Monel 400 용접 절차: GTAW, 용가재 ERNiCu-7 및 용접 후 청소

모넬 400(UNS N04400, W.Nr. 2.4360)은 ​​니켈 67%와 구리 30%로 구성된 단상 니켈-구리 합금-으로 해수, 불화수소산 및 뜨거운 부식성 환경에 대한 저항성이 뛰어납니다. 안정적으로 용접되지만 ERNiCu-7 용가재를 사용한 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW/TIG), 다공성을 방지하기 위한 엄격한 청결, 뜨거운 균열을 방지하기 위한 제어된 열 입력, 내식성을 복원하기 위한 철저한 용접 후 청소 등 엄격한 절차를 따릅니다.

이 기사에서는 합금이 무엇인지, 어떤 공정과 필러를 선택할지, 정확한 GTAW 매개변수, 다공성 및 열간 균열을 방지하는 방법, 이종 조인트를 용접하는 방법, -용접 후 청소에 실제로 필요한 것, 열처리가 필요한지 여부, Monel 400 용접의 자격을 부여하고 검사하는 방법 등 용접공과 엔지니어가 가장 많이 묻는 질문에 대한 답변을 제공합니다. 모든 정량적 설명은 참고 자료 섹션에 나열된 표준 및 제조업체 소스를 추적할 수 있습니다.

Monel 400 용접 개요

아래 표에는 이 기사에서 자세히 전개한 답변이 요약되어 있습니다. 각 행을 독립적으로 추출하고 인용할 수 있습니다.

Monel 400은 무엇이며 특별한 용접 절차가 필요한 이유는 무엇입니까?

Monel 400(UNS N04400)은 대략 63~70% 니켈과 28~34% 구리를 함유한 단상 니켈-구리 합금이며, 기존 아크 공정으로 잘 용접됩니다. - 절차가 중요한 이유는 합금이 결합하기 어렵기 때문이 아니라 용접 금속이 두 가지 예방 가능한 결함, 즉 오염으로 인한 다공성과 열 입력 및 오염으로 인한 고온 균열에 매우 민감하기 때문입니다.

Monel 400은 "스테인리스강"도 아니고 시효 경화 합금도 아닙니다.- 이는 고용체-니켈-구리 합금입니다. 두 원소는 서로 완전히 용해되므로 미세 구조는 모든 온도에서 오스테나이트이며 열처리로 경화될 수 없습니다. 이 단 하나의 사실은 야금학적 이유로 예열을 하지 않고, 용접 후 열처리를 의무화하지 않으며, 경화성 강의 위험인 변태 균열을 따르지 않는 용접 규칙을 설명합니다.

표 2에는 각 요소의 공칭 구성과 부식 작업이 나열되어 있습니다.

표 2. Monel 400의 명목상 구성(UNS N04400, ASTM B164 및 제조업체 데이터시트에 따름)

이 조합을 통해 Monel 400은 해수 배관, 해양 서비스의 펌프 및 밸브와 같은 고전적인 응용 분야에 사용됩니다. 불산, 황산 및 가성 알칼리용 장비; 열교환기 튜브; 패스너, 스프링 및 기기 구성 요소. 제품 형태는 ASTM B127(플레이트/시트), B164(막대/막대), B165(이음매 없는 파이프/튜브), B163(응축기 튜브) 및 B564(단조)에 적용되며 압력 서비스에 대해서는 ASME와 동등합니다. 합금은 단상이기 때문에-기본적으로 용접성이 좋습니다. - 절차는 깨끗하고, 열이 적고, 열이 적으며, 오염이 적은 용접 풀을 보호하기만 하면 됩니다.

Monel 400에는 어떤 용접 공정과 용가재를 사용해야 합니까?

Monel 400에 대한 참조 절차로 ERNiCu-7 필러 금속(AWS A5.14)이 포함된 GTAW(TIG)를 사용합니다. 동일한 ERNiCu-7 와이어를 사용하는 GMAW와 ENiCu-7 전극(AWS A5.11)을 사용하는 SMAW는 더 두껍거나 덜 중요한 작업을 위한 실용적인 생산 대안입니다.

