Đặc tả quy trình hàn (WPS) cho hợp kim niken: Các biến-thiết yếu và không thiết yếu

Đặc tả quy trình hàn (WPS) cho hợp kim niken là gì?

WPS là một bảng hướng dẫn đủ điều kiện bằng văn bản,{0}}có mã, cho thợ hàn biết chính xác cách tạo ra mối hàn hợp kim niken tốt và chỉ có hiệu lực khi được hỗ trợ bởi Bản ghi chứng nhận quy trình (PQR) đã được kiểm tra.

Đặc tả quy trình hàn là tài liệu được kiểm soát liệt kê mọi thông số mà thợ hàn cần: loại kim loại cơ bản, kim loại phụ, thiết kế mối nối, nhiệt độ làm nóng trước và giữa các đường hàn, khí bảo vệ, cường độ dòng điện và dải điện áp, tốc độ di chuyển và-xử lý nhiệt sau mối hàn, nếu cần. Đối với các hợp kim niken nhưInconel 625, Inconel 718, Hastelloy C276, VàMonel 400, WPS không phải là một gợi ý; đó là hồ sơ pháp lý và chất lượng chứng minh, thông qua thử nghiệm cơ học của mối hàn thử nghiệm thực tế (PQR), các thông số được liệt kê tạo ra mối nối đáp ứng độ bền, độ dẻo và khả năng chống ăn mòn cần thiết.

Do hợp kim niken được sử dụng trong các dịch vụ ăn mòn,{0}}nhiệt độ cao và đông lạnh, chẳng hạn như đường ống ngoài khơi, lò phản ứng hóa học và các bộ phận hàng không vũ trụ, nên WPS không đủ tiêu chuẩn hoặc được kiểm soát kém có thể dẫn đến nứt, mất khả năng chống ăn mòn hoặc-hỏng hoạt động. Đây là lý do tại sao ASME Mục IX, AWS D10.18/D18.2 và ISO 15614-1 xác định chặt chẽ những biến nào không bao giờ có thể thay đổi nếu không được xác nhận lại.

Sự khác biệt giữa các biến thiết yếu và không{0}}thiết yếu là gì?

Các biến số cần thiết làm thay đổi tính chất cơ học hoặc tính ăn mòn của mối hàn và yêu cầu phải xác nhận lại chất lượng; các biến-không cần thiết chỉ ảnh hưởng đến kỹ thuật hoặc năng suất của thợ hàn và có thể được sửa đổi trên WPS mà không cần thử nghiệm mới.

Mã hàn phân loại mọi tham số trong WPS thành một trong ba loại. Hiểu cách phân loại này là kỹ năng quan trọng nhất đối với bất kỳ ai viết, đánh giá hoặc kiểm tra WPS hợp kim niken.

Các biến số thiết yếu: Một thay đổi vượt quá phạm vi đủ tiêu chuẩn sẽ làm mất hiệu lực WPS và yêu cầu PQR mới với thử nghiệm ăn mòn cơ học mới và nếu có.

Các biến số cần thiết bổ sung: Chỉ áp dụng khi WPS đủ điều kiện để kiểm tra độ bền (va đập)-, phổ biến trong các ứng dụng hợp kim niken đông lạnh và ngoài khơi; một sự thay đổi đòi hỏi phải có sự xác nhận lại về độ dẻo dai.

Các biến-không cần thiết: Có thể được thay đổi trong chính tài liệu WPS mà không cần xác nhận lại vì chúng không thay đổi đáng kể các thuộc tính chung.

Các biến cần thiết cho WPS hợp kim niken là gì?

Các biến số cần thiết cho hợp kim niken theo ASME Phần IX (QW{2}}404 đến QW-411) bao gồm số P-/nhóm UNS của kim loại cơ bản, số F- của kim loại phụ và số A, quy trình hàn, giới hạn nhiệt độ nung nóng trước và giữa các lớp, thiết kế rãnh, thành phần khí bảo vệ và đệm, đặc tính điện và xử lý nhiệt sau hàn.

