니켈 합금 클래딩을 위한 열선 GTAW: 증착 속도 및 희석 제어

소개

니켈 합금 용접 오버레이는 견고한 인코넬 또는 하스텔로이 강판으로 전체 부품을 제작하는 데 드는 비용을 들이지 않고도 탄소 및 저{0}합금강 부품의 압력 경계를 부식으로부터 보호합니다. 오버레이는 두 가지 일이 동시에 발생하는 경우에만 작동합니다. 즉, 증착이 경제적일 만큼 빠르게 진행되어야 하며, 설계에 필요한 내식성을 제공하기 위해 모재 강철이 아닌 용가재 -에 화학적으로 충분히 가깝게 유지되어야 합니다-. 이 두 목표는 일반적으로 서로 싸우게 됩니다. 열선 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW-HW)은 그러한 싸움을 막기 위해 특별히 제작된 공정입니다.

이 기사에서는 열선 GTAW를 니켈 합금 클래딩 - 냉간-선 GTAW, GMAW, 수중 아크 스트립(SAW-스트립), 플라즈마 전사 아크(PTA) 및 레이저 열선 -에 사용되는 다른 프로세스와 증착 속도 및 희석을 비교하고 적격한 GTAW-HW 오버레이 절차를 관리하는 프로세스 매개변수, 표준 및 결함 제어를 설명합니다.

핫 와이어 GTAW란 무엇이며 니켈 합금 클래딩에 왜 중요한가요?

열선 GTAW는 필러 와이어가 아크에 도달하기 전에 용융점 근처까지 저항력 있게 예열하는 두 번째 전원을 추가하므로 텅스텐 아크는 더 이상 필러를 녹이는 데 필요한 모든 에너지를 공급할 필요가 없습니다. "와이어 가열"과 "모재 금속 가열"을 분리하면 GTAW-HW가 희석을 늘리지 않고도 증착 속도를 높일 수 있습니다.

기존 냉간-와이어 GTAW에서 텅스텐 아크는 두 가지 작업을 동시에 수행합니다. 즉, 모재를 녹여 용접 풀을 형성하고, 용접 풀에 공급된 필러 와이어를 녹입니다. 두 가지 모두 동일한 아크 에너지에서 끌어오기 때문에 증착 속도를 높이기 위해 더 많은 필러를 아크를 통해 밀어 넣으면 이를 녹이는 데 필요한 아크 에너지와 이동 동작이 증가하므로 - 비금속 용융이 증가하여 희석이 증가합니다.

핫 와이어 GTAW는 그 결합을 깨뜨립니다. 별도의 전기적으로 절연된 전원 공급 장치는 접점 팁과 용접 풀 사이의 필러 와이어를 통해 전류를 전달하여 아크에 도달하기 전에 거의-녹는 온도까지 저항적으로 가열합니다. 텅스텐 아크의 역할은 용융을 마무리하고 모재 금속으로의 침투를 제어하는 ​​것으로 축소되는 반면, 아크 -가 아닌 와이어 예열 회로 -는 필러를 녹이는 데 필요한 대부분의 에너지를 공급합니다.

증착 속도는 주로 와이어 공급 속도와 예열 전류에 의해 설정되며 아크 전류와는 거의 무관합니다.

기본 금속 침투(따라서 희석)는 주로 증착 속도와 무관한 아크 전류 및 이동 속도에 의해 설정됩니다.

두 변수는 개별적으로 조정할 수 있습니다. - GTAW-HW가 희석 제어를 희생하지 않고도 더 높은 생산성을 달성하는 핵심 이유입니다.

Hot Wire GTAW는 어떻게 기존 Cold{0}}Wire GTAW에 비해 증착 속도를 높입니까?

와이어를 예열하면 아크에서 용융 에너지를 끌어내는 대신 와이어가 도착하는 순간 풀에 녹을 수 있습니다. 이것이 문서화된 GTAW-HW 증착 속도가 아크 에너지를 늘리거나 희석하지 않고 약 1~12lb/hr의 증착 속도에서 콜드-와이어 GTAW보다 대략 2~3배 더 높은 이유입니다.