필러 선택은 고용체 합금에 대한 고전적인 매칭 규칙을 따릅니다.{0}}필러는 모재 금속과 동일한 미세 구조 및 내부식성을 갖도록 용접 용착물이 모재 금속 화학과 일치해야 합니다. ERNiCu-7(종종 Monel 60 / Alloy 60이라는 상표명으로 판매됨)은 이 필러에 대한 AWS A5.14 명칭입니다. 공칭 구성은 니켈 62~69%, 구리 잔량(약 27~34%), 티타늄 1.5~3.0%, 망간 최대 약 4.0%, 철 최대 2.5%, 실리콘 최대 1.25%, 탄소 최대 0.15%입니다. 티타늄을 의도적으로 첨가하는 것이 핵심입니다. 티타늄은 용접 풀을 탈산하고 가장 일반적인 모넬 용접 결함인 다공성을 억제하는 데 도움이 됩니다.

덮힌-전극(스틱) 용접의 경우 AWS A5.11 ENiCu-7 전극(Monel 190 유형)은 SMAW에 대해 동일한 일치 용착물을 제공합니다. GMAW(MIG)의 경우 동일한 ERNiCu-7 와이어에 아르곤 또는 아르곤-헬륨 차폐가 적용됩니다. 그림 2는 ERNiCu-7이 "일치하는" 필러라고 불리는 이유를 보여주기 위해 모재와 필러의 공칭 구성을 비교합니다. 이 두 가지는 필러에 티타늄이 첨가된 점을 제외하면 거의 동일합니다.

그림 2. Monel 400 모재 대 ERNiCu-7 필러의 공칭 구성(일반적인 값, 중량%, UNS N04400 및 AWS A5.14에 따른 범위).

표 3에는 세 가지 주요 프로세스가 일반적으로 어떻게 구분되는지 요약되어 있습니다.

표 3. Monel 400의 용접 공정과 일반적인 역할

용접을 위해 Monel 400을 어떻게 준비합니까?

대부분의 Monel 400 용접 문제는 실제로 준비 단계에서 결정됩니다. 깨끗한 용제로 접합부의 그리스를 제거하고, 전용 스테인레스-강 도구로 산화물을 제거하고, 접합부에 황, 납, 구리 및 탄소{2}}철 오염-이 없도록 유지한 다음 과도한 열 입력 없이 용접공이 접근할 수 있는 접합 설계를 사용합니다.

Monel 400에는 용접 전에 제거해야 하는 얇고 끈질긴 표면 산화물이 공급됩니다. 탈지부터 시작합니다. 아세톤이나 승인된 용제로 접합부와 필러 와이어를 닦아 오일, 그리스, 절삭유 및 작업장 먼지를 제거합니다. - 이는 용접 다공성의 직접적인 원인입니다. 그런 다음 스테인레스-강 와이어 브러시나 깨끗한 연마재를 사용하여 기계적으로 표면 산화물을 제거하고 다시 닦아냅니다. 브러시는 모넬/니켈 합금 전용이어야 합니다. 이전에 탄소강에 사용된 브러시는 표면에 철 입자를 박아넣고, 철 오염으로 인해 용접 작업 후 국부적인 녹과 구멍이 생길 수 있습니다.

오염 규칙은 엄격합니다. 유황-함유 마킹 펜이나 크레용을 조인트 근처에 사용하지 마십시오. - 유황은 뜨거운 균열을 촉진합니다. 구리 또는 구리{4}}합금 도구(황동 망치, 구리 백바, 구리 치핑 도구)가 용융 풀에 닿지 않도록 하세요. 용융된 구리는 니켈 합금을 적시고 균열이 발생하는 저융점 필름을 형성합니다.- 조인트 설계는 일반적입니다. 파이프와 플레이트의 경우 약 60~70도의 단일{7}}V 베벨이 포함된 각도에 루트 간격이 있어 완전히 융합될 수 있으며 조인트는 용접 직전에 깨끗하고 건조되어야 합니다. Monel은 강철보다 유동성이 낮기 때문에 개방형 접근성과 우수한 적합성은{11}}융합 결함이-부족할 위험을 줄여줍니다.

Monel 400의 정확한 GTAW 매개변수는 무엇입니까?

Monel 400의 GTAW의 경우 DCEN(직류 전극 음극), 15~20cfh의 100% 아르곤 차폐, 짧은 아크, 직조 없는 스트링거 비드, 약 0.5~1.5kJ/mm의 적당한 열 입력, 패스간 온도를 약 150도 이하로 유지합니다. - 예열이 필요하지 않습니다.

DCEN(음극 전극)은 Monel GTAW의 표준입니다. 텅스텐 전극을 차갑게 유지하면서 우수한 침투력을 위해 가공물에 열을 집중시킵니다. 순수 아르곤은 15~20cfh(약 7~9.5L/min)의 일반적인 차폐 가스입니다. 더 두꺼운 단면의 경우 헬륨 또는 아르곤-헬륨 혼합물을 추가하여 접합부로의 열 입력을 높일 수 있습니다. 파이프에서는 아르곤 백 퍼지가 루트를 산화로부터 보호합니다. 아크를 짧게 유지하세요. - 긴 아크는 공기를 차폐 안으로 끌어들이고 입증된 다공성 생성기입니다.

전류 범위는 표 4에 요약된 대로 주로 필러 와이어 직경과 단면 두께에 따라 달라집니다(필러-금속 제조업체 지침에서 수집된 값, 정확한 값은 적격 용접 절차 사양(WPS)에서 나와야 함).

표 4. ERNiCu-7 필러(DCEN, 100% 아르곤)가 포함된 Monel 400의 일반적인 GTAW 매개변수 범위.

열 입력은 전류, 이동 속도 및 기술의 조합으로 제어됩니다. 직선형의 좁은 스트링거 비드로 아크를 계속 움직이고 수영장을 과열시키는 넓은 직조를 피하십시오. Monel 400은 가열 시 강철보다 더 많이 팽창하기 때문에 다중-패스 용접 시 변형이 빠르게 발생합니다. 적당한 이동 속도와 패스 간 제어로 뒤틀림과 뜨거운-균열 위험을 모두 억제합니다. 많은 절차에서는 패스간 온도를 100~150도로 제한합니다. 일부에서는 약 200도까지 허용하지만 150도가 보수적인 기준점입니다. 재료 검증부터 검사까지의 전체 6단계 시퀀스--가 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1. Monel 400 GTAW 용접 작업 흐름 - 6단계(도식, 적격 WPS를 대체하지 않음)

모넬 용접에 다공성이 생기는 이유는 무엇이며 이를 방지하려면 어떻게 해야 합니까?

다공성은-Monel 400 용접의 가장 큰 결함이며 거의 항상 용접 매개변수 자체가 아닌 오염 - 오일, 그리스, 절삭유, 수분, 황-함유 마커 또는 열악한 가스 적용 범위-입니다. 깨끗한 표면, 건조한 소모품, 우수한 차폐로 이를 방지할 수 있습니다.

메커니즘은 응고 중 가스 발생입니다. 탄화수소, 수분 또는 기타 오염 물질이 아크에 의해 가열되면 수소, 산소 및 증기로 분해됩니다. 이러한 가스는 액체 용접 풀에는 용해되지만 응고되는 니켈 합금에는 거의 녹지 않으므로 응고 전면에서 거부되어 기포로 갇히게 됩니다. 니켈-구리 용접 금속은 좁은 온도 범위에서 응고되기 때문에 기포가 떠오를 시간이 거의 없으며 결과적으로 다공성이고 누출이 발생하며 기계적으로 약한 용접이 됩니다.

예방은 비밀이 아닌 체크리스트입니다.