Danh sách chính xác phụ thuộc vào quy trình hàn (SMAW, GTAW, GMAW, SAW), nhưng đối với hợp kim niken, những điều sau đây luôn được coi là cần thiết:

Nhóm kim loại cơ bản (P-Số/UNS):Việc thay đổi kim loại cơ bản bên ngoài nhóm số P{0}} hoặc hợp kim niken đủ tiêu chuẩn cần phải được xác nhận lại vì các hợp kim như Hastelloy C-276 (UNS N10276) và Inconel 625 (UNS N06625) có các nguyên tố hợp kim và độ nhạy nứt khác nhau.

Kim loại phụ F{0}}Số và A{1}}Số:Việc chuyển đổi phân loại kim loại phụ làm thay đổi thành phần hóa học của kim loại mối hàn, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chống ăn mòn và khả năng-nứt nóng trong hợp kim niken.

Quá trình hàn:Ví dụ, việc thay đổi từ GTAW sang GMAW sẽ thay đổi lượng nhiệt đầu vào, độ pha loãng và tốc độ làm mát, tất cả đều ảnh hưởng đến cấu trúc vi mô hợp kim niken.

Làm nóng trước và nhiệt độ giữa:Hợp kim niken có độ dẫn nhiệt thấp và dễ bị nứt nóng nên nhiệt độ tối đa giữa các lớp (thường là 300 đến 350 độ F) được coi là cần thiết, không giống như khi hàn thép cacbon thường không{2}}cần thiết.

Sau{0}}xử lý nhiệt mối hàn (PWHT):Việc thêm, loại bỏ hoặc thay đổi thời gian và nhiệt độ PWHT là cần thiết vì nó làm thay đổi phản ứng đông cứng-kết tủa và trạng thái ứng suất dư của các hợp kim như Inconel 718.

Thành phần khí bảo vệ và khí hỗ trợ:Hợp kim niken rất nhạy cảm với ô nhiễm khí quyển; sự thay đổi về loại khí hoặc việc loại bỏ lớp khí hỗ trợ có thể gây ra quá trình oxy hóa hoặc độ xốp, cả hai đều là-các yếu tố kích hoạt thiết yếu.

Đặc tính điện:Loại dòng điện (AC/DC), cực tính và sự thay đổi đáng kể trong phạm vi nhiệt đầu vào là rất cần thiết vì chúng kiểm soát độ pha loãng và tính lưu động của bể hàn.

Thiết kế rãnh và phạm vi độ dày đủ tiêu chuẩn:Thiết kế mối nối hoặc độ dày kim loại cơ bản nằm ngoài phạm vi được nêu trong phiếu kiểm tra PQR sẽ không đủ tiêu chuẩn.

Các biến-không cần thiết cho WPS hợp kim niken là gì?

-Các biến không cần thiết bao gồm các chi tiết cấp độ kỹ thuật-chẳng hạn như dây so với hạt dệt, phương pháp làm sạch giữa các lần chạy, góc ngọn đuốc, kích thước điện cực vonfram và những thay đổi nhỏ về thiết bị cố định, có thể được cập nhật trên WPS mà không cần thử nghiệm mới.

Vì các biến-không quan trọng không yêu cầu phải xác nhận lại nên chúng mang lại cho kỹ sư hàn sự linh hoạt để điều chỉnh quy trình đã được chứng minh cho phù hợp với các điều kiện cửa hàng khác nhau. Các biến số không cần thiết-điển hình cho hàn hợp kim niken bao gồm:

Kỹ thuật hạt chuỗi so với hạt dệt, trong giới hạn chiều rộng hợp lý.

Phương pháp làm sạch kẽ hở (chải cơ học bằng bàn chải chuyên dụng chỉ dành cho thép không gỉ/niken{0}}hoặc mài).

Loại bỏ mối nối đầu tiên và cuối cùng của mối hàn-để mài thẩm mỹ.

Những thay đổi nhỏ về góc mỏ hàn,-đầu tiếp xúc-đến-khoảng cách làm việc hoặc độ rộng dao động.

Vị trí, khi WPS đã đủ điều kiện ở vị trí bao gồm vị trí sử dụng (ví dụ: WPS đủ điều kiện 6G-bao gồm 1G đến 5G).

