Schweißzusätze für Verbindungen aus unterschiedlichen Nickellegierungen: Auswahlmatrix für Zusatzwerkstoffe

Für die meisten Verbindungen aus unterschiedlichen Nickellegierungen ist ERNiCrMo-3 (AWS A5.14, vermarktet als Inconel 625-Füllstoff) das Standardfüllmetall, da sein hoher Nickel-, Chrom- und Molybdängehalt eine Verdünnung durch Kohlenstoffstahl toleriert.Edelstahloder Duplex-Basismetall ohne Verlust der Rissbeständigkeit oder Korrosionsleistung.

Höhere -Legierungsfüllstoffe wie ERNiCrMo-4 oder ERNiCrMo-14 sind für Verbindungen mit Legierungen mit hohem Molybdängehalt wie Hastelloy C-276 oder C-22 reserviert, bei denen eine entsprechende Korrosionsbeständigkeit und nicht nur Risstoleranz erforderlich ist. Die richtige Wahl hängt immer von der Berechnung der Verdünnung anhand eines Schaeffler- oder WRC-1992-Diagramms ab und nicht davon, dass das teurere Grundmetall nur namentlich zugeordnet wird.

Welches Zusatzmetall sollten Sie für Verbindungen aus unterschiedlichen Nickellegierungen verwenden?

ERNiCrMo-3 (Füllstoff vom Typ Inconel 625-) ist der sichere Standard für die überwiegende Mehrheit der Verbindungen aus unterschiedlichen Nickellegierungen, da es sich problemlos mit Kohlenstoffstahl, Edelstahl, Duplex und den meisten anderen Nickellegierungen verdünnt und gleichzeitig eine rissbeständige, korrosionsbeständige Schweißablagerung erhält.

Das Schweißen verschiedener Metalle, bei denen zwei unterschiedliche Legierungen an einer einzigen Verbindungsstelle verbunden werden, ist bei der Herstellung von Nickellegierungen üblich: eine mit 625- verkleidete Reaktordüse, die an einen Kohlenstoffstahlmantel geschweißt ist, ein Hastelloy-Rohr, das in einen Rohrboden aus rostfreiem Stahl geschweißt ist, oder ein Monel-Ventilkörper, der an ein Kupfer-Nickel-Rohr geschweißt ist. In jedem Fall wird das Schweißzusatzwerkstoff so ausgewählt, dass er sich an die Schweißbadchemie anpasst, die sich aus der Mischung beider Grundmetalle ergibt, und nicht nur, um zu einem der beiden zu passen.

ERNiCrMo-3 ist zum Standard geworden, weil seine Grundchemie, etwa 62 % Nickel, 21,5 % Chrom, 9 % Molybdän und 3,6 % Niob, genug Nickel enthält, um duktil und rissbeständig zu bleiben, selbst wenn es Eisen aus einem Grundmetall aus Kohlenstoffstahl oder Edelstahl aufnimmt, und genügend Chrom und Molybdän, um nach der Verdünnung eine bedeutende Korrosionsbeständigkeit aufrechtzuerhalten. Niob unterdrückt außerdem die Heißrissbildung während der Erstarrung, was beim Schweißen stark beanspruchter ungleicher Verbindungen von entscheidender Bedeutung ist.

Warum ist die Verdünnungskontrolle bei Schweißnähten aus unterschiedlichen Nickellegierungen wichtiger?

Die Verdünnung bestimmt die endgültige Schweißmetallchemie und kann bei ungleichen Verbindungen dazu führen, dass die Ablagerung ihren sicheren Zusammensetzungsbereich verlässt, was zu Heißrissen oder Martensitbildung führt, es sei denn, das Zusatzwerkstoff wird als Puffer gegen diese Verschiebung ausgewählt.

Unter Verdünnung versteht man den Prozentsatz des fertigen Schweißguts, der aus geschmolzenem Grundmetall und nicht aus dem Zusatzdraht oder der Elektrode stammt. Bei einer ähnlichen-Metallverbindung verändert die Verdünnung das Ergebnis kaum, da beide Seiten die gleiche Chemie aufweisen. Bei einer unähnlichen Verbindung kann die Verdünnung das Schweißgut über eine beträchtliche Strecke über ein Phasendiagramm ziehen.

Schweißen von Nickellegierungen an Kohlenstoffstahl:Die Eisenaufnