В Выбор присадочного материала для сварки сплава 20 при изготовлении корпусов клапанов, первая ошибка заключается в том, что считается, будто одного лишь “химического соответствия” достаточно для решения вопроса. Сплав 20, или UNS N08020, используется потому, что он хорошо выдерживает воздействие серной кислоты, обладает достаточной стойкостью в средах с хлоридной, азотной и фосфорной кислотами и, как правило, может обрабатываться в сварном состоянии без послесварочной термообработки. Звучит просто. На практике это не так. Выбор правильного присадочного материала зависит от того, является ли соединение соединением сплава 20 со сплавом 20, сплава 20 с другим сплавом или зоной наплавки/ремонта, где разбавление приведет к изменению химического состава сварного металла в сторону, не соответствующую требуемому профилю коррозионной стойкости.
Для большинства швов однородных деталей, наплавок в области горловины и локальных сварных ремонтов стандартным решением в Выбор присадочного материала для сварки сплава 20 при изготовлении корпусов клапанов по-прежнему ER320LR для технологий с использованием проволоки и E320LR для покрытых электродов. Эта рекомендация — не просто традиция. Компания «Rolled Alloys» указывает, что при сварке стали 20Cb-3/UNS N08020 обычно используется присадочный материал ER320LR, а компания «Lincoln Electric» отмечает, что марка LR характеризуется пониженным содержанием углерода, кремния, фосфора и серы, что позволяет снизить риск образования горячих трещин и микротрещин. Именно поэтому опытные производители отдают предпочтение присадочным материалам класса 320LR перед более старыми, менее контролируемыми составами 320, когда ограничения и склонность к растрескиванию становятся реальными проблемами в производстве.
Выбор присадочного материала Alloy 20 для сварки корпусов клапанов зависит от типа соединения
Правильная последовательность выбора проста. Во-первых, определите комбинацию основного металла и приварного слоя. Во-вторых, решите, что лучше соответствует требованиям по коррозионной стойкости: приварной слой с составом, соответствующим составу основного металла, или перелегированный приварной слой. В-третьих, проверьте, какую степень разбавления создаст конструкция соединения. При сварке однородных сплавов первым кандидатом обычно является сплав 320LR, поскольку его химический состав был разработан с учетом условий эксплуатации сплава Alloy 20. Однако при сварке плакированных или разнородных соединений разбавление углеродистой сталью или другой нержавеющей сталью может привести к тому, что характеристики сварного шва по коррозионной стойкости будут отличаться от тех, которые вы, как вы полагали, заложили в спецификации. В руководстве «Rolled Alloys» прямо рекомендуется минимизировать разбавление при сварке со стороны плакированного материала и даже отмечается, что в тех случаях, когда необходимо компенсировать разбавление сталью, можно использовать корневой проход из более легированного сплава.
Еще один важный момент в Выбор присадочного материала для сварки сплава 20 при изготовлении корпусов клапанов — это соблюдение технологической дисциплины. В руководстве по изготовлению из стали 20Cb-3 рекомендуется поддерживать приток тепла на минимально возможном уровне, поскольку увеличение энергии дуги с целью принудительного смачивания или проварки является неверным решением. Для корневых швов труб и других соединений с полным провалом те же рекомендации предусматривают продувку до уровня содержания кислорода ниже 5000 ppm и определяют GTAW как наиболее подходящий метод ремонта. Другими словами, выбор присадочного материала не может быть отделен от качества сварки. Даже правильный расходный материал при плохо контролируемом корневом проходе всё равно приведёт к некачественному сварному соединению корпуса клапана.
Таблица решений по выбору практического наполнителя
| Схема сварки корпуса клапана | Рекомендуемое направление заполнения | Почему это, как правило, правильный выбор |
|---|---|---|
| Сварные соединения типа «встык» и угловые швы из сплава 20 к сплаву 20, а также стандартные ремонтные работы по корпусу | ER320LR / E320LR | Стандартный выбор для сварки стали 20Cb-3/UNS N08020; химический состав LR разработан с целью снижения риска образования горячих трещин и микротрещин при сохранении коррозионной стойкости. |
| Толстые или сдержанные профили из сплава 20, где контроль трещинообразования имеет решающее значение | ER320LR, как правило, с корневыми или восстановительными проходами, выполненными методом GTAW | В рекомендациях по изготовлению для ремонта предпочтение отдается низкому тепловому воздействию и сварке GTAW; чистота сплава 320LR обеспечивает лучшую свариваемость по сравнению с традиционными присадочными материалами марки 320. |
| Секции корпуса из сплава 20 с плакированной сталью или восстановленные детали с неизбежным разбавлением стали | ER320LR для плакированных слоёв; следует рассмотреть возможность использования более легированного буферного слоя/корневого слоя только в том случае, если это оправдано результатами квалификационных испытаний | Компания «Rolled Alloys» указывает, что со стороны плакировки используется сплав ER320LR/E320LR, при этом в отдельных случаях допускается использование более легированного корневого слоя для компенсации разбавления сталью. |
| Накладка на деталь клапана или переходный шов, где требуется более широкий запас прочности для защиты от локальной коррозии | Можно рассмотреть вариант ENiCrMo-3 | NiCrMo-3 широко применяется для наплавки никелевыми сплавами и специально рекомендуется для наплавки деталей клапанов и внутренних поверхностей труб благодаря высокой стойкости к точечной коррозии и коррозионному растрескиванию под напряжением (SCC). |
| Неясно выраженное несоответствие соединений или интенсивная эксплуатация с использованием различных материалов | Не выбирайте по привычке; убедитесь, что WPS одобрен конечным пользователем | Компания «Rolled Alloys» указывает, что окончательный выбор присадочного материала для соединений разнородных материалов должен быть одобрен конечным пользователем и прошел аттестацию у изготовителя. |
При выборе присадочного материала для сварки корпусов клапанов из сплава 20 следует отказаться от использования 320LR
Именно в этом многие статьи остаются слишком поверхностными. ENiCrMo-3, как правило, не является моим первым выбором для простой сварки корпуса клапана из сплава Alloy 20 к сплаву Alloy 20. Заготовка 320LR ближе к требуемому составу сплава Alloy 20 и является общепринятой отправной точкой для данной задачи. Однако Выбор присадочного материала для сварки сплава 20 при изготовлении корпусов клапанов изменяется, когда сварной шов перестает быть по-настоящему однородным. Если вы создаете переходный слой, накладываете покрытие на деталь или проводите квалификационные испытания соединения, условия эксплуатации которого менее благоприятны, чем предполагает выбор базового сплава, NiCrMo-3 становится серьезным инженерным решением, поскольку это проверенный сплав для наплавки деталей клапанов, обладающий высокой стойкостью к точечной коррозии и коррозионному растрескиванию под напряжением.