콜드-와이어 GTAW에서는 와이어가 실온에서 풀에 들어가고 아크는 와이어를 녹이기 위해 전체 잠열과 현열을 공급해야 합니다. - 프로세스가 와이어 팁에서 스터빙, 스패터링 또는 볼링을 시작하기 전에 단위 시간당 추가할 수 있는 와이어의 양에 대한 제한입니다. 와이어를 저항적으로 예열하면 와이어가 도착하기 전에 대부분의 열적 부채가 제거되므로 동일한 아크 설정에서 더 높은 와이어 공급 속도를 유지할 수 있습니다.

업계 소식통에 따르면 GTAW{0}}HW 증착 속도는 와이어 직경, 예열 전류, 조인트 또는 오버레이 형상에 따라 약 1~12lb/hr에 달하며, 동일한 용접 품질에 대해 유사한 냉간 와이어 GTAW 설정에 비해 일반적으로 생산성 향상이 2~3배에 달하는 것으로 알려져 있습니다.- 이것이 바로 GTAW-HW가 낮은-증착 콜드-와이어 GTAW/오비탈 GTAW와 GMAW 및 SAW-스트립과 같은 높은-증착이지만 높은{9}}희석 공정 사이의 중간 지점으로 자주 배치되는 이유이기도 합니다.

출처: The Fabricator, "GTAW 핫{0}}와이어가 주류가 될 수 있을까요?"; 맞춤-용접, "고성능-고성능 열선 GTAW TIG 클래딩 시스템."

Hot Wire GTAW는 다른 클래딩 공정보다 어떻게 희석을 더 잘 제어합니까?

열선 GTAW는 생산 실제에서 약 3-8% 범위의 희석률을 유지하며 이는 GMAW 및 SAW-스트립(일반적으로 15-30%)보다 낮고 -와 경쟁적이지만 일반적으로 - 레이저 열선 피복(약 5-10%)보다 높으므로 GTAW-HW는 단층 희석률이 10% 미만일 때 가장 강력한 아크 용접 옵션이 됩니다. 5.0% 표면 철 제한이 필요합니다.

희석은 용가재가 아닌 용융된 모재에서 나오는 완성된 용접 용착물의 비율입니다. 탄소강 또는 저-합금강 위의 니켈 합금 오버레이의 경우 모재에서 픽업된 철이 내식성을 저하시키기 때문에 희석이 중요합니다. 오버레이는 - 대부분의 니켈 합금 오버레이 사양에 따라 표면 철 함량을 5.0wt%로 제한하며 일반적인 아크{4}} 공정 희석은 단일 층이 흡수할 수 있는 것보다 훨씬 더 높으면서도 해당 한계를 충족할 수 있습니다.

GTAW의 아크는 주요 아크 클래딩 공정 중 에너지가 가장 낮고{0}} 공간적으로 가장 잘 제어할 수 있기 때문에 항상 아크 계열의 희석률이 가장 낮습니다. - 역사적으로 낮은 증착 속도로 인한 절충-. GTAW-HW는 낮은-희석 특성을 유지하는 동시에 증착-속도 격차를 상당 부분 줄여줍니다. 이는 두 변수가 모두 제한되는 곳에서 선택의 기초가 됩니다.

출처: Lincoln Electric, "레이저 열선 클래딩"; 용접 제작 세계, "용접 오버레이/클래딩 - 유형, 공정 및 ASME 요구사항"; ScienceDirect, "GTAW 냉간 와이어 공급 공정을 사용한 Hastelloy C276의 용접 클래딩." 범위는 공개된 현장 및 실험실 데이터를 나타냅니다. 해당 코드에 따라 절차 적격성 테스트를 통해 모든 값을 한정합니다.

실제로 증착 속도/희석 균형을 제어하는 ​​공정 매개변수는 무엇입니까?

4가지 매개변수가 거의 모든 작업을 수행합니다. 아크 전류는 침투 및 희석을 설정하고, 와이어 공급 속도 및 예열 전류는 아크와 거의 독립적으로 증착 속도를 설정하며, 이동 속도는 비드 중첩 및 레이어 적용 범위를 설정합니다. - 자격을 갖춘 GTAW-HW 절차는 이 중 어느 하나를 전체 스토리로 처리하는 대신 이 네 가지를 모두 함께 조정합니다.