Thiết bị phụ trợ như bộ điều khiển xung, với điều kiện không vượt quá dải điện áp và dòng điện đủ tiêu chuẩn.

Nguyên tắc kỹ thuật quan trọng là: nếu theo quy tắc mã hoặc lý luận luyện kim, không thể hiển thị một thay đổi đối với biến để thay đổi độ bền kéo, độ dẻo uốn, độ bền va đập hoặc khả năng chống ăn mòn của mối nối thì điều đó được phân loại là không{0}}cần thiết.

Tại sao hợp kim niken lại nhạy cảm hơn với những thay đổi thiết yếu so với thép cacbon?

Hợp kim niken hóa rắn trong phạm vi nhiệt độ rộng hơn, chậm hơn, dẫn nhiệt chậm hơn và dễ bị lưu huỳnh, chì và các chất gây ô nhiễm có điểm nóng chảy-thấp{1}}thấp khác, do đó các thông số không-thiết yếu đối với thép cacbon, chẳng hạn như nhiệt độ giữa các lớp và phương pháp làm sạch, trở nên thiết yếu đối với hợp kim niken.

Một số đặc tính luyện kim của hợp kim niken giải thích tại sao việc kiểm soát WPS chặt chẽ hơn:

Độ dẫn nhiệt thấp:Nhiệt tập trung cục bộ thay vì tiêu tan, do đó nhiệt độ giữa các lớp quá cao sẽ làm tăng nguy cơ nứt nóng và phát triển hạt.

Phạm vi hóa rắn rộng:Hợp kim niken tạo thành một vùng hai pha-mềm trong quá trình làm mát, rất dễ bị nứt do đông đặc (nóng) nếu không kiểm soát được lượng nhiệt đầu vào hoặc hạn chế.

Hệ số giãn nở nhiệt cao:Hợp kim niken giãn nở và co lại nhiều hơn thép cacbon, làm tăng ứng suất dư và biến dạng, điều này làm tăng hậu quả của bất kỳ thay đổi nào về nhiệt đầu vào.

Độ nhạy ô nhiễm:Vết lưu huỳnh, chì, phốt pho hoặc kẽm được truyền từ bút màu đánh dấu, dầu cắt hoặc đá mài dùng chung có thể gây ra hiện tượng giòn kim loại-ở dạng lỏng, vì vậy các phương pháp làm sạch và chế tạo dụng cụ có trọng lượng lớn hơn so với chế tạo thép cacbon.

Hiệu suất ăn mòn phụ thuộc vào-hóa học:Không giống như thép cacbon, trong đó độ bền cơ học thường là mối quan tâm chính, hợp kim niken thường được chọn đặc biệt để chống ăn mòn, do đó, bất kỳ biến số nào làm thay đổi thành phần hóa học của kim loại mối hàn, chẳng hạn như kim loại phụ hoặc khí bảo vệ, đều có tác động cấp độ-thiết yếu.

Những quy tắc nào chi phối tiêu chuẩn WPS dành cho hợp kim niken?

ASME Phần IX là tài liệu tham khảo chính cho các biến thiết yếu, thiết yếu bổ sung và không{0}}thiết yếu ở Bắc Mỹ; AWS D10.18/D18.2 bổ sung hướng dẫn cụ thể về-hợp kim-niken, trong khi ISO 15614-1 và NACE MR0175/ISO 15156 áp dụng cho các dự án quốc tế và kiểm soát ăn mòn dịch vụ chua.

ASME Phần IX (Mã nồi hơi và bình chịu áp lực):Xác định các biến thiết yếu, thiết yếu bổ sung và không{0}}thiết yếu bằng quy trình hàn trong QW-250 đến QW-267 và bao gồm các số P hợp kim niken, chủ yếu là các nhóm từ P-41 đến P-49.

AWS D10.18/D18.2:Cung cấp hướng dẫn hàn và kiểm tra cụ thể cho đường ống và ống bằng thép không gỉ và hợp kim niken, bao gồm các khuyến nghị về nhiệt độ và độ sạch giữa các đường ống.