• 청결도 -용접 직전에 아세톤이나 솔벤트로 조인트와 필러 와이어의 그리스를 제거하십시오.
• 오염물질 없음 -절삭유, 윤활제, 작업장 먼지를 닦아냅니다. 페인트나 마커 잉크 위에 용접하지 마십시오.
• 건조 소모품 -필러 와이어를 건조한 포장에 보관하십시오. 눈에 띄는 녹, 스케일 또는 습기가 있는 막대 또는 와이어는 거부됩니다.
• 차폐 -순도가 높은-아르곤을 사용하고 흐름을 확인하세요. 긴 호 또는 외풍이 심한 상점은 차폐를 깨뜨립니다.
• 백퍼지 -파이프 내부를 아르곤으로 퍼지하여 뿌리가 양쪽에서 보호되도록 합니다.
• 패스 사이 -패스간 온도를 제어하고 전용 스테인리스 브러시로 각 패스를 청소합니다.

Monel 400이 용접 중에 균열이 발생하는 이유는 무엇이며 고온 균열을 어떻게 방지합니까?

Monel 400의 고온 균열(응고 균열)은 주변 금속이 이미 응고된 동안 액체 상태를 유지하는 황, 인 또는 구리가 풍부한 저-용융 공융 - 필름에 의해 발생하며, 깨끗한 표면, 낮은 열 입력, 스트링거 비드, 패스간 온도 제어 및 구리-합금 도구에 대한 엄격한 금지로 방지됩니다.

용접 풀이 냉각됨에 따라 수상돌기가 융합선에서 중심을 향해 성장합니다. 황, 인과 같은 부류 원소가 존재하는 경우 마지막 액체에 농축되어 동결되고 입자 경계를 따라 저융점 필름을 형성합니다. 수축 및 응고되는 용접이 높은 열 입력, 넓은 직조 비드, 높은 구속 또는 두꺼운 단면으로 인해 더 높은 수축 응력-을 받게 되면 - 이러한 정지-액체 필름이 찢어지고 균열이 동결됩니다. 이것이 바로 Monel 절차가 낮은-황 재료, 깨끗한 접합 및 낮은 열 입력에 대해 그토록 고집하는 이유입니다.

구리 오염은 합금 자체의 화학적 성질 때문에 특별히 언급할 가치가 있습니다. 황동 망치, 구리 백바 또는 구리-합금 치핑 도구에서 나온 구리가 용융 풀에 들어가면 니켈과 결합하여 쉽게 깨지는 저융점 니켈-구리 공융 물질을 형성합니다.- 실제로 용접 풀은 그 자체로 균열{4}}민감한 합금이 됩니다. 규칙은 절대적입니다. 뜨거운 용접 부위에 구리나 황동을 절대 접촉하지 말고, 니켈 합금 전용 강철 공구만 사용하십시오.

실용적인-균열 방지 제어는 다공성 목록을 반영합니다. 베이스와 필러의 황 함량이 낮은지 확인합니다. 철저히 탈지하십시오. 스트링거 비드와 함께 적당한 열 입력(0.5–1.5 kJ/mm)을 사용합니다. Interpass를 150도 이하로 유지하십시오. 적절한 핏-과 순서로 과도한 관절 구속을 피하세요. 다중-패스 용접의 경우 패스 사이에 용접을 냉각시킵니다. 균열이 발견되면 완전히 갈아서 다시-용접-하여 균열 위에 용접해도 균열이 치유되지 않습니다.

Monel 400을 탄소강이나 스테인레스강에 어떻게 용접해야 합니까?

Monel 400은 자격을 갖춘 WPS, 제어된 희석 및 서로 다른 접합이 약한 쪽의 기계적 특성을 상속한다는 이해를 바탕으로 니켈-구리 또는 니켈 필러(일반적으로 ERNiCu-7 또는 ENiCu-7 -)를 사용하여 탄소강 및 스테인리스강에 성공적으로 용접됩니다.