아크 전류

아크 전류는 비금속 용해의 주요 동인입니다. 아크 전류가 높을수록 용접 풀이 넓어지고 깊어지며, 더 많은 비금속을 끌어당기고 희석 - 기록된 비드-를 높입니다.- 2.25Cr-1Mo 강철의 Inconel 625 열선-와이어 GTAW 오버레이에 대한 플레이트 테스트에서는 용접 전류가 125A에서 200A로 증가함에 따라 희석, 비드 폭 및 열 영향 영역 크기가 모두 증가하는 것으로 나타났습니다. 아크 따라서 전류는 융합을 달성하면서 아크가 안정적으로 유지될 수 있을 만큼 낮게 유지됩니다.

와이어 이송 속도 및 예열 전류

와이어 공급 속도는 단위 시간당 풀에 들어가는 필러 금속의 양을 설정합니다. 예열 전류는 와이어가 도착했을 때 이미 녹는 데 얼마나 가까운지를 설정합니다. 두 가지를 모두 높이면 아크 자체 에너지 균형에 부차적인 영향만 미치고 증착 속도가 증가합니다. - 이는 GTAW-HW가 아크에서 모재 금속으로 더 많은 열을 끌어들이지 않고도 필러를 더 빠르게 추가할 수 있게 하는 메커니즘입니다.

이동 속도와 비드 겹침

이동 속도는 다음 패스 전에 풀이 얼마나 굳어지는지를 제어하여 비드 겹침과 적용 범위를 설정합니다. 이동 속도가 느려지면 단위 ​​길이당 열 입력이 증가하고 일정한 전류에서도 희석이 증가할 수 있으므로 이동 속도는 작업 현장에서 독립적으로 조정하기보다는 전류와 함께 검증됩니다.

예열/층간 온도 및 층 수

약 5% 미만의 단일{0}층 희석은 공정에 관계없이 융합 라인에서 보장하기 어렵기 때문에 대부분의 사양에는 최소 2개{2}}층 오버레이가 필요합니다. 첫 번째 레이어는 버퍼로 처리되고 화학은 융합 라인에서 다시 측정된 샘플링 깊이(- 3mm 최소 오버레이 두께에 대해 일반적으로 3mm)에서 인증됩니다. 패스간 온도 제어는 패스 전반에 걸쳐 열 축적을 제한하여 캡 레이어를 통과하는 루트 패스에서 희석을 일관되게 유지하는 데 도움이 됩니다.

강철의 인코넬 625 클래딩에 허용 가능한 희석을 생성하는 용접 전류는 무엇입니까?

2.25Cr-1Mo 강철의 Inconel 625 핫와이어 GTAW 오버레이에 대한 -플레이트 테스트에 게시된-공개된 비드 테스트는 125~200A 범위의 아크 전류에 따라 희석 및 경도가 모두 상승하는 것을 보여줍니다. 따라서 저합금강의 Inconel 625 오버레이에 대한 대부분의 생산 절차는 해당 밴드의 아래쪽 절반에 해당하며 두 번째 레이어에 의존하여 표면 화학을 가져옵니다. 나머지는 명목상의 Inconel 625 구성을 향한 것입니다.

동일한 연구에서는 테스트된 4가지 전류(125, 150, 175 및 200A) 중 150A에서 가장 높은 용접 금속 경도가 발생했으며 범위 및 희석 전반에 걸쳐 수지상 오스테나이트 미세 구조, 비드 폭 및 열{5}}영향 영역 크기가 모두 전류가 증가함에 따라 증가하는 경향이 있음을 발견했습니다. 절차 개발을 위한 실질적인 요점은 전류가 생산성에만 영향을 미치는 자유 변수가 아니라는 것입니다. - 모든 증가는 침투 및 외관뿐만 아니라 지배 사양의 부식 관련 화학 및 경도 한계를 기준으로 확인해야 합니다.