ISO 15614-1:Tiêu chuẩn tương đương của Châu Âu và quốc tế về trình độ quy trình, sử dụng cấu trúc biến-thiết yếu tương tự theo hệ thống đánh số mệnh đề khác.

NACE MR0175 / ISO 15156:Quản lý các yêu cầu về vật liệu và hàn đối với hợp kim niken trong dịch vụ dầu khí chua (có chứa H2S{1}}, bổ sung các yêu cầu kiểm tra độ cứng và ăn mòn- bên cạnh tiêu chuẩn cơ học tiêu chuẩn.

ASME B31.3/B31.1:Mã quy trình và đường ống điện yêu cầu ASME IX để đánh giá quy trình và bổ sung các yêu cầu-dành riêng cho dịch vụ dành cho hệ thống đường ống hợp kim niken.

Điều gì xảy ra nếu một biến thiết yếu thay đổi bên ngoài phạm vi đủ điều kiện của nó?

Bất kỳ thay đổi biến thiết yếu nào nằm ngoài phạm vi đủ điều kiện sẽ ngay lập tức làm mất hiệu lực WPS để sử dụng trong sản xuất và mối hàn thử nghiệm mới phải được thực hiện, kiểm tra và ghi lại trong PQR mới hoặc sửa đổi trước khi hàn có thể tiếp tục.

Trong thực tế, điều này có nghĩa là kỹ sư hàn không thể chỉ cập nhật tài liệu và tiếp tục hàn. Một phiếu giảm giá mới phải được hàn theo các thông số đề xuất, sau đó phải trải qua thử nghiệm bắt buộc, thường là độ bền kéo, uốn cong có hướng dẫn và đối với nhiều ứng dụng hợp kim niken, thử nghiệm va đập và ăn mòn (chẳng hạn như ASTM G28 hoặc G48 về khả năng chống ăn mòn giữa các hạt và rỗ). Chỉ sau khi phiếu giảm giá vượt qua tất cả các bài kiểm tra bắt buộc thì WPS mới có thể được sửa đổi và đưa vào sử dụng trong sản xuất hàn. Bỏ qua bước này là một trong những nguyên nhân gốc rễ phổ biến nhất gây ra lỗi mối hàn hợp kim niken được phát hiện trong quá trình kiểm tra chất lượng và điều tra sau -lỗi.

Làm thế nào WPS đủ tiêu chuẩn cho hợp kim niken?

Việc đánh giá tuân theo chu trình bốn-bước: hàn phiếu giảm giá thử nghiệm theo các thông số được đề xuất, kiểm tra phiếu giảm giá theo yêu cầu mã hóa, ghi kết quả vào PQR, sau đó đưa ra WPS sản xuất tham chiếu PQR đó.

Bước 1: Hàn Phiếu kiểm tra

Một thợ hàn có trình độ tạo ra một mối hàn thử nghiệm bằng cách sử dụng kim loại cơ bản, kim loại phụ, quy trình và các thông số chính xác dành cho sản xuất, tuân theo các phạm vi thông số sơ bộ được chọn từ kinh nghiệm trước đó hoặc dữ liệu của nhà sản xuất kim loại phụ.

Bước 2: Kiểm tra phiếu giảm giá

Phiếu giảm giá được phân đoạn và kiểm tra theo yêu cầu của mã: kiểm tra độ bền kéo để xác nhận độ bền, kiểm tra uốn cong có hướng dẫn để xác nhận độ dẻo và không có khuyết tật, và khi ứng dụng yêu cầu, kiểm tra va đập (Charpy) để kiểm tra độ bền và ăn mòn để chống rỗ hoặc chống tấn công giữa các hạt.

Bước 3: Ghi lại PQR

Hồ sơ đánh giá quy trình ghi lại các thông số thực tế được sử dụng và kết quả kiểm tra đạt được. PQR là bằng chứng; WPS là hướng dẫn bắt nguồn từ bằng chứng đó.

Bước 4: Phát hành WPS

WPS liệt kê các phạm vi đủ tiêu chuẩn cho tất cả các biến thiết yếu, thiết yếu bổ sung và không thiết yếu, đồng thời trở thành tài liệu được kiểm soát mà thợ hàn tuân theo trong quá trình sản xuất, tùy thuộc vào chứng nhận hiệu suất thợ hàn (WPQ) liên tục cho từng thợ hàn.