서로 다른 Monel{0}}과-강철 접합은 Monel 구성 요소(밸브, 펌프, 튜브)가 탄소강 또는 스테인리스 배관에 연결되는 화학 및 해양 플랜트에서 일반적입니다. ERNiCu-7은 침전물이 양면과 호환되기 때문에 이러한 접합의 표준 필러입니다. 이는 모넬 면과 일치하고 부서지기 쉬운 상을 형성하지 않고 강철 면에서 적당한 철 희석을 허용합니다. 강철 클래딩 적용의 경우 순수 니켈 필러의 첫 번째 버터링 층을 적용하여 ERNiCu-7로 마무리하기 전에 철 픽업을 제어할 수 있습니다.

두 가지 엔지니어링 위험은 희석과 차등 열팽창입니다. 강철 측의 철은 용접 용착물을 희석시키므로 열 입력 및 용접 기술은 희석률을 낮게 유지해야 합니다. - 버터링 및 다중 패스가 도움이 됩니다. 모넬과 강철의 열팽창은 다르기 때문에 길고 고도로 구속된 접합부는 유연성을 염두에 두고 설계해야 합니다. 자격은 항상 생산보다 우선합니다. 조인트는 관리 규정에 따라 자격을 갖춘 WPS로 보호되어야 하며 용접공은 관련 프로세스 및 재료에 대한 자격을 갖추어야 합니다.

Monel 400에는 어떤 게시물-용접 청소가 필요합니까?

용접 후 청소는 전용 스테인레스-스틸 브러싱과 질산-기반 산세 처리를 사용하여 열 착색, 산화물 스케일 및 내장된 철 오염을 제거한 후 헹구고 건조합니다. 이는 용접 영역 -의 내식성을 회복하지만 엄밀히 말하면 스테인레스-강 의미의 "부동태화"가 아니라 청소입니다. Monel에는 형성할 크롬-산화막이 없기 때문입니다.

용접하는 동안 열{0}}영향부는 열 착색 - 얇은 산화물 층 -을 형성하며 작업장 도구는 표면에 철 입자가 박혀 있을 수 있습니다. 둘 다 보호 효과가 없습니다. 산화물 스케일은 부식이 시작되는 지점이며 철 오염은 사용 중에 녹이 슬고 니켈 합금에 흠집이 생깁니다. 용접 전 준비를 관리하는 동일한 청결 논리는 용접 후에 적용되며, 해수 배관 및 HF 산 서비스와 같이 부식이 중요한-응용 분야에 중요합니다.

일반적인 Monel 400 용접 후 청소 순서는 다음과 같습니다. (1) 전용 스테인레스-스틸 와이어 브러시 또는 깨끗한 연마재 -탄소가 아닌-스틸 브러시를 사용하여 열 착색 및 용접 스패터를 제거합니다. (2) 완고한 산화물 스케일의 경우 질산- 기반 용액으로 피클합니다(예: 무거운 스케일의 경우 약 10% 질산과 1~2% 불화수소산, 또는 니켈 합금에 적용된 ASTM A380/A380M-스타일 세척 및 산세 방식에 따라 표면을 세척하고 느슨한 스케일을 제거하기 위해 실온 ~20% 질산 처리). (3) 깨끗하거나 탈이온수로 철저히 헹구십시오. (4) 완전히 건조시킵니다. 틈새에 남겨진 산성 잔류물은 합금을 공격하므로 헹굼은 선택 사항이 아닙니다.

일반적인 상점 문구인 "Monel 부동태화"는 기술적으로 느슨합니다. 스테인리스강 부동태화는 의도적으로 크롬-산화막을 성장시키며 Monel 400에는 크롬이 포함되어 있지 않습니다. 질산 처리가 실제로 수행하는 작업은 산화물 스케일, 얼룩 및 철 오염을 제거하여 사용 환경에서 본질적으로 부식 방지 기능이 있는 합금 자체의 니켈-구리 표면-이 깨끗하게 노출되도록 하는 것입니다.- 항상 합금 생산자 또는 자격을 갖춘 표면 처리 전문가에게 산 세척 방법을 확인하고 적절한 PPE 및 시설 허가를 받아 모든 산을 처리하십시오.

