GTAW Kawat Panas untuk Kelongsong Paduan Nikel: Laju Deposisi dan Kontrol Pengenceran

Perkenalan

Lapisan las paduan nikel melindungi batas tekanan komponen karbon dan baja paduan rendah dari korosi, tanpa biaya pembuatan seluruh bagian dari pelat Inconel atau Hastelloy padat. Lapisan luar hanya berfungsi jika dua hal terjadi sekaligus: pengendapan harus turun cukup cepat agar ekonomis, dan secara kimiawi harus cukup dekat dengan logam pengisi - bukan baja dasar - untuk memberikan ketahanan terhadap korosi yang diharapkan oleh desain. Kedua gol itu biasanya saling bertarung. Pengelasan busur tungsten gas kawat panas (GTAW-HW) adalah proses yang dibuat khusus untuk menghentikan perlawanan tersebut.

Artikel ini membandingkan GTAW kawat panas dengan proses lain yang digunakan untuk kelongsong paduan nikel - kawat dingin-GTAW, GMAW, strip busur terendam (SAW-strip), busur yang ditransfer plasma (PTA), dan kawat panas laser - pada laju deposisi dan pengenceran, dan menjabarkan parameter proses, standar, dan kontrol cacat yang mengatur prosedur overlay GTAW-HW yang memenuhi syarat.

Apa Itu Hot Wire GTAW, dan Mengapa Penting untuk Cladding Paduan Nikel?

Kawat panas GTAW menambahkan sumber daya kedua yang secara resistif memanaskan kawat pengisi hingga mendekati titik lelehnya sebelum mencapai busur, sehingga busur tungsten tidak lagi harus menyuplai semua energi yang dibutuhkan untuk melelehkan pengisi. Pemisahan "panaskan kawat" dari "panaskan logam dasar" inilah yang memungkinkan GTAW-HW meningkatkan laju deposisi tanpa meningkatkan pengenceran.

Dalam GTAW kawat-dingin konvensional, busur tungsten melakukan dua pekerjaan secara bersamaan: melelehkan logam dasar untuk membentuk kolam las, dan melelehkan kawat pengisi yang dimasukkan ke dalam kolam tersebut. Karena keduanya berasal dari energi busur yang sama, mendorong lebih banyak pengisi melalui busur untuk meningkatkan laju pengendapan juga meningkatkan energi busur dan perilaku perjalanan yang diperlukan untuk melelehkannya - yang meningkatkan peleburan logam dasar dan karenanya pengenceran.

Kabel panas GTAW memutuskan sambungan itu. Catu daya terpisah yang diisolasi secara elektrik mengalirkan arus melalui kabel pengisi antara ujung kontak dan kolam las, memanaskannya secara resistif hingga mendekati-suhu leleh sebelum mencapai busur. Tugas busur tungsten menyusut untuk menyelesaikan peleburan dan mengendalikan penetrasi ke dalam logam dasar, sedangkan sirkuit pemanasan awal kawat - bukan busur - menyuplai sebagian besar energi yang dibutuhkan untuk melelehkan bahan pengisi.

Laju pengendapan diatur terutama oleh kecepatan pengumpanan kawat dan arus pemanasan awal, sebagian besar tidak bergantung pada arus busur.

Penetrasi logam dasar (dan pengencerannya) ditentukan terutama oleh arus busur dan kecepatan gerak, sebagian besar tidak bergantung pada laju pengendapan.

Kedua variabel tersebut dapat disetel secara terpisah - alasan utama GTAW-HW mencapai produktivitas yang lebih tinggi tanpa mengorbankan kontrol pengenceran.

Bagaimana Hot Wire GTAW Meningkatkan Laju Deposisi Dibandingkan Cold Konvensional-Wire GTAW?

Memanaskan lebih dulu kawat akan membuatnya melebur ke dalam kolam saat ia tiba alih-alih menarik energi leleh dari busur, itulah sebabnya laju deposisi GTAW-HW yang terdokumentasi berjalan kira-kira dua hingga tiga kali lebih tinggi daripada GTAW-kawat dingin pada laju deposisi sekitar 1-12 lb/jam, tanpa meningkatkan energi busur atau pengenceran.

Dalam GTAW kawat-dingin, kawat memasuki kolam pada suhu kamar dan busur harus menyuplai panas laten penuh dan panas masuk akal untuk melelehkannya - batas berapa banyak kawat yang dapat ditambahkan per satuan waktu sebelum proses mulai mematikan, memercik, atau menggembungkan pada ujung kawat. Pemanasan awal kawat secara resistif menghilangkan sebagian besar hutang termal sebelum kawat tiba, sehingga kecepatan pengumpanan kawat yang lebih tinggi dapat dipertahankan pada pengaturan busur yang sama.

Sumber-sumber industri melaporkan laju pengendapan GTAW-HW yang berkisar antara 1 hingga 12 lb/jam bergantung pada diameter kawat, arus pemanasan awal, dan geometri sambungan atau lapisan atas, dengan peningkatan produktivitas yang biasanya disebut dua hingga tiga kali lipat penyiapan GTAW kawat dingin yang sebanding untuk kualitas las yang sama. Hal ini juga yang menyebabkan GTAW-HW sering kali diposisikan sebagai jalan tengah antara GTAW-kabel dingin-deposisi rendah/GTAW orbital dan proses-pengendapan tetapi-pengenceran yang lebih tinggi seperti GMAW dan strip-SAW.

Sumber: Fabrikator, "Bisakah kabel-GTAW menjadi mainstream?"; Cocok-Las, "Sistem Cladding GTAW TIG Kawat Panas Berkinerja Tinggi."

Bagaimana Cara Hot Wire GTAW Mengontrol Pengenceran Lebih Baik Dibandingkan Proses Cladding Lainnya?

GTAW kawat panas menahan pengenceran kira-kira pada kisaran 3-8% dalam praktik produksi, yang berada di bawah GMAW dan strip SAW (biasanya 15-30%) dan bersaing dengan - meskipun biasanya lebih tinggi daripada pelapis kawat panas laser - (kira-kira 5-10%), menjadikan GTAW-HW opsi pengelasan busur terkuat ketika pengenceran lapisan tunggal di bawah permukaan 5,0% batas besi diperlukan.

Pengenceran adalah fraksi endapan las akhir yang berasal dari logam dasar yang meleleh dan bukan logam pengisi. Untuk pelapisan paduan nikel pada karbon atau baja paduan-rendah, pengenceran penting karena besi yang diambil dari logam dasar menurunkan ketahanan terhadap korosi. Lapisan tersebut dibuat untuk memberikan - sebagian besar spesifikasi pelapis paduan nikel membatasi kandungan besi permukaan pada 5,0% berat justru karena alasan ini, dan proses pengenceran busur umum dapat berjalan jauh di atas apa yang dapat diserap oleh satu lapisan dan masih memenuhi batas tersebut.

Karena busur GTAW memiliki energi-yang paling rendah dan paling dapat dikontrol secara spasial dibandingkan proses kelongsong busur utama, busur GTAW selalu menghasilkan pengenceran terendah pada kelompok busur - yang menjadi keuntungan-secara historis adalah laju pengendapannya yang rendah. GTAW-HW mempertahankan karakter-pengenceran rendah tersebut sambil menutup sebagian besar kesenjangan-laju pengendapan, yang menjadi dasar pemilihannya jika kedua variabel dibatasi.

Sumber: Lincoln Electric, "Laser Hot Wire Cladding"; Dunia Fabrikasi Pengelasan, "Weld Overlay/Cladding - Jenis, Proses & Persyaratan ASME"; ScienceDirect, "Las kelongsong Hastelloy C276 menggunakan proses pengumpanan kawat dingin GTAW." Rentang tersebut mewakili data lapangan dan laboratorium yang dipublikasikan; memenuhi syarat semua nilai dengan pengujian kualifikasi prosedur sesuai kode yang berlaku.

Parameter Proses Apa yang Sebenarnya Mengontrol Laju Deposisi/Saldo Pengenceran?

Empat parameter melakukan hampir seluruh pekerjaan: arus busur mengatur penetrasi dan pengenceran, kecepatan umpan kawat dan laju deposisi arus pemanasan awal sebagian besar tidak bergantung pada busur, dan kecepatan perjalanan mengatur tumpang tindih manik dan cakupan lapisan - prosedur GTAW-HW yang memenuhi syarat menyelaraskan keempatnya dan tidak memperlakukan salah satu dari semuanya sebagai keseluruhan cerita.

Arus busur

Arus busur adalah pendorong utama peleburan logam dasar. Arus busur yang lebih tinggi memperlebar dan memperdalam kolam las, menarik lebih banyak logam dasar dan meningkatkan pengenceran - pengujian manik-di-pelat Inconel 625 hot-kawat GTAW overlay pada baja 2,25Cr-1Mo menunjukkan pengenceran, lebar manik, dan ukuran zona yang terpengaruh panas, semuanya meningkat seiring dengan peningkatan arus pengelasan dari 125 A menjadi 200 A. Oleh karena itu, arus busur adalah dipegang serendah busur dapat bertahan secara stabil sambil tetap mencapai fusi.

Kecepatan pengumpanan kawat dan arus pemanasan awal

Kecepatan pengumpanan kawat menentukan berapa banyak logam pengisi yang masuk ke kolam per satuan waktu; arus pemanasan awal menentukan seberapa dekat kawat itu akan meleleh ketika kawat itu tiba. Meningkatkan keduanya bersama-sama akan meningkatkan laju pengendapan dengan hanya efek sekunder pada keseimbangan energi busur - ini adalah mekanisme yang memungkinkan GTAW-HW menambahkan pengisi lebih cepat tanpa menarik lebih banyak panas dari busur ke logam dasar.

Kecepatan perjalanan dan manik tumpang tindih

Kecepatan perjalanan mengontrol seberapa banyak kolam yang membeku sebelum lintasan berikutnya, yang menentukan tumpang tindih dan cakupan manik. Perjalanan yang lebih lambat meningkatkan masukan panas per satuan panjang dan dapat meningkatkan pengenceran bahkan pada arus konstan, sehingga kecepatan perjalanan dikualifikasikan bersama dengan arus daripada disesuaikan secara independen di lantai pabrik.

Suhu pemanasan awal/interpass dan jumlah lapisan

Karena pengenceran-lapisan tunggal di bawah sekitar 5% sulit dijamin pada garis fusi apa pun prosesnya, sebagian besar spesifikasi memerlukan minimal dua-lapisan overlay, dengan lapisan pertama diperlakukan sebagai buffer dan bahan kimia memenuhi syarat pada kedalaman pengambilan sampel yang diukur kembali dari garis fusi - biasanya 3 mm untuk ketebalan overlay minimum 3 mm. Kontrol suhu interpass juga membatasi akumulasi panas di seluruh saluran, yang membantu menjaga konsistensi pengenceran dari saluran akar hingga lapisan penutup.

Arus Pengelasan Apa yang Menghasilkan Pengenceran yang Dapat Diterima untuk Pelapis Inconel 625 pada Baja?

Pengujian manik-di-pelat yang dipublikasikan pada overlay GTAW kawat panas-Inconel 625 pada baja 2,25Cr-1Mo menunjukkan pengenceran dan kekerasan yang meningkat seiring dengan arus busur pada kisaran 125-200 A, sehingga sebagian besar prosedur produksi untuk overlay Inconel 625 pada baja paduan rendah memenuhi syarat di paruh bawah pita tersebut dan mengandalkan lapisan kedua untuk menyempurnakan kimia permukaan menuju komposisi nominal Inconel 625.

Studi yang sama menemukan kekerasan logam las tertinggi terjadi pada 150 A di antara empat arus yang diuji (125, 150, 175, dan 200 A), dengan struktur mikro austenitik dendritik di seluruh rentang dan pengenceran, lebar manik, dan ukuran zona yang terpengaruh panas-semuanya cenderung meningkat seiring meningkatnya arus. Kesimpulan praktis untuk pengembangan prosedur adalah bahwa arus bukanlah variabel bebas untuk produktivitas saja - setiap peningkatan harus diperiksa berdasarkan batas kimia dan kekerasan korosi-yang relevan dalam spesifikasi yang mengatur, tidak hanya terhadap penetrasi dan penampakan.

Untuk komponen-layanan asam, kekerasan adalah batas yang sulit, bukan hanya indikator kualitas: overlay yang sesuai dengan NACE MR0175/ISO 15156-biasanya dibatasi pada 248 HV10 pada HAZ baja karbon/paduan rendah dan 345 HV10 pada overlay Inconel 625 itu sendiri, diukur dengan pengujian Vickers di beberapa lokasi per lapisan.

Kode dan Standar Mana yang Mengatur Kualifikasi dan Penerimaan Cladding GTAW Hot Wire?

Prosedur pelapisan paduan nikel GTAW-HW memenuhi syarat terutama berdasarkan ASME Bagian IX (variabel penting dan pengujian mekanis/kimia), diterapkan dalam ASME Bagian VIII Divisi 1 Lampiran F untuk bejana bertekanan berbalut, dan - untuk ladang minyak dan-peralatan layanan asam - dilapisi dengan persyaratan API 582, API 6A, dan NACE MR0175/ISO 15156 pada kelas pengenceran dan kekerasan besi.

Sumber: Pengelasan Material, "Persyaratan uji kualifikasi Prosedur Pengelasan untuk kualifikasi pelapisan las"; API 6A (melalui ringkasan valvestandard.com); Perpipaan-Dunia, "Perpipaan Las Inconel 625"; Dunia Fabrikasi Pengelasan, "Weld Overlay/Cladding".

Komposisi pelapis akhir diverifikasi berdasarkan spesifikasi desain atau standar logam pengisi yang direferensikan - ASME Bagian IX sendiri tidak menetapkan kandungan paduan minimum. Analisis kimia diambil sampelnya pada jarak tertentu dari garis fusi, sesuai dengan ketebalan pelapisan minimum yang memenuhi syarat, dan kandungan besi di atas batas yang ditentukan menyebabkan penolakan terhadap prosedur atau pengelasan produksi.

Apa Cacat Paling Umum pada Cladding GTAW Hot Wire, dan Bagaimana Cara Mencegahnya?

Cacat yang paling penting pada overlay paduan nikel GTAW-HW adalah-retakan di bawah lapisan, kurangnya fusi pada ujung atau akar, inklusi kawat yang teroksidasi/tidak meleleh akibat pemanasan awal yang tidak tepat, dan pengenceran-dari-spesifikasi pada garis fusi - keempatnya dikontrol terutama melalui kualifikasi parameter dan disiplin interpass daripada perbaikan-pengelasan pasca.

Retak-di bawah lapisan: didorong oleh hidrogen dan tegangan sisa di HAZ; dikontrol dengan suhu pemanasan awal/interpass yang benar, praktik hidrogen-rendah, dan, jika ditentukan, PWHT.

Kurangnya fusi pada bead toe atau di antara lintasan: disebabkan oleh kecepatan gerak yang berlebihan atau energi busur yang tidak mencukupi pada garis fusi; dikendalikan oleh kecepatan perjalanan dan kualifikasi sudut obor dan dengan inspeksi visual/PT antar lapisan.

Oksidasi kawat atau masuknya kawat yang tidak meleleh: disebabkan oleh pemanasan awal kawat terlalu jauh di depan kolam atau karena melindungi kehilangan gas di sekitar titik kontak kawat panas; dikontrol dengan penyetelan arus pemanasan awal dan verifikasi cakupan gas pelindung.

Pengenceran berlebih / pengambilan besi di permukaan: disebabkan oleh arus busur yang berlebihan, pergerakan yang lambat, atau-lapisan yang kurang tebal; dikontrol oleh-hamparan minimum dua lapisan, kualifikasi saat ini, dan pengambilan sampel komposisi kimia pada kedalaman yang memenuhi syarat.

Rekahan-mikro dan pengendapan karbida yang tidak diinginkan: diperiksa dengan pemeriksaan mikro sampel kualifikasi; dikontrol dengan kontrol masukan panas dan, untuk pengisi yang stabil atau-karbon rendah, dengan mencocokkan bahan kimia pengisi dengan suhu servis.

Dimana Hot Wire GTAW Paling Cocok dalam Strategi Pemilihan Cladding Paduan Nikel?

GTAW kabel panas adalah default yang tepat untuk sambungan tabung-ke-tubesheet, lubang nosel, badan katup, dan komponen yang dibatasi secara geometris atau bernilai-tinggi dengan pengenceran di bawah 5% dan cakupan berulang yang mekanis, baik pada - area datar atau melengkung yang luas seperti cangkang dan kepala kapal masih lebih baik dilayani oleh-strip SAW, dan perbaikan lapangan sederhana oleh SMAW.

Pemilihan proses pelapisan paduan nikel tergantung pada area, akses, kebutuhan pengenceran, dan biaya. SAW-strip dan pulsed GMAW paling cepat mencakup area yang luas namun tidak dapat menahan pengenceran di bawah sekitar 10-15% dalam satu lapisan, sehingga dicadangkan untuk aplikasi yang sudah merencanakan dua atau lebih lapisan atau yang batas pengencerannya tidak terlalu ketat. SMAW tetap menjadi satu-satunya pilihan praktis untuk perbaikan lapangan dan akses yang sulit ketika mekanisasi tidak memungkinkan. GTAW-HW menempati ruang yang geometrinya cukup dibatasi untuk memberikan presisi - lubang tabung, leher nosel, badan katup kecil - tetapi area tersebut terlalu besar atau keekonomiannya terlalu ketat untuk GTAW kabel dingin saja.

Pelapisan kabel panas laser mendorong laju pengenceran dan pengendapan lebih jauh ke arah yang sama seperti GTAW-HW, dan layak dievaluasi untuk komponen bernilai-sangat tinggi jika biaya modal peralatan laser dapat dibenarkan. Untuk sebagian besar pekerjaan pelapisan paduan nikel batas tekanan pada pipa, fitting, flensa, dan tempa, GTAW-HW tetap menjadi proses yang paling menyeimbangkan pemahaman kualifikasi, biaya peralatan, dan kontrol pengenceran yang dituntut oleh layanan korosi.

Pertanyaan yang Sering Diajukan

T: Berapa tingkat pengenceran yang dapat diterima untuk pelapisan las Inconel 625 pada baja karbon?

J: Sebagian besar spesifikasi pelapisan paduan nikel membatasi kandungan besi permukaan hingga maksimum 5,0% berat, yang biasanya memerlukan minimal dua-lapisan karena pengenceran-lapisan tunggal pada garis fusi sulit untuk mencapai di bawah 5% dengan proses busur apa pun, termasuk GTAW kabel panas.

T: Seberapa cepat GTAW kabel panas dibandingkan GTAW kabel-dingin konvensional?

J: Laju deposisi yang dipublikasikan untuk GTAW-HW berjalan kira-kira dua hingga tiga kali lebih tinggi dibandingkan GTAW-kawat dingin dengan kualitas las yang sebanding, dengan GTAW-HW berkisar sekitar 1 hingga 12 lb/jam bergantung pada diameter kawat dan arus pemanasan awal.

T: Apakah GTAW kabel panas menghilangkan kebutuhan akan beberapa lapisan overlay?

J: Tidak. Bahkan pada pengenceran GTAW-HW yang lebih rendah, sebagian besar spesifikasi masih memerlukan minimal dua-lapisan overlay karena lapisan pertama berfungsi sebagai penyangga pengenceran antara logam dasar dan lapisan permukaan-yang kritis terhadap korosi.

T: Kode manakah yang mengatur batas kekerasan untuk lapisan-paduan nikel layanan asam?

J: NACE MR0175/ISO 15156 mengatur penerimaan kekerasan untuk layanan asam, dengan batas yang umumnya diterapkan pada 248 HV10 untuk HAZ baja karbon/paduan rendah dan 345 HV10 untuk overlay Inconel 625, diverifikasi oleh pengujian Vickers.

T: Kapan SAW-strip atau GMAW harus digunakan sebagai ganti GTAW kabel panas?

J: SAW-strip dan pulsed GMAW lebih cocok untuk area yang luas dan terbuka seperti cangkang kapal dan kepala kapal dimana pengenceran yang lebih tinggi per lapisan dapat diterima dan beberapa lapisan sudah direncanakan; GTAW kabel panas lebih disukai jika geometrinya dibatasi atau-kontrol pengenceran lapisan tunggal sangat penting.