Сварка Inconel 600 с углеродистой сталью: процедуры сварки разнородных металлов и выбор наполнителя

Можно ли приваривать Inconel 600 к углеродистой стали?

Да.Инконель 600можно приваривать непосредственно к углеродистой стали, такой как ASTM A106, класс B, A333, класс 6 или A516, класс 70, при этом соединение представляет собой обычное производство с соблюдением норм-, а не экзотическое. Он изготовлен с использованием присадочного металла на основе никеля-, а не из углеродистой стали, и в соответствии с разделом IX норм ASME по котлам и сосудам под давлением он квалифицируется как сварной шов из разнородных металлов. Полный ассортимент форм базовых материалов вы можете увидеть на сайтеСтраница продукта Инконель 600и ассортимент труб наСтраница о трубах Inconel 600.

Трудность в этом соединении связана не с никелевым сплавом. Инконель 600 — аустенитный сплав никеля-хрома-железа с гране-центрированной кубической структурой и один из наиболее свариваемых сплавов семейства никеля: он обладает хорошей пластичностью, не затвердевает при охлаждении и легко воспринимает присадочный металл. Трудность связана с углеродистой сталью. Углеродистая сталь имеет объемно--центрированную кубическую форму, она затвердевает в зоне термического-воздействия, содержит гораздо больше углерода, чем может растворить никелевый сплав, и ее коэффициент теплового расширения различен. Каждый серьезный вид разрушения в соединении Inconel 600 с углеродистой сталью происходит на стороне линии сварки из углеродистой стали, поэтому выбор наполнителя и контроль нагрева имеют большее значение, чем техника сварки.

Эта комбинация появляется везде, где коррозионно--стойкий никелевый сплав должен соприкасаться с конструкционным или-выдерживающим давление стальным компонентом. Типичными примерами являются соединения защитной гильзы и сопел прибора, соединения труб теплообменника-с-трубной решеткой, оборудование для печей и термообработки-, факельные и горелки, а также трубопроводы подачи пара на атомную электростанцию. Инженерная логика всегда одна и та же: платите за никелевый сплав только там, где необходима коррозионная или температурная стойкость, а остальное пусть покрывает углеродистая сталь. Сварной шов — это граница, где это решение либо подтверждается, либо теряется.

Ключевой момент: сварной шов представляет собой сварной шов разнородных металлов. Для этого необходима своя квалифицированная процедура и собственная квалификация сварщика. Процедура сварки углеродистой стали и сварочный аппарат для углеродистой стали не могут быть повторно использованы для стороны никелевого сплава.

Почему соединение Inconel 600 с углеродистой сталью представляет собой сварной шов из разнородного металла?

Поскольку два основных металла относятся к разным номерам ASME P- и разным кристаллическим структурам, раздел IX ASME классифицирует соединение как сварной шов из разнородных металлов. Inconel 600 относится к P-No. 43 группе 1 под QW/QB-422 с номером группы 43 по ISO 15608. Углеродистая сталь, такая как A106 Grade B, A333 Grade 6, A516 Grade 70 и A105, имеет P-No. 1. Эта классификация не является административной документацией: она меняет то, что вам разрешено делать. цех.

Первым следствием является квалификация процедуры. Спецификация процедуры сварки, аттестованная только для углеродистой стали, не распространяется на Inconel 600, а процедура, аттестованная только для Inconel 600, не распространяется на углеродистую сталь. Процедура должна быть квалифицирована для данной комбинации. Второе последствие – режим испытаний. Поскольку разнородное соединение концентрирует свою слабость на линии ферритного сплавления, а не на сварном металле, раздел IX ASME требует, чтобы в дополнение к испытаниям на растяжение использовались образцы с поперечным боковым изгибом, так что линия соединения изгибается на всю толщину сечения, и любая хрупкая переходная зона вынуждена проявиться.

Третье последствие – квалификация сварщика. Квалификация сварщика привязана к номеру P- основного металла и номеру F- присадочного металла, поэтому сварщик, имеющий квалификацию по углеродистой стали, не имеет квалификации для выполнения этого соединения. На практике это самый распространенный недостаток соответствия, обнаруживаемый на месте, а также настоящий недостаток качества, поскольку никелевые сплавы ведут себя в руке по-другому: ванна медленнее, проникновение ниже для данного тока, а металл гораздо более чувствителен к загрязнению.

Таблица 1. Группировка двух недрагоценных металлов в Разделе IX ASME.

Какой присадочный металл следует использовать для сварки Inconel 600 с углеродистой сталью?

Используйте присадочный металл-на основе никеля. ERNiCr-3 (сплав 82, UNS N06082, AWS A5.14/ASME SFA-5.14) используется по умолчанию для GTAW и GMAW, а ENiCrFe-2 или ENiCrFe-3 (сплав 182, AWS A5.11/ASME SFA-5.11) используется по умолчанию для SMAW. Не используйте для рабочего шва наполнитель из углеродистой стали, низколегированной хромомолибденовой или аустенитной нержавеющей стали.

Для ERNiCr-3 указано минимум 67 процентов никеля, от 18 до 22 процентов хрома, от 2,0 до 3,0 процентов ниобия плюс тантал, максимум 3,0 процента железа и максимум 0,10 процента углерода. У каждого элемента есть своя работа. Никель обеспечивает пластичную аустенитную матрицу, которая выдерживает широкий диапазон составов, создаваемый разбавлением стали. Хром обеспечивает стойкость к окислению и коррозии. Ниобий является элементом, предотвращающим растрескивание-: он в сочетании с серой и фосфором образует тугоплавкие соединения ниобия вместо легкоплавких пленок на границах зерен, что и предотвращает растрескивание при затвердевании в полностью аустенитном сварном шве, не содержащем дельта-феррита, на который можно было бы отвалиться.

Наплавленный металл сварного шва из сплава 82 обычно достигает минимального предела прочности на растяжение около 552 МПа, предела текучести 0,2 процента около 360 МПа и удлинения 30 процентов или более, с полезной эксплуатацией при температуре примерно от минус 196 ° C до плюс 550 ° C. Эти цифры значительно превышают прочность углеродистой стали, которую он соединяет, что важно: никелевый металл сварного шва должен быть самой прочной и пластичной частью соединения, чтобы любая деформация была вытеснена из сварного шва. хрупкая ферритная линия плавления.

Таблица 2. Матрица выбора присадочного металла для Inconel 600 в углеродистой стали

Если вы закупаете основной металл одновременно с расходными материалами, ассортимент пластин и листов описан на страницеСтраница с табличкой ASTM B168 UNS N06600, диапазон штанг и стержней наСтраница Инконель 600 бари фитинги, которые обычно располагаются на концах этих соединений наСтраница фитингов для стыковой сварки-труб.

Почему ERNiCr-3 является стандартным наполнителем для Inconel 600 в углеродистой стали?

ERNiCr-3 является стандартным наполнителем, поскольку его коэффициент теплового расширения находится между углеродистой сталью и аустенитной нержавеющей сталью, а также потому, что он выдерживает сильное разбавление, которое неизбежно возникает в разнородном соединении. Эти два свойства касаются двух механизмов разрушения, которые фактически разрушают сварные швы Inconel 600 с углеродистой сталью: усталость от дифференциального теплового расширения на линии плавления и твердая, хрупкая переходная зона, вызванная разбавлением и миграцией углерода.

Аргумент расширения является решающим. Измеренные средние коэффициенты теплового расширения показывают, что сплав 600 необычайно близок к углеродистой стали, намного ближе, чем любая нержавеющая сталь серии 300-. Это одна из причин, по которой Inconel 600 выбирают в первую очередь для биметаллических и переходных соединений. Это также означает, что аустенитный наполнитель из нержавеющей стали, такой как ER309L, который имеет коэффициент расширения ближе к нержавеющей стали 304, чем к любому основному металлу, вносит несоответствие, которого не было в самой комбинации основных металлов. Наполнитель на основе никеля позволяет избежать этого несоответствия.

Таблица 3. Средний коэффициент теплового расширения, - почему выигрывает наполнитель на основе никеля-

Аргумент о разбавлении не менее важен. Наполнитель на основе-никеля с содержанием никеля 67 и более процентов может абсорбировать значительное количество железа из углеродистой стали, оставаясь при этом полностью аустенитным и не имеющим трещин-. Более бедный наполнитель не может. Вот почему ERNiCr-3 используется не только для Inconel 600, но и для сварки Inconel 600 с углеродистой сталью, нержавеющей сталью и другими никелевыми сплавами, а также в качестве расходного материала для плакирования и смазывания. Та же логика применима и к родственным сварочным направляющим дляСварка Инконель 625иСварка Хастеллой C276, где наполнители на основе никеля- снова являются основой процедуры.

Ключевой момент: практическое правило: если при эксплуатации соединение будет подвергаться температуре более 315 C (600 F), или если оно будет подвергаться термической обработке, или если эксплуатация будет кислой, укажите наполнитель на основе никеля-. Аустенитный наполнитель из нержавеющей стали — это компромиссный вариант для низких-температур и низких-последствий, который не следует использовать для соединения Inconel 600 с углеродистой сталью.

Каких присадочных металлов следует избегать при переходе от Inconel 600 к углеродистой стали?

Избегайте наполнителей из углеродистой стали, наполнителей с низким содержанием -хрома-молибдена и наполнителей из аустенитной нержавеющей стали, таких как ER309L или ER308L. Каждый из них либо разрушает коррозионную стойкость соединения, создает твердую и склонную к растрескиванию переходную зону, либо вносит несоответствие температурного расширения, которого не было у основных металлов. Единственным исключением является наполнитель на основе никеля-, выбранный по конкретной причине обслуживания, что является преднамеренной заменой, а не сокращенным вариантом.

Таблица 4. Присадочные металлы, которых следует избегать, и механизм разрушения

Вариант из аустенитной нержавеющей стали заслуживает особого предупреждения, поскольку он широко используется в других местах. ER309L является законным и распространенным выбором для соединения углеродистой стали с нержавеющей сталью серии 300 при температурах ниже примерно 315 C, поскольку его высокое содержание легирования поглощает разбавление стали и остается аустенитным.

Проблема в том, что правило было написано для соединения углеродистой и нержавеющей стали. Когда другой стороной является Inconel 600, коэффициент расширения которого почти идентичен коэффициенту расширения углеродистой стали, введение наполнителя с коэффициентом расширения от 16 до 18 мкм/м/C создает несоответствие, которого просто не существовало между основными металлами. Сустав становится хуже, а не лучше.

Также стоит отделить понятие приемлемой альтернативы от замены. ERNiCrMo-3, наполнитель из сплава 625, является законной альтернативой для эксплуатации в условиях сильной коррозии. ERNiCrFe-5 и семейство низкоуглеродистых ERNiCrFe-7A/ENiCrFe-7 являются законной альтернативой для эксплуатации при очень высоких температурах или ядерной энергии. Чем они не являются, так это взаимозаменяемыми заменами: замена присадочного металла меняет важную переменную, поэтому требуется новая квалификация процедуры, прежде чем любой из них можно будет использовать в производственных работах.

Когда следует выбрать другой наполнитель на основе никеля-?

Выбирайте ERNiCrMo-3 при сильной хлоридной, точечной или щелевой коррозии, а также в случаях, когда соединение требует более высокой прочности. Выбирайте ERNiCrFe-5 или семейство ERNiCrFe-7A/ENiCrFe-7 для эксплуатации в условиях ползучести при очень высоких температурах или для ядерных соединений, где требуется стойкость к первичному коррозионному растрескиванию под действием воды. Во всем остальном правильным и наиболее экономичным ответом остается ЭРНиКр-3.

Ссылку на ядерное вещество стоит понять, потому что это самое убедительное доказательство того, что химический состав наполнителей не является косметическим выбором. Ранние ядерно-разнородные сварные швы использовали сплав 82 и наполнитель из сплава 182 на основном металле из сплава 600. За десятилетия эксплуатации в некоторых из этих соединений образовалось первичное коррозионное растрескивание под действием воды, и промышленность перевела новые конструкции на наполнители с низким-углеродом и высоким-хромом из семейства сплавов 52/152, которые значительно более устойчивы к этому механизму. Урок обобщает: для долгого-срока службы разнородных соединений укажите в сертификате наполнитель с учетом ожидаемого механизма разрушения, а не только прочности на разрыв.

Обратите внимание, что семейство сплавов 52/152 имеет свой-свой компромисс. Эти наполнители содержат больше -хрома и ниобия-, что повышает коррозионную стойкость, но снижает текучесть сварочной ванны и повышает чувствительность к непровару и растрескиванию под действием пластичности. Их следует использовать только с соблюдением аттестованных для них процедур и сварщиками, имеющими на них практику. ERNiCr-3, напротив, прощает ошибки, и именно поэтому он остается отраслевым стандартом для Inconel 600 для углеродистой стали.

Какие процессы сварки лучше всего подходят для Inconel 600 с углеродистой сталью?

GTAW – лучший процесс для корневого прохода и работы с тонкими-стенками, GMAW с переносом распылением подходит для более толстых заполняющих проходов, а SMAW – практичный выбор в полевых условиях. Дуговая сварка под флюсом и порошковая-дуговая сварка не рекомендуются для никелевой стороны, поскольку флюсы взаимодействуют со сплавом, а более высокая погонная энергия увеличивает разбавление и миграцию углерода.

Выбор процесса напрямую зависит от свойств никелевых сплавов. Inconel 600 имеет теплопроводность примерно 15 Вт/м/К против примерно 50 Вт/м/К у углеродистой стали, поэтому тепло концентрируется в дуге, а не распространяется. Это приводит к более глубокому проникновению и более широкой зоне-воздействия тепла для того же тока, а это означает, что вам придется использовать меньший ток и двигаться стабильно, а не останавливаться. Сварочная ванна также более медленная, чем стальная, поэтому она менее быстро смачивает стенки шва и требует немного более длинной дуги и более осторожных манипуляций, чтобы избежать несваривания.

Таблица 5. Сравнение процесса сварки для стороны Inconel 600

Какие параметры сварки следует использовать для сварки Инконеля 600 с углеродистой сталью?

Используйте самый низкий ток, обеспечивающий полное плавление, поддерживайте тепловложение в умеренном диапазоне примерно от 0,5 до 1,8 кДж/мм (около 13–45 кДж/дюйм) и поддерживайте температуру между проходами на уровне 150 C (300 F) или ниже. Приведенные ниже диапазоны параметров являются типичными отправными точками для разработки процедур; значения, регулирующие производственные работы, указаны в вашей квалифицированной спецификации процедуры сварки.

Таблица 6. Типичные параметры сварки Инконеля 600 с углеродистой сталью

Решения по двум параметрам имеют большее значение, чем остальные. Во-первых, это тепловложение. Слишком большая тепловложение расширяет зону термического-влияния на углеродистой стали, увеличивает разбавление никелевого покрытия железом и способствует выделению карбида хрома в никелевом сплаве.

Слишком малое подвод тепла может привести к непровару, что является серьезным дефектом никелевых сварных швов, поскольку вялая ванна не затекает в узкие углы, как это происходит в стальной ванне. Второе — межпроходная температура. Никелевые сплавы не требуют режима горячего-прохода. Дайте каждому проходу остыть естественным путем, измерьте температуру между проходами перед началом следующего и не охлаждайте соединение водой, чтобы ускорить процесс.

Ток и полярность также сбивают людей с толку. GTAW на никелевых сплавах работает на отрицательном электроде постоянного тока, таком же, как и на нержавеющей стали. Никелевые электроды SMAW обычно работают на положительном электроде постоянного тока, противоположном -отрицательной настройке электрода, используемой для многих электродов из углеродистой стали, а некоторые марки также работают на переменном токе. Всегда следуйте данным производителя электродов, поскольку полярность влияет на проникновение, профиль валика и склонность к пористости.

Как следует подготовить сустав и очистить его?

Обработайте канавку с углом от 60 до 70 градусов, включая-V-паз с внутренней поверхностью от 1,5 до 2,0 мм и зазором между корнем от 2,0 до 3,0 мм, очистите обе поверхности до блестящего металла с помощью инструмента, предназначенного для никелевых сплавов, и верните-продуйте закрытые секции аргоном, чтобы поддерживать уровень внутреннего кислорода ниже 100 частей на миллион. Подготовка сустава в этом суставе не является косметической; это мера борьбы с растрескиванием.

Инконель 600 необычайно чувствителен к сере и легкоплавким примесям. Сера, фосфор, свинец и подобные элементы образуют легкоплавкие пленки на границах зерен полностью аустенитного металла сварного шва и вызывают образование горячих трещин. Источники на обычном производственном участке включают смазочно-охлаждающую жидкость, охлаждающую жидкость для механической обработки, краску, краску для макетирования, чернила для маркеров, остатки клейкой ленты и смазочные материалы, содержащие серу-или хлориды-подшипники. Решение процедурное: удалите все это с помощью растворителя с-без хлоридов и низким-сернистым содержанием, например ацетона или изопропилового спирта, используйте щетку из нержавеющей или никелевой стали, которая никогда не касалась углеродистой стали, и не допускайте оседания шлифовальной пыли из углеродистой стали на никелевой поверхности.

Для труб, трубок и закрытых секций внутренняя поверхность должна быть защищена продувкой. Без него корневой проход окисляется изнутри и образует грубую цветную чешуйку, обычно называемую шугарингом. Шугаринг – это не только косметический дефект: он разрушает местную коррозионную стойкость, создает место зарождения трещины у корня, и его очень трудно удалить после закрытия шва. Используйте продувочную перегородку рядом с суставом, дайте продувке достаточно времени, чтобы вытеснить воздух, и проверьте уровень кислорода, а не гадать.

Таблица 7. Целевые показатели качества продувочного газа для корневого прохода

Нужно ли предварительно нагревать сторону из углеродистой стали?

Обычно нет. Инконель 600 никогда не требует предварительного нагрева, а углеродистую сталь P-No. 1 группы 1 с углеродным эквивалентом ниже примерно 0,42 и толщиной примерно до 19 мм обычно можно сваривать при температуре окружающей среды при условии, что поверхность сухая и температура выше точки росы. Предварительный нагрев становится необходимым для более толстых сечений, с более высоким содержанием углерода, сильно зажатыми соединениями, холодными условиями окружающей среды или когда этого требуют правила или спецификации владельца.

Цель предварительного нагрева в этом соединении не в том, чтобы помочь никелевому сплаву. Цель заключается в замедлении скорости охлаждения зоны термического-влияния углеродистой стали, чтобы она не превратилась в твердый мартенсит и чтобы растворенный водород успел выйти до того, как сварной шов остынет. Вот почему предварительный нагрев полностью осуществляется со стороны углеродистой стали и почему углеродный эквивалент стали, а не Inconel 600, определяет, нужен ли он. Для его расчета используйте формулу IIW: CE=C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15.

Таблица 8. Рекомендации по предварительному нагреву стороны из углеродистой стали

Ключевой момент: не подвергайте предварительному нагреву сторону Inconel 600. Нагревайте только сторону из углеродистой стали и никогда не допускайте, чтобы температура никелевого сплава превышала 150 C (300 F) на любом этапе процесса.

Требуется ли после-термическая обработка сварки сплава Инконель 600 с углеродистой сталью?

Нет, не для никелевой стороны. Наплавленный металл Inconel 600 и ERNiCr-3 не требует термообработки после-сварки, а ее излишнее применение активно вредно: миграция углерода через линию плавления ускоряется примерно при температуре выше 480 C, а диапазон температур термообработки-для углеродистой стали находится выше этого порога. Термическая обработка после сварки требуется только в том случае, если сторона из углеродистой стали требует ее в соответствии с нормативными документами или условиями эксплуатации.

Три триггера охватывают почти каждый случай. Согласно ASME B31.3 Технологические трубопроводы, таблица 331.1.1 требует термообработки после-сварки углеродистой стали P-No. 1, когда номинальная толщина стенки превышает 19 мм, при температуре от 593 до 649 C (от 1100 до 1200 F). В соответствии с ASME BPVC, раздел VIII, раздел 1, UCS-56 делает его обязательным при номинальной толщине выше 38 мм с условным отказом от толщины от 32 до 38 мм, когда поддерживается минимальный предварительный нагрев 95 C. А согласно NACE MR0175/ISO 15156, любой сварной шов из углеродистой или низколегированной стали, работающий в кислых средах, должен иметь максимальную твердость 22 HRC (около 248 HV), что на практике означает термообработку независимо от толщины.

Когда термообработка неизбежна, правильным инженерным решением будет не проводить термическую обработку готового разнородного соединения. Он заключается в использовании смазки, описанной в следующем разделе, чтобы создать границу миграции углерода и подвергнуть ее термообработке перед выполнением окончательного сварного шва. Это единственное и наиболее важное процедурное решение при производстве изделий из Inconel 600 с высокой-интеграцией в углеродистую сталь.

Таблица 9. Триггеры и параметры термообработки после-сварки

Что такое смазка и когда ее следует использовать?

Смазывание – это нанесение одного или нескольких слоев наполнителя на основе никеля-на поверхность из углеродистой стали, механическая обработка этой поверхности до плоского состояния, выполнение термообработки после-сварки только компонента из углеродистой стали и только затем завершение соединения наполнителем на основе никеля-. Используйте его всякий раз, когда сторона из углеродистой стали должна пройти термическую обработку, когда углеродистая сталь представляет собой толстую или сильно зажатую поковку или когда полевые условия делают контролируемую термообработку готового соединения непрактичной.

Механизм прост, как только вы увидите, где происходит повреждение. Миграция углерода происходит на границе между ферритной сталью и отложениями никеля с более высоким-хромом. В прямосварном соединении этой границей является производственный сварной шов, поэтому любая термообработка, применяемая к соединению, повреждает производственный сварной шов. Если сначала смазать углеродистую сталь маслом, граница миграции углерода создается внутри операции смазывания и может быть подвергнута термической обработке по желанию. Последующий производственный сварной шов полностью выполняется из сварного металла на основе никеля-и Inconel 600, который представляет собой соединение от аустенитного-к-аустенитного состояния, которое не требует термической обработки и ведет себя гораздо более предсказуемо.

На практике промасливание означает минимум два нанесенных слоя, обычно от 5 до 8 мм, которые обрабатываются механической обработкой до плоской поверхности толщиной примерно 3-4 мм. Затем намазанная маслом деталь подвергается термической обработке, осмотру и проверке твердости, если эксплуатация кислая, и только после этого соединение завершается. Готовое соединение сваривается тем же присадочным материалом на основе никеля- и проверяется как обычно. Дополнительные затраты реальны, но они почти всегда дешевле, чем неудачная сварка разнородных материалов в кислых условиях или при высоких-температурах.

Как шаг за шагом сваривать Inconel 600 с углеродистой сталью?

Приведенная ниже последовательность действий представляет собой стандартный порядок действий для соединения,-соответствующего нормам. Два этапа, которые люди пропускают и которые являются причиной большинства сбоев, — это процедура и квалификация сварщика на этапах 3 и 4, а также проверка продувки на этапе 6.

1. Подтвердите сочетание материалов и основу проектирования.

Укажите точную спецификацию продукта Inconel 600 (например, труба ASTM B167 или пластина ASTM B168), а также точную марку и толщину углеродистой стали. Запишите расчетную температуру, рабочую жидкость, наличие кислой среды, а также код трубопровода или резервуара, который регулирует соединение. Это определяет, будет ли инициироваться предварительный нагрев или термообработка после-сварки со стороны углеродистой стали.

2. Выберите присадочный металл и напишите WPS.

Выберите ERNiCr-3 (сплав 82) для GTAW и GMAW или ENiCrFe-2/ENiCrFe-3 (сплав 182) для SMAW. Задокументируйте наполнитель, процесс, полярность, диапазоны тока и напряжения, скорость перемещения, защитный газ, вспомогательный или продувочный газ, предел температуры между проходами и диапазон подвода тепла в Спецификации процедуры сварки.

3. Квалифицировать процедуру с боковыми наклонами

Создайте тестовый купон, сочетающий в себе оба числа P-, и протестируйте его. Поскольку соединение представляет собой сварной шов из разнородных металлов, согласно разделу IX ASME в дополнение к испытаниям на растяжение требуются образцы с поперечным боковым изгибом, чтобы ферритная линия плавления была напряжена и обнажалась любая хрупкая переходная зона.

4. Квалификация сварщиков по никелевым сплавам.

Квалифицируйте каждого сварщика, пройдя тест на производительность со стороны никелевого сплава. Сварщик, имеющий квалификацию только по углеродистой стали, не имеет права сваривать Inconel 600, поскольку квалификация сварщика привязана к номеру P- основного металла и номеру F- присадочного материала.

5. Подготовьте место соединения и очистите его.

Обработайте канавку с углом от 60 до 70 градусов, включая -V-паз, с внутренней поверхностью от 1,5 до 2,0 мм и корневым зазором от 2,0 до 3,0 мм. Отшлифуйте или обработайте обе поверхности до блестящего металла с помощью инструментов, предназначенных для никелевых сплавов, затем протрите растворителем,-не содержащим хлоридов, с низким-сернистым содержанием. Удалите всю краску, масло, маркерные чернила и соединения,-содержащие серу.

6. Настройте продувочный газ и при необходимости выполните предварительный нагрев.

Снова-продуйте трубы и соединения труб аргоном и поддерживайте уровень внутреннего кислорода ниже примерно 100 частей на миллион, чтобы корень не окислялся и не засахаривался. Применяйте предварительный нагрев стороны из углеродистой стали только тогда, когда этого требуют углеродный эквивалент, толщина, уровень фиксации или температура окружающей среды, и никогда не нагревайте сторону из инконеля 600 выше 150 C.

7. Сварка с контролируемым подводом тепла и стрингерными валиками.

Приварите корень GTAW, используя ERNiCr-3 и DCEN. Наносите стрингеры, а не широкие переплетения, сохраняйте небольшую сварочную ванну и контролируйте подвод тепла в диапазоне, указанном в WPS. Постоянно контролируйте температуру между проходами и дайте шву остыть до температуры ниже 150 C между проходами.

8. Смазать маслом и подвергнуть термообработке перед завершением соединения, где это необходимо.

Если сторона из углеродистой стали должна пройти термообработку после-сварки, нанесите как минимум два слоя наполнителя на основе никеля-на поверхность из углеродистой стали, обработайте смазанную поверхность плоской машинной обработкой, выполните термообработку после-сварки только для этого компонента и только затем завершите соединение наполнителем на основе никеля-, чтобы окончательный сварной шов никогда не достигал температуры термообработки-.

9. Проверяйте, тестируйте и документируйте

Выполните визуальный осмотр, затем цветной пенетрант и рентгенографическое или ультразвуковое исследование, как указано. Выполните измерение твердости по линии ферритного сплавления, когда эксплуатация кислая. Проверьте присадочный и основной металлы по точной идентификации материала и запишите WPS, PQR, сертификаты сварщика и таблицы термо-обработки в пакет данных о сварке.

Если соединение представляет собой трубу или трубное соединение, фитинги и фланцы со стороны углеродистой стали обычно покрываются стандартными спецификациями продукта; тотСтраница кованых фитингов для трубиСтраница обзора фланцевобъясните, как определяются и заказываются эти компоненты, чтобы процедура сварки и закупаемые детали оставались согласованными.

Какие дефекты возникают при сварке Inconel 600 с углеродистой сталью?

Преобладающими дефектами являются растрескивание при затвердевании в никелевом металле сварного шва, водородное-растрескивание в зоне термического воздействия углеродистой стали-, непровар из-за вялой никелевой сварочной ванны, пористость из-за загрязнения или плохого газового покрытия, корневое окисление из-за недостаточной продувки и миграция углерода с связанной с ним жесткой переходной зоной. У каждого есть определенная причина и определенный контроль.

Таблица 10. Дефекты, основные причины и профилактика

Как вы квалифицируете процедуры и сварщиков для этого соединения?

Вы квалифицируете спецификацию процедуры сварки с помощью записи о квалификации процедуры, которая объединяет оба числа P-, и проверяете ее с помощью поперечных боковых изгибов в дополнение к испытаниям на растяжение. Затем вы квалифицируете каждого сварщика отдельно по никелевому сплаву, поскольку квалификация сварщика привязана к номеру P- основного металла и номеру F- присадки и не переносится с углеродистой стали.

Требование бокового изгиба является технической основой квалификации. Испытание на поперечное растяжение разнородного соединения обычно не дает результатов для более слабого основного металла и мало что говорит о линии сварки. Образец бокового изгиба, обработанный на всю толщину и согнутый так, чтобы линия сплавления феррита находилась под напряжением, деформирует именно ту область, где должна существовать жесткая переходная зона или полоса, -обедненная углеродом, и это выявляет проблему еще до того, как соединение будет введено в эксплуатацию. Раздел IX ASME QW-462.2 определяет образец, а QW-423 регулирует комбинацию разнородных основных металлов. Для материала толщиной более 12 мм стандартным подходом являются боковые изгибы, поскольку они проверяют всю толщину сечения.

Таблица 11. Квалификационные требования к соединению Inconel 600 с углеродистой сталью

Как вы проверяете и тестируете соединение?

Начните с визуального осмотра, добавьте дефектоскопию с использованием красителей с низким содержанием-серы и-галогенов, а затем рентгенографическое или ультразвуковое исследование с фазированной-решеткой, если того требует конструкция. Добавьте измерение твердости по всей линии плавления феррита для работы в кислой среде, проверьте материалы путем точной идентификации материала и подтвердите, что никелевый металл сварного шва практически не содержит феррита.

Две точки контроля характерны для разнородных никелевых сварных швов. Во-первых, материалы для капиллярных испытаний должны быть сертифицированы для никелевых сплавов: стандартные пенетранты могут содержать серу и галогены, которые воздействуют на никель при температуре, поэтому само испытание может стать источником коррозии. Во-вторых, твердость имеет значение со стороны феррита, а не со стороны никеля. Траверса твердости, расположенная поперек линии сварки и в зоне термического воздействия углеродистой стали-, показывает, действительно ли стратегия предварительного нагрева и термообработки-эффективна.

Таблица 12. Методы контроля сварных швов Inconel 600 с углеродистой сталью

Какие стандарты и нормы регулируют сварку Inconel 600 с углеродистой сталью?

Квалификация соединения регулируется разделом IX ASME BPVC, строительными нормами, применимыми к оборудованию для проектирования и термической обработки, спецификациями AWS для присадочных материалов для расходных материалов и NACE MR0175 / ISO 15156, если в работе используется сероводород.

Таблица 13. Стандарты и нормы для сварки Инконеля 600 с углеродистой сталью

Для проектов, в которых также используется высоколегированный никель или молибден, стоит ознакомиться с параллельным руководством вПолное руководство по Hastelloy C276иИнконель 625 руководство, поскольку разная логика сварки и структура квалификации одинаковы, хотя химические составы присадок различаются.

Inconel 600, Inconel 625 и углеродистая сталь: сравнение марок

Инконель 600 — это-высокотемпературный-никелевый-хромовый-железный сплав общего назначения, который легче всего приваривать к углеродистой стали. В Inconel 625 добавлены молибден и ниобий для гораздо более высокой прочности и устойчивости к хлоридам, а его присадочный металл является стандартным усовершенствованием для тяжелых условий эксплуатации. Углеродистая сталь — это экономичный конструкционный материал, выдерживающий нагрузки и давление. Приведенное ниже сравнение объясняет, какие свойства определяют выбор наполнителя.

Таблица 14. Сравнение марок сварки разнородных металлов

Один практический момент из таблицы: и Inconel 600, и Inconel 625 относятся к P-Нет. 43, поэтому процедура, квалифицированная для одного, не распространяется автоматически на другой. Спецификация основного металла является важной переменной, поэтому, если в проекте используются обе марки, оцените каждую из них. Более широкое сравнение никелевых сплавов и нержавеющей стали описано вСравнение Инконель 625 и 316Lи вСравнение Inconel 625 и Incoloy 825.

Что влияет на стоимость сварки Inconel 600 с углеродистой сталью?

Преобладающей стоимостью является пакет аттестации и проверки, а не наплавленный металл. Наполнитель на основе никеля-стоит в несколько раз дороже за килограмм, чем наполнитель из углеродистой стали, но одна квалифицированная процедура может охватить большое количество аналогичных соединений, тогда как аттестация процедуры, квалификация сварщика, продувочный газ, измерения твердости и любая термообработка после-сварки - это в основном фиксированные затраты, которые необходимо оплатить один раз, а затем амортизировать.

Три решения увеличивают стоимость больше всего. Во-первых, требуется ли промасливание: оно добавляет осаждение, механическую обработку и отдельный цикл термообработки, но превращает неуправляемую проблему термообработки-в управляемую. Во-вторых, требует ли руководящий кодекс термообработку после-сварки: соблюдение порога ниже 19 мм согласно ASME B31.3 позволяет избежать всей операции. В-третьих, какая часть работы выполняется в цеху, а не на местах, поскольку сварка никелевого сплава на месте требует защиты от ветра, контроля продувки и сварщика, имеющего соответствующую квалификацию. Экономика заводского изготовления для такого рода работ рассматривается вСравнение затрат на предварительное изготовление трубных катушек и стоимость полевой сварки.

Стоит отметить, что инженерные затраты на неправильное использование наполнителя намного выше, чем стоимость самого наполнителя. Неудачный сварной шов разнородного материала на химическом заводе или в трубопроводе высокосернистого газа означает производственные потери, доработку, повторную-проверку и зачастую пересмотр процедуры. Именно из-за этой асимметрии наполнитель на основе никеля- указан по умолчанию, а не как опция премиум-класса.

Часто задаваемые вопросы

Можно ли сваривать Inconel 600 с углеродистой сталью?

Да. Inconel 600 (UNS N06600) надежно сваривается с углеродистой сталью, такой как ASTM A106, марка B или A516, марка 70, при использовании присадочного металла на основе никеля-. Соединение классифицируется как сварной шов из разнородных металлов, поэтому для него требуется собственная квалифицированная процедура и сварщики, имеющие квалификацию по никелевым сплавам. Типичные области применения включают соединения защитных гильз и сопел, соединения труб теплообменника-с-трубными решетками, печное оборудование и компоненты атомной энергетики.

Какой присадочный металл следует использовать для сварки Inconel 600 с углеродистой сталью?

Используйте присадочный металл-на основе никеля. ERNiCr-3 (сплав 82, UNS N06082, AWS A5.14) является стандартным выбором для GTAW и GMAW, а ENiCrFe-2 или ENiCrFe-3 (сплав 182, AWS A5.11) является стандартным выбором для SMAW. Эти наполнители точно соответствуют тепловому расширению углеродистой стали, выдерживают разбавление стали и противостоят растрескиванию при затвердевании, поскольку содержание в них ниобия связывает серу и фосфор.

Могу ли я использовать ER309L для сварки Inconel 600 с углеродистой сталью?

Не для повышенной-температуры или критического обслуживания. ER309L широко используется для соединения углеродистой стали с нержавеющей сталью при температуре ниже примерно 315 C (600 F), но для углеродистой стали с Inconel 600 аустенитный наполнитель имеет коэффициент теплового расширения около 18 микрометров на метр на градус Цельсия по сравнению с примерно 12 для углеродистой стали. Это несоответствие концентрирует напряжение на линии плавления феррита и приводит к термической усталости и растрескиванию. Наполнитель на основе никеля-, такой как ERNiCr-3, предпочтителен при всех температурах.

Что такое номер P-по стандарту ASME для Inconel 600?

Inconel 600 (UNS N06600) относится к группе P-No. 43 1 согласно ASME BPVC, раздел IX, указан в QW/QB-422. Ее номер группы по ISO 15608 также равен 43. Углеродистые стали, такие как A106, класс B, A333, класс 6, A516, класс 70 и A105, имеют номер P-No. 1.. Поскольку два основных металла имеют разные номера P, раздел IX ASME рассматривает соединение как сварной шов из разнородных металлов.

Требуется ли предварительный нагрев при сварке Inconel 600 с углеродистой сталью?

Обычно нет. Сам Inconel 600 никогда не требует предварительного нагрева, а углеродистую сталь класса P-No. 1 с углеродным эквивалентом ниже примерно 0,42 и толщиной примерно до 19 мм обычно можно сваривать при температуре окружающей среды при условии, что поверхность сухая и температура выше точки росы. Предварительный нагрев становится необходимым для более толстых секций, более высокого содержания углерода, высокой фиксации, низкой температуры окружающей среды или когда этого требуют правила или спецификации владельца.

Требуется ли после-термическая обработка сварных швов Inconel 600 с углеродистой сталью?

Не для никелевой стороны. Наплавленный металл Inconel 600 и ERNiCr-3 не требует термообработки после сварки, а его излишнее применение вредно, поскольку миграция углерода ускоряется примерно при температуре выше 480 C. Термическая обработка требуется только тогда, когда ее вызывает сторона углеродистой стали, например, толщина стенки более 19 мм согласно ASME B31.3, таблица 331.1.1, более 38 мм согласно ASME VIII Division 1 UCS-56 или для любого другого кислый сервис согласно NACE MR0175/ISO 15156.

Почему происходит миграция углерода из Inconel 600 в сварные швы из углеродистой стали?

Углерод мигрирует, потому что две стороны имеют очень разную углеродную активность. При температуре эксплуатации или термообработки-выше примерно 480 C углерод из ферритной стали диффундирует к стороне с более высоким-хромоникелем и выделяется в виде карбидов хрома вдоль границы плавления. В результате в стали остается мягкая, -ферритная полоса, обедненная углеродом, и твердая, хрупкая, обогащенная карбидом- полоса на границе раздела. Решением является наполнитель на основе никеля-, который повышает содержание никеля в зоне сварки и снижает активность углерода в сочетании с минимальным разбавлением и отсутствием ненужной термической обработки.

Что вызывает растрескивание при сварке Inconel 600 с углеродистой сталью?

Доминируют четыре механизма. Затвердевание или горячее растрескивание в аустенитной сварочной ванне, вызванное серой и фосфором; водород-способствует растрескиванию в зоне воздействия сильной жары-со стороны углеродистой стали, что обусловлено высоким содержанием углерода и отсутствием предварительного нагрева; дифференциальная усталость от теплового расширения на линии плавления феррита, вызванная несоответствием расширения; и-снятие напряжения или растрескивание при релаксации, когда соединение подвергается термообработке при неправильной температуре. Ниобий-содержащий никелевый наполнитель, чистые поверхности, контролируемое тепловложение и правильный контроль предварительного нагрева — все четыре.

Что такое смазка при сварке разнородных металлов?

Смазывание – это нанесение одного или нескольких слоев наполнителя на основе никеля- на поверхность из углеродистой стали, механическая обработка этой поверхности до плоского состояния, термообработка компонента из углеродистой стали отдельно, а затем завершение соединения наполнителем на основе никеля-. Он отделяет границу миграции углерода от конечного сварного шва и позволяет углеродистой стали пройти после-термическую обработку, требуемую нормами или условиями эксплуатации, без необходимости подвергать готовый никелевый сварной шов воздействию такой температуры.

Какой защитный газ следует использовать для GTAW на Inconel 600?

Для большинства работ GTAW используйте 100-процентный аргон со скоростью примерно 10–15 литров в минуту. Для более толстых сечений или когда необходимы лучшее смачивание и проникновение, используйте смесь аргона и гелия, например 75 процентов гелия и 25 процентов аргона. Не используйте углекислый газ или азотсодержащие газы-, которые вызывают пористость и образование нитридов. Для GMAW типичен аргон с содержанием гелия от 15 до 25 процентов.

Нужна ли сварщикам специальная квалификация для работы с Inconel 600?

Да. Квалификация сварщика в соответствии с разделом IX ASME привязана к номеру P- основного металла и номеру F- присадочного металла, поэтому сварщик, имеющий квалификацию только для работы с углеродистой сталью, не имеет права сваривать Inconel 600. Каждый сварщик должен пройти отдельное испытание на производительность никелевого сплава, используя аттестованную процедуру, прежде чем приступить к работе с производственными соединениями.

Какова максимальная температура между проходами при сварке Inconel 600?

При сварке Inconel 600, особенно при сварке его с углеродистой сталью, поддерживайте температуру между проходами на уровне 150 C (300 F) или ниже. Чрезмерная температура между проходами замедляет охлаждение, способствует выделению карбида хрома и росту зерен в никелевом сплаве, увеличивает разжижение стали и повышает риск образования горячих трещин и потери коррозионной стойкости. Между проходами дайте соединению остыть естественным путем, а не закалку.

Как проверить сварной шов Inconel 600 с углеродистой сталью?

Начните с визуального осмотра, затем выполните дефектоскопию с использованием красителей с использованием пенетрантов с низким содержанием-серы и-галогенов, а затем рентгенографическое или ультразвуковое исследование с фазированной-решеткой, в зависимости от конструкции. Добавьте измерение твердости по линии плавления феррита, когда эксплуатация кислая, проверьте присадочный и основной металлы путем положительной идентификации материала и подтвердите отсутствие феррита в никелевом металле сварного шва. Разрушающие боковые изгибы на аттестационном талоне процедуры являются наиболее чувствительной проверкой на линии ферритной сварки.

Можно ли сваривать Инконель 600 с нержавеющей сталью 316?

Да и это проще, чем приваривать углеродистую сталь. Нержавеющая сталь Inconel 600 и 316 являются аустенитными, поэтому нет несоответствия кристаллической структуры и риска миграции углерода одинаковой величины. ERNiCr-3 по-прежнему является предпочтительным наполнителем, поскольку он устойчив к разбавлению и противостоит горячему растрескиванию, хотя наполнители с более высоким содержанием молибдена, такие как ERNiCrMo-3, используются, когда важна устойчивость к точечной коррозии или хлоридам.

В чем разница между ЭРНиКр-3 и ЭРНиКрМо-3?

ERNiCr-3 (сплав 82) — это никель-хромо-железный наполнитель, содержащий около 67 процентов никеля, от 18 до 22 процентов хрома и от 2 до 3 процентов ниобия. Это стандартный выбор для сварки Inconel 600 с углеродистой сталью. В ERNiCrMo-3 (наполнитель из сплава 625) добавляется примерно 9 процентов молибдена и 3,5 процента ниобия, что обеспечивает гораздо лучшую устойчивость к точечной коррозии, щелевой коррозии и хлоридам, а также более высокую прочность. Выбирайте ERNiCrMo-3 для работы в условиях сильной коррозии или более высокой прочности соединения и обратите внимание, что изменение требует новой квалификации процедуры.

Нужна ли сварка Inconel 600 с углеродистой сталью PWHT для работы в кислой среде?

Со стороны никеля нет, а со стороны углеродистой стали есть. NACE MR0175 / ISO 15156 ограничивает твердость сварной и термической-зоны-зоны при 22 HRC (около 248 HV) для углеродистых и низко-легированных сталей, работающих в кислых средах, а зона-термического-воздействия сварки часто превышает таковую, когда углеродный эквивалент превышает примерно 0,42. Практическое решение состоит в том, чтобы смазать углеродистую сталь маслом, подвергнуть термообработке этот компонент до достижения предела твердости, проверить его с помощью измерения твердости, а затем заполнить соединение наполнителем на основе никеля-.

Как предотвратить пористость сварных швов Inconel 600?

Чистота и загазованность решают исход. Обезжирьте и протрите соединение растворителем с низким содержанием серы,-не содержащим хлоридов-, удалите всю краску, маркерные чернила и соединения, содержащие серу-, используйте специальную щетку из нержавеющей или никелевой стали и никогда не допускайте загрязнения никелевой поверхности шлифовальной пылью из углеродистой стали. Затем используйте правильный поток защитного газа, защитите сварочную ванну от сквозняков, продуйте закрытые секции аргоном и поддерживайте присадочную проволоку чистой и сухой.

Каков предел углеродного эквивалента для стороны углеродистой стали?

Используйте формулу IIW CE=C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15. Стали с углеродным эквивалентом выше примерно 0,42 считаются трудносвариваемыми, поскольку зона термического воздействия затвердевает и становится подверженной водородному растрескиванию. Для соединения Inconel 600 с углеродистой сталью это имеет значение, поскольку в зоне термического-ферритного термического воздействия разнородные сварные швы чаще всего выходят из строя, поэтому более высокий углеродный эквивалент означает предварительный нагрев, контролируемое тепловложение и часто измерение твердости.

Сколько стоит сварка Inconel 600 с углеродистой сталью?

Сам сварной шов составляет небольшую часть стоимости. Наполнитель на основе никеля-стоит в несколько раз дороже за килограмм, чем наполнитель из углеродистой стали, а смазка, аттестация процедур, квалификация сварщика, продувочный газ, измерения твердости и любая термообработка после-сварки увеличивают затраты времени на проектирование и проверку. Доминирующим фактором затрат обычно является аттестационный пакет, а не наплавленный металл, поэтому одну аттестованную процедуру следует повторно использовать для такого количества аналогичных соединений, сколько позволяет кодекс.

Какой процесс сварки Inconel 600 с углеродистой сталью лучше всего?

Газовая вольфрамовая дуговая сварка — лучший метод для корневого прохода и работы с тонкими-стенками, поскольку она обеспечивает точный контроль нагрева и чистые,-отложения без шлака. Газовая дуговая сварка с распылением подходит для более толстой заливки, а дуговая сварка защитным металлом является практичным выбором в полевых условиях с электродами ENiCrFe-2 или ENiCrFe-3. Дуговая сварка под флюсом и порошковая сварка обычно не рекомендуются для никелевой стороны из-за взаимодействия флюсов и более высокого подвода тепла.

Приведенные ниже вопросы чаще всего задают инженеры, производители и специалисты по закупкам о сварке Inconel 600 с углеродистой сталью. Более широкий круг вопросов о никелевых сплавах см.Список часто задаваемых вопросов по сплаву JN.

Сопутствующие продукты и дополнительная литература

Обзор продукции Inconel 600 (UNS N06600)- Формы базового материала, характеристики и применение

Трубы Инконель 600- бесшовные и сварные трубы для высоких-температур и работы с хлоридами

Пластина ASTM B168 UNS N06600- плита и лист для сосудов, трубных решеток и печной арматуры

Фланцы из инконеля 600- кованые компоненты фланца и патрубка

Все, что вам нужно знать об Инконеле 600Свойства -, коррозия и выбор

Что следует знать об Инконеле 600- практические замечания по изготовлению

Свойства и применение трубы Inconel 600- выбор на основе приложения-

Применение Инконеля 600- отрасль-по-просмотру отрасли

Страница поставщика труб Inconel 600- заказ, допуски и документация

Преимущества продукции Inconel 600-, где сплав оправдает свою стоимость

Сварочная направляющая Inconel 625- процессы, параметры и присадочные металлы для родственного сплава

Сварочная направляющая Hastelloy C276- сварка молибден-содержащих никелевые сплавы

Направляющая ступицы Inconel 625- полный кластер содержимого Inconel 625

Полное руководство по Hastelloy C276- полный кластер контента C276

Выбор труб из никелевого сплава по типу кислоты- сопоставление сплава с химической службой

Как выбрать трубу из никелевого сплава для химических предприятий- рабочий процесс выбора

Incoloy 825 и Hastelloy C276 для высокосернистого газа- выбор кислых сервисных материалов

Химическое оборудование- сборное оборудование для коррозионной эксплуатации

Решения для нефтегазовой отрасли- исходные, промежуточные и последующие материалы

Морские инженерные решения- морская вода и морские материалы

Предварительное изготовление трубных катушек по сравнению со сваркой в ​​полевых условиях- Сравнение стоимости и качества

Практический пример: катушки труб из Inconel 625 для завода по производству СПГ- пример производственного проекта

Инконель трубы- полный ассортимент труб из никелевых сплавов

Инконель стальОбзор семейства сплавов -

Труба из никелевого сплава- полный ассортимент продукции

Инконель лист и пластина- ассортимент плоской продукции

Круглые стержни из инконеля- диапазон стержней и стержней

Стальной лист и пластина- плоский прокат из углерода и нержавеющей стали

Стальные трубы и трубки- трубные изделия из углеродистой и нержавеющей стали

Фитинги для сварки-труб встык- фитинги для сварных трубопроводных систем

Кованые фитинги для труб- Детали, кованые под высоким-давлением

Фланцы- типы фланцев и выбор

Нержавеющая сталь 316- аустенитный сорт, обычно присоединяемый к никелевым сплавам

Нержавеющая сталь 304- аустенитный сплав общего-назначения

О сплаве JN- Производственные возможности и системы качества

Нужен ли для этого соединения материал Inconel 600 или углеродистая сталь?

JN Alloy поставляет трубы, трубы, пластины, стержни, фланцы и фитинги из Inconel 600 в соответствии со спецификациями ASTM/ASME с сертификатами заводских испытаний, отчетами PMI и полной отслеживаемостью. Сообщите нам комбинацию основных металлов, и мы поможем вам подобрать форму изделия в соответствии с вашим методом сварки.Посмотреть продукты Инконель 600.