Monel 400은 -용접 후 열처리가 필요합니까?

아니요 - Monel 400은 경화되지 않으므로 일반적으로 용접 후 열처리가 필요하지 않으며 내식성을 회복하는 데 필요하지 않습니다. 응력 완화는 설계상 필요한 경우에만 적용되며 용접 후 시효 경화는 Monel 400이 아닌 Monel K-500에 적용됩니다.

Monel 400은 냉각 시 변형이 없는 단상 고용체이기 때문에 용접으로 인해 열 영향을 받는 부분에 단단하고 부서지기 쉬운 미세 구조가 생성되지 않으며- 합금을 민감하게 만들지 않습니다. - 스테인리스강에 있을 수 있는 것처럼 침전할 크롬 탄화물이 없습니다. -용접된 Monel 400은 내식성과 연성을 유지합니다. 이것이 표준 절차가 단순히 용접, 청소 및 검사인 이유입니다.

두 가지 뉘앙스. 첫째, 응력 완화는 치수 안정성 또는 심하게 용접되거나 기계 가공된 부품의 잔류-응력 감소를 위해 지정되는 경우가 있습니다. 만약 그렇다면, 부적절한 사이클은 입자 구조를 거칠게 만들 수 있기 때문에 관리 규정과 제조업체의 권장 온도 범위를 따라야 합니다. 둘째, Monel 400을 Monel K-500(UNS N05500)과 혼동하지 마십시오. K-500은 석출-경화성이 있으며 용접 시 강도를 복원하려면 용접 후 다시 시효 처리해야 합니다. 이는 Monel 400에 대해 여기에 설명된 절차와 다릅니다.

Monel 400 용접을 어떻게 검증하고 검사합니까?

압력 장비에 대한 관리 코드 - 일반적으로 ASME 보일러 및 압력 용기 코드 섹션 IX(PQR에서 지원하는 WPS)에 따라 용접 절차를 인증합니다. - 용접공을 인증한 다음 코드에서 요구하는 대로 육안 검사와 침투제, 방사선 촬영 또는 초음파 검사를 통해 검사합니다. 신맛이 나는 서비스의 경우 경도 검사를 추가하여 35HRC 이하에서 NACE MR0175/ISO 15156 준수를 확인합니다.

Monel 400 용접은 종이 흔적만큼만 신뢰할 수 있습니다. 서면 용접 절차 사양(WPS)은 필수 변수 - 공정, 모재, 용가재, 극성, 전류 범위, 보호 가스 및 흐름, 예열/층간 한계 및 용접 후 처리 -를 기록하고 테스트 쿠폰의 파괴 및 비파괴 테스트에서 PQR(절차 적격 기록)에 의해 뒷받침되어야 합니다.- 용접공은 해당 공정에 대한 성능 자격(WPQ)을 보유해야 합니다. 이는 ASME 섹션 IX의 표준 프레임워크이며 Monel 400에 변경 없이 적용됩니다.

검사는 일반적으로 표면 다공성, 균열, 언더컷 및 불완전 융합 - 이 기사에서 설명한 모든 결함을 포착하기 위해 100% 시각적 테스트(VT)로 시작됩니다. 액체 침투 탐상 시험(PT)은 니켈 합금의 표준 표면 균열 측정기입니다. 해당 코드 및 고객 사양에 따라 압력 유지 및 중요한 구조 용접을 위해 방사선 촬영(RT) 또는 초음파 검사(UT)가 추가됩니다. 구성요소에 서비스가 포함된 H2S-가 표시되는 경우 NACE MR0175/ISO 15156-3에는 Monel 400이 최대 경도 35HRC에서 허용되는 것으로 나열되어 있으므로 용접 금속 및 열 영향부에 대한 경도 조사가 표준 승인 단계이며 소모품 추적성은 모재 및 재료에 대한 재료 인증서(예: EN 10204 3.1 밀 인증서)로 입증됩니다. ERNiCu-7 필러 배치.