불량-서비스 구성요소의 경우 경도는 단순한 품질 지표가 아니라 엄격한 제한입니다. NACE MR0175/ISO 15156-호환 오버레이는 일반적으로 탄소/저합금강 HAZ에서는 248HV10, Inconel 625 오버레이 자체에서는 345HV10으로 제한되며, 레이어당 여러 위치에서 Vickers 테스트를 통해 측정됩니다.

핫 와이어 GTAW 클래딩 자격 및 승인을 관리하는 코드 및 표준은 무엇입니까?

GTAW-HW 니켈 합금 오버레이 절차는 주로 ASME 섹션 IX(필수 변수 및 기계/화학적 테스트)에 따라 인증되었으며 피복 압력 용기에 대한 ASME 섹션 VIII Division 1 부록 F에 적용되고 철 희석 등급에 대한 API 582, API 6A 및 NACE MR0175/ISO 15156 요구 사항이 적용되는 유전 및 사워-서비스 장비에 대한 - 경도.

출처: 재료 용접, "용접 오버레이 자격을 위한 용접 절차 자격 테스트 요구 사항"; API 6A(valvestandard.com 요약을 통해) 배관-World, "Inconel 625 용접 오버레이 배관"; 용접 제작 세계, "용접 오버레이/클래딩."

완성된 오버레이의 구성은 설계 사양에 대해 검증되거나 참조된 용가재 표준 - ASME 섹션 IX 자체에서 최소 합금 함량을 설정하지 않습니다. 화학 분석은 융합 라인에서 뒤로 정의된 거리에서 샘플링되어 최소 적격 오버레이 두께와 일치하며, 지정된 한도를 초과하는 철 함량은 절차 또는 생산 용접이 거부되는 원인이 됩니다.

핫 와이어 GTAW 클래딩에서 가장 흔히 발생하는 결함은 무엇이며 이를 어떻게 방지합니까?

GTAW-HW 니켈 합금 오버레이에서 가장 중요한 결함은 언더-클래드 균열, 토우 또는 루트의 융합 부족, 부적절한 예열로 인한 산화/용해되지 않은 와이어 포함, 융합 라인의 사양을 벗어난-희석입니다. - 이 네 가지 모두 용접 후 수리가 아닌 매개변수 검증 및 패스간 규율을 통해 주로 제어됩니다.-

언더-클래드 균열: HAZ의 수소 및 잔류 응력에 의해 발생합니다. 올바른 예열/통과간 온도, 낮은-수소 실행 및 지정된 경우 PWHT로 제어됩니다.

비드 토우 또는 패스 사이의 융합 부족: 과도한 이동 속도 또는 융합 라인의 아크 에너지 부족으로 인해 발생합니다. 이동 속도와 토치 각도 검증 및 레이어 간 육안/PT 검사를 통해 제어됩니다.

와이어 산화 또는 녹지 않은 와이어 포함: 수영장보다 훨씬 앞쪽에서 와이어를 예열하거나 열선 접점 주변의 가스 손실을 보호하여 발생합니다-. 예열 전류 튜닝 및 차폐 가스 적용 범위 검증을 통해 제어됩니다.

과도한 희석/표면의 철 픽업: 과도한 아크 전류, 느린 이동 또는 -두께가 낮은 오버레이로 인해 발생합니다. 2개-레이어 최소 오버레이, 현재 검증 및 검증된 깊이에서의 화학 조성 샘플링으로 제어됩니다.

미세 균열 및 바람직하지 않은 탄화물 침전: 적격성 평가 샘플의 미세 검사를 통해 확인합니다. 열 입력 제어로 제어되며, 안정화되거나 저탄소 충전제의 경우 충전제 화학 물질을 서비스 온도에 일치시켜 제어됩니다.

Hot Wire GTAW는 니켈 합금 클래딩 선택 전략에서 어디에 가장 적합합니까?

