차를 통해 최종 사용자가 승인해야 한다고 명시되어 있습니다.

Monel 400 행은 건너뛰기보다는 주의 깊게 읽어 볼 가치가 있습니다. Rolled Alloys는 Monel에 대한 기계적 접합이 고-니켈 필러 금속을 사용하여 만들어질 수 있지만 결과 용접물에는 모재 금속의 염화물 부식 저항성이 부족할 것이라고 명시하고 있습니다. - 필러를 권장하기보다는 정직한 제한 사항입니다. 합금 625 필러가 진정으로 316L, 317L 또는 625 모재에 결합하는 올바른 - - 경우, 더 높은 몰리브덴 및 크롬 함량과 본질적으로 균열에 강한{10}} 내응고 거동이 두 모재 금속의 부식 요구 사항에 대해 허용 가능한 성능을 발휘하는 용접 용착물을 제공하기 때문에 해당 역할을 수행합니다. 이는 일치하는 320LR 필러에 대한 보편적인 대체품이기 때문이 아닙니다.

문서화된 현장 사례: ERNiCrMo-3을 사용한 합금 20~316L 파이프 용접

말레이시아 셀랑고르의 정유소 알킬화 장치에서 발표된 사례 연구는 실제로 이 시나리오를 정확하게 문서화합니다. GTAW 루트 패스에 ERNiCrMo-3을 사용하고 SMAW 채우기 및 커버 패스에 ENiCrMo-3을 사용하여 ASTM B729 Alloy 20 이음매 없는 파이프를 Type 316 이음매 없는 파이프에 결합하는 것입니다. 프로젝트 자체 제어 - 패스당 20kJ/cm 미만으로 유지되는 열 입력 및 100도 미만으로 유지되는 패스 간 온도 - 아래에 설명된 일반 합금 20 용접 제한 사항을 밀접하게 추적하여 조인트가 동일 합금이든 이종이든 동일한 규율이 ​​적용된다는 것을 확인합니다.

출처: SINOPEC 알킬화-단위 프로젝트를 기록한 "사례 연구: 합금 20의 이종 용접", metalspiping.com.

합금 20을 용접할 때 패스간 온도는 어느 정도 유지해야 합니까?

GTAW, GMAW, SMAW 및 수중 아크 용접 전반에 걸쳐 패스간 온도를 100도(212도 F) 이하로 유지하십시오. Rolled Alloys의 자체 제조 게시판에서는 이를 다루는 모든 아크 용접 공정에 대해 선호되는 최대값으로 명시하고 있으며, 150도(302F)는 일상적인 허용 오차가 아닌 실제로 구속되지 않은 접합부에 대해서만 잠재적으로 허용 가능한 것으로 언급되어 있습니다-.

메커니즘은 필러 화학을 매우 중요하게 만드는 메커니즘과 동일합니다. 분리를 방해할 수 있는 페라이트가 없으면 뜨거운 이전 패스 위에 있는 뜨거운 용접 비드는 인, 황 및 니오븀에 더 많은 시간과 더 높은{0}}온도 범위를 제공하여 결정립 경계로 분리되고 응고 균열을 시작합니다. 낮은 층간 온도는 사실상 낮은- 잔류 필러 화학이 금속학적 측면에서 제공하는 동일한 고정의 열적 절반입니다. - 어느 쪽도 다른 쪽을 대체할 수 없습니다.

출처: 압연 합금 게시판 205M, 섹션 IX-B-2(GMAW/SMAW) 및 섹션 IX-G-6(SAW); metalspiping.com SINOPEC 사례 연구.

비공식적으로 실무자가 보고한 합금 20 패스간 온도에 대한{0}}보고 수치는 용접 포럼 및 2차 가이드에서 더 광범위하게 다양하며 - 현장 일화에는 최대 175-177도(약 350도 F)까지 나타나고 불특정 ASME 출처를 인용한 한 온라인 용접 기사에서는 93도(화씨 200도)를 제공한다는 점을 솔직하게 표시할 가치가 있습니다. 이러한 느슨한 숫자 중 어느 것도 Rolled Alloys의 자체 생산자 게시판에 나타나지 않습니다. 이는 이 합금 제조에 사용할 수 있는 가장 상세하고 코드 참조 소스입니다.

용접 절차 사양(WPS)은 별도의 엔지니어링 정당성과 절차 자격이 특정하고 실제로 구속되지 않은 접합에 대해 더 높은 수치를 지원하지 않는 한 더 엄격하고 문서화된 100도 수치로 자격을 부여받아야 합니다.

패스간 온도와 함께 열 입력을 어떻게 제어해야 합니까?

열 입력은 용접 전류 -를 높이는 대신 이동 속도와 접합 설계를 통해 제어되는 모든 공정에서 조인트가 허용하는 한 낮게 유지되어야 하며 압연 합금에서는 니켈 필러의 느린 흐름을 보상하기 위해 전류량을 늘리는 것이 비효과적이고 역효과를 낳는다는 점을 명시적으로 보여줍니다.

kJ/mm 단위의 열 입력은 (전압 × 전류량) ¼(이동 속도(mm/초 단위) × 1000)로 계산됩니다. SMAW의 경우 게시판에서는 평평한 위치에서 1.5kJ/mm 미만의 열 입력을 지정하고 수직 위치에서는 필요한 경우 최대 2kJ/mm까지 허용합니다.

서브머지드 아크 용접의 경우 열 입력은 약 1.67kJ/mm(42.5kJ/인치) 미만으로 유지되어야 합니다. 네 가지 프로세스 중에서 SAW는 주어진 전류량, 전압 및 이동 속도 세트에 대해 가장 많은 열을 공작물로 전달합니다. 아르곤 차폐 기능이 있는 SMAW와 GMAW는 거의 동일합니다. GTAW는 접합부에 최소한의 열을 가할 수 있으며 이것이 루트 패스에 선호되는 이유 중 하나입니다.

게시판에서는 두 가지 특정 용접공 습관이 비생산적인 것으로 언급되었습니다. 니켈 필러의 유동성을 개선하기 위해 전류를 높이는 것(도움이 되지 않고 단지 열만 추가할 뿐입니다)과 직선 스트링거 패스를 실행하는 대신 비드를 직조하는 것(직조는 과도한 열을 발생시켜 용접 불량을 초래합니다)입니다. 용접 침투도 동일한 매개변수에 대해 316L보다 합금 20에서 실제로 더 낮습니다. - 올바른 응답은 접합부에 더 많은 아크 에너지를 밀어넣는 대신 접합 설계 및 기술(더 열린 베벨 각도, 제어된 루트 간격)을 조정하는 것입니다.

출처: 압연 합금 게시판 205M, 섹션 IX-B-1(열 입력 공식), 섹션 IX-G-3(SMAW 열 입력), 섹션 IX-G-6(SAW 열 입력) 및 섹션 IX-L-4(열 입력 및 왜곡).

건전한 합금 20 용접에 중요한 다른 공정 제어는 무엇입니까?

필러 선택 및 열 제어 외에도 몇 가지 다른 제어 기능을 통해 단순히 육안 검사를 통과하는 것이 아니라 합금 20 용접이 내식성을 유지하는지 여부가 결정됩니다.

예열을 건너뛰세요. Rolled Alloys에서는 합금 20을 예열하는 것을 권장하지 않습니다. 차가운 재료는 용접 부위의 습기 응결을 방지하기 위해 실온(최소 10도)까지만 가열하면 됩니다.

GTAW/GMAW 루트 패스용 100% 용접- 등급 아르곤(순도 99.996%)을 사용한 실드 및 백{0}퍼지, 백킹 가스 흐름은 분당 약 16.5~21리터입니다. 95% Ar/5% O2 또는 75% Ar/25% CO2 차폐 가스 혼합물을 사용하지 마십시오.

합금 20 -에 산소 연료(옥시아세틸렌) 용접이나 탄소-아크 에어 가우징을 사용하지 마세요. 두 가지 모두 탄소 픽업의 위험이 있어 내부식성이 직접적으로 저하됩니다.

HAZ 균열을 일으킬 수 있는 구리 백킹/칠 바의 구리 오염을 방지합니다. Rolled Alloys에서는 니켈- 또는 크롬-도금 구리 백바를 도금하고 구리-지시 시험지로 오염 여부를 확인할 것을 제안합니다.

스테인레스 와이어 브러시만 사용하여 슬래그를 제거하십시오. - 탄소강 와이어 브러시는 사용하지 마십시오. 염화물 함유 서비스에 구멍이 생길 수 있는 철 입자가 포함되어 있기 때문입니다.-

사후-용접 안정화/응력{1}}완화 열처리(480-540도)는 선택 사항이지만 필수는 아닙니다. - 합금 20 제작품은 일반적으로 용접된 상태로 사용되며, 540도 미만의 응력 완화 온도에서는 부식 저항성 손실이-예상되지 않습니다.

합금 20은 ASME 섹션 IX P-아니오. 45이며 ASME 섹션 VIII Division 1 및 섹션 III은 최대 427도(800F)의 용접 구조에서의 사용을 다루고 있습니다. 특정 온도에서의 허용 응력은 이전 게시판이 아닌 현재 코드 버전에서 가져와야 합니다.

합금 20 비금속 및 용접 필러 금속에 대한 관리 사양

자주 묻는 질문

Q: ER320LR 대신 ERNiCrMo-3을 사용하여 합금 20을 용접할 수 있습니까?

A: 이는 코드로 인식되는 표준-권장 사항이 아닙니다. ER320LR/E320LR은 합금 20의 고온 균열 문제를 해결하고 동일한{7}}합금 조인트에 적합한 필러로 유지되도록{4}}개발되었습니다. Rolled Alloys의 자체 이종-금속-용접 가이드에서는 합금 20--합금 20 용접이 아닌 합금 20을 316L, 317L 또는 합금 625 모재에 결합하기 위해 특별히 합금 625 와이어(ERNiCrMo-3)를 보유하고 있습니다. 적격한 절차와 최종 사용자 승인 없이 이를 벗어나는 것은 바람직하지 않습니다.

Q: 합금 20이 저-니켈 스테인리스강을 용접하기 쉽게 만드는 페라이트 기술을 사용할 수 없는 이유는 무엇입니까?

A: 페라이트는 니켈 함량이 약 15-20% 미만인 용접 금속에서만 형성될 수 있습니다. 합금 20에는 니켈이 32~38% 포함되어 있는데, 이는 야금학적으로 너무 높아 측정 가능한 페라이트가 응고 시 형성될 수 없으므로 304L 또는 316L과 같은 등급에서 제공되는 균열 저항 메커니즘 페라이트는 사용할 수 없습니다.

Q: 합금 20에 대한 WPS에서 패스간 온도는 얼마로 지정해야 합니까?

A: Rolled Alloys의 제조 공지에는 GTAW, GMAW 및 SMAW 전체에서 선호되는 한계로 최대 100도(212도 F)가 지정되어 있으며, 150도(302도 F)는 실제로 구속되지 않은 조인트에만 잠재적으로 허용되는 것으로 명시되어 있습니다. 서브머지드 아크 용접은 동일한 소스에서 100도 미만의 더 엄격한 제한을 받지 않습니다.

Q: 합금 20 용접에는 예열이 필요합니까?

A: 아니요. 예열은 권장되지 않습니다. 필요한 유일한 열 준비는 차가운 재료를 최소 실온(10도)으로 데워 용접 전에 접합부의 습기 응결을 방지하는 것입니다.

Q: 합금 20에는 용접 후 열처리가 필요합니까?{0}}

A: 아니요. 합금 20 용접물은 일반적으로 용접된 상태로 사용됩니다.- 480-540도에서 선택적인 응력-제거 처리를 하면 필요한 경우 복잡한 제작에서 용접 응력의 약 35-40%를 제거할 수 있으며 응력 제거 온도를 540도 미만으로 유지해도 내식성은 손실되지 않을 것으로 예상됩니다.

Q: 합금 20을 탄소강 또는 Monel 400에 용접하려면 어떤 필러를 사용해야 합니까?

A: 304L, 321 및 347뿐만 아니라 탄소강(광택 금속으로 연삭, 스케일, 녹, 오일 및 페인트가 없음)의 경우 합금 82 와이어 또는 합금 182 피복 전극을 권장합니다. Monel 400의 경우 필러가 완전히 만족스러운 결과를 제공하지 않습니다. - 성공적인 용접이라 할지라도 모재 금속의 염화물 부식 저항성이 부족하기 때문에 기계적 접합을 고려해야 합니다.