Cần thiết và Không{1}}Cần thiết

Bảng dưới đây tóm tắt cách xử lý khác nhau của cùng một loại biến đối với hợp kim niken so với thép cacbon và liệu một thay đổi có cần phải tái thẩm định WPS hay không.

Câu hỏi thường gặp

Kim loại phụ có phải luôn là một biến số thiết yếu đối với hợp kim niken không?

Đúng. Theo ASME Mục IX, việc thay đổi số F{1}}hoặc số A{2}}của kim loại phụ là cần thiết cho mọi quy trình vì khả năng chống ăn mòn và chống nứt của hợp kim niken phụ thuộc trực tiếp vào thành phần hóa học của kim loại mối hàn.

WPS đủ điều kiện cho Inconel 625 có thể được sử dụng cho Inconel 718 không?

Không phải không có sự chứng nhận lại trong hầu hết các trường hợp. Mặc dù cả hai đều có nguồn gốc từ niken-nhưng chúng thuộc các nhóm kim loại cơ bản khác nhau với các cơ chế tăng cường khác nhau (làm cứng-dung dịch rắn và làm cứng-kết tủa), do đó, việc thay đổi kim loại cơ bản được coi là cần thiết.

Vị trí hàn có yêu cầu xác nhận lại WPS cho hợp kim niken không?

Nói chung là không, miễn là WPS ban đầu đủ tiêu chuẩn ở một vị trí, chẳng hạn như 6G, mà theo quy tắc mã sẽ bao gồm vị trí được sử dụng trong sản xuất. Vị trí là một biến không-thiết yếu trong ASME Phần IX.

Tại sao nhiệt độ giữa các lớp được coi là cần thiết cho hợp kim niken mà không phải là thép cacbon?

Bởi vì hợp kim niken có độ dẫn nhiệt thấp và phạm vi hóa rắn rộng, sự tích tụ nhiệt dư thừa giữa các lần hàn làm tăng đáng kể nguy cơ nứt nóng. Thép carbon tản nhiệt hiệu quả hơn và ít nhạy cảm hơn với vết nứt-, do đó, nhiệt độ giữa các lớp của nó thường không-cần thiết.

Thử nghiệm nào được thêm vào cho hợp kim niken ngoài các thử nghiệm kéo và uốn tiêu chuẩn?

Nhiều ứng dụng hợp kim niken bổ sung thêm thử nghiệm ăn mòn, chẳng hạn như ASTM G28 cho sự tấn công giữa các hạt hoặc ASTM G48 cho khả năng chống ăn mòn rỗ và kẽ hở, cộng với thử nghiệm va đập khi nhiệt độ sử dụng yêu cầu độ bền đã được chứng minh.

Phần kết luận

Việc phân loại chính xác các biến thiết yếu và không{0}}thiết yếu không phải là công việc giấy tờ; đó là cơ chế giữ độ bền cơ học và khả năng chống ăn mòn của mối hàn hợp kim niken trong giới hạn đã được kiểm chứng, đã được kiểm chứng.

WPS được kiểm soát chặt chẽ là yếu tố cho phép các thành phần hợp kim niken hoạt động đáng tin cậy trong các dịch vụ khắc nghiệt nhất: giếng khí chua, nhà máy xử lý hóa chất và kho chứa đông lạnh. Các nhà sản xuất và nhà chế tạo coi việc kiểm soát-biến đổi thiết yếu là nguyên tắc chất lượng cốt lõi, thay vì hình thức lập tài liệu, luôn tạo ra các mối hàn vượt qua kiểm tra mã ngay lần đầu tiên và hoạt động trong nhiều thập kỷ. Đối với các dự án liên quan đến Inconel, Hastelloy, Monel hoặc các hợp kim dựa trên niken- khác, việc thu hút nhà chế tạo bằng thư viện đã được chứng minh về các gói WPS/PQR đủ điều kiện và hỗ trợ luyện kim nội bộ- giúp giảm đáng kể rủi ro về tiến độ và chi phí bảo trì dài hạn-.