열선 GTAW는 튜브{0}}튜브 시트 조인트, 노즐 보어, 밸브 본체 및 기타 기하학적으로 제한되거나 고가치의 부품에 대한 올바른 기본값입니다. 5% 미만의 희석과 기계화되고 반복 가능한 적용 범위가 모두 중요합니다. - 용기 껍질 및 헤드와 같은 크고 편평하거나 굴곡진 영역은 여전히 ​​SAW-스트립으로 더 잘 처리되고 SMAW로 간단한 현장 수리가 더 잘 수행됩니다.

니켈 합금 오버레이의 공정 선택은 면적, 접근성, 희석 요구 사항 및 비용 간의 균형입니다. SAW-스트립 및 펄스형 GMAW는 넓은 영역을 가장 빠르게 커버하지만 단일 레이어에서 약 10{5}}15% 미만의 희석률을 안정적으로 유지할 수 없으므로 두 개 이상의 레이어가 이미 계획되어 있거나 희석 제한이 덜 엄격한 응용 분야용으로 예약되어 있습니다. SMAW는 기계화가 불가능한 현장 수리 및 접근이 어려운 곳에서 유일하게 실용적인 선택으로 남아 있습니다. GTAW-HW는 정밀한 - 튜브 보어, 노즐 넥, 작은 밸브 본체 -를 보상할 만큼 형상이 제한된 공간을 차지하지만 냉간 배선 GTAW만으로는 면적이 너무 크거나 경제성이 너무 빡빡합니다.

레이저 열선 클래딩은 GTAW-HW와 동일한 방향으로 희석 및 증착 속도를 더욱 높이며, 레이저 장비의 자본 비용이 정당화되는 매우 높은 가치의 구성 요소에 대해 평가할 가치가 있습니다. 파이프, 피팅, 플랜지 및 단조품에 대한 대부분의 압력-경계 니켈 합금 오버레이 작업의 경우 GTAW{4}}HW는 인증 친숙성, 장비 비용 및 부식 서비스에 필요한 희석 제어의 균형을 가장 잘 유지하는 프로세스로 남아 있습니다.

자주 묻는 질문

Q: 탄소강의 인코넬 625 용접 오버레이에 허용되는 희석 수준은 얼마입니까?

답변: 대부분의 니켈 합금 오버레이 사양은 표면 철 함량을 최대 5.0wt%로 제한합니다. 이는 일반적으로 최소 2개{1}}층 오버레이가 필요합니다. 왜냐하면 융합 라인의 단일-층 희석은 모든 아크 공정, 열선 GTAW 포함에서 약 5% 미만으로 낮추기가 어렵기 때문입니다.

질문: 열선 GTAW는 기존 냉선-GTAW보다 얼마나 빠르나요?

답변: GTAW-HW의 공개된 증착 속도는 유사한 용접 품질에서 콜드 와이어 GTAW보다 대략 2~3배 더 높습니다. GTAW-HW의 범위는 와이어 직경과 예열 전류에 따라 약 1~12lb/hr입니다.

Q: 핫 와이어 GTAW를 사용하면 여러 오버레이 레이어가 필요하지 않습니까?

답변: 아니요. GTAW-HW의 희석률이 낮더라도 대부분의 사양에서는 여전히 최소 2개-층 오버레이가 필요합니다. 첫 번째 레이어는 모재 금속과 부식에 민감한-표면 레이어 사이에서 희석 완충 역할을 하기 때문입니다.

질문: 신-서비스 니켈 합금 오버레이의 경도 제한을 관리하는 코드는 무엇입니까?

A: NACE MR0175/ISO 15156은 비커스 테스트를 통해 검증된 탄소/저{4}}합금강 HAZ의 경우 248 HV10, 인코넬 625 오버레이의 경우 345 HV10에 일반적으로 적용되는 제한을 사용하여 신맛 서비스에 대한 경도 허용을 관리합니다.

Q: 언제 열선 GTAW 대신 SAW-스트립이나 GMAW를 사용해야 합니까?

답변: SAW-스트립 및 펄스형 GMAW는 층당 더 높은 희석이 허용되고 여러 층이 이미 계획된 용기 껍질 및 헤드와 같은 크고 개방된 영역에 더 적합합니다. 열선 GTAW는 형상이 제한되거나 단일-층 희석 제어가 중요한 경우 선호됩니다.