Тем не менее, не следует использовать ENiCrMo-3 в качестве “упрощенного” варианта модернизации, не проверив логику коррозионной устойчивости. В некоторых случаях разбавления сталью в области облицовки из сплава Alloy 20 опубликованные рекомендации по изготовлению фактически указывают на необходимость перехода к корневому материалу класса C-22, а не исходят из того, что один никелевый сплав подходит для любого граничного слоя. Таким образом, настоящий вопрос заключается в Выбор присадочного материала для сварки сплава 20 при изготовлении корпусов клапанов Вопрос заключается не в том, “какой наполнитель является самым прочным?”, а в том: “Какой состав наплавленного материала остается наиболее соответствующим требованиям по коррозионной стойкости с учётом разбавления, сдерживания, тепловыделения и циклов ремонта?” Именно на этот вопрос должна дать ответ надлежащая квалификация технологического процесса сварки (WPS).
Перед утверждением заказов на закупку я бы проверил пять пунктов: протоколы анализа основного металла (MTR), сплав соединительного металла на каждом сварном стыке, фактический химический состав в условиях эксплуатации, стратегию допустимого разбавления и сертификацию присадочного металла на уровне партии. Компания «Rolled Alloys» специально рекомендует, чтобы конечный пользователь получал заводские протоколы анализа материалов Alloy 20 и присадочных металлов, используемых при изготовлении. Для производителей клапанов и заказчиков EPC эта документация — не просто административная формальность; она является частью системы контроля риска коррозии.
Заключение
Для большинства производственных сварных швов, Выбор присадочного материала для сварки сплава 20 при изготовлении корпусов клапанов следует начинать с ER320LR/E320LR, а не с помощью обычного наполнителя из никеля и не на основе предположений, основанных на наличии. Перейдите к ENiCrMo-3 только в тех случаях, когда функциональные особенности соединения, характер разбавления или запас прочности на коррозию действительно оправдывают применение сплава с повышенным содержанием легирующих элементов. Если корпус клапана содержит разнородные границы раздела, плакированные участки или следы многократной ремонтной сварки, выбор присадочного материала должен основываться на утвержденной квалифицированной технологической инструкции по сварке (WPS), подкрепленной обоснованием с точки зрения коррозионной стойкости, а не на привычках закупщиков.
Если вы анализируете чертеж корпуса клапана, план ремонта или инструкцию по сварке (WPS) для работы со сплавом Alloy 20, компания 28Nickel готова помочь вам проверить конструкцию соединения, выбор присадочного материала и комплект документации до того, как вы окончательно определитесь с расходными материалами.
Связанные вопросы и ответы
1. Что лучше подходит для сварки шва корпуса клапана из стандартного сплава Alloy 20: ER320LR или ENiCrMo-3?
Для обычного шва «Alloy 20 — Alloy 20», ER320LR обычно является более подходящей отправной точкой, поскольку это стандартное направление наплавки для стали 20Cb-3/UNS N08020, а низкое содержание остаточных примесей в её составе призвано снизить риск горячего растрескивания. ENiCrMo-3 более целесообразно в тех случаях, когда сварной шов выполняет функцию наплавки, переходного слоя или усиления зоны защиты от коррозии, а не просто соединения из сплавов с одинаковым составом.
2. Требуется ли, как правило, термообработка сплава 20 после сварки корпуса клапана?
Как правило, нет. Согласно опубликованным данным по сплаву Alloy 20, сварные конструкции обычно эксплуатируются без послесварочной термообработки, а в руководствах по изготовлению содержится предупреждение о том, что термообработка для снятия напряжений в случае нержавеющих сталей или никелевых сплавов зачастую оказывается неэффективной или даже вредной при сварке.
3. Какова самая серьёзная ошибка, допускаемая при сварке корпуса клапана из сплава 20?
Рассматривать выбор присадочного материала как выбор из каталога, а не как проблему разбавления и коррозии. Низкий приток тепла, чистая продувка и правильный класс присадочного материала имеют одинаковое значение. Даже при использовании правильного присадочного материала плохой контроль содержания кислорода в корневом шве или чрезмерное разбавление могут ухудшить коррозионную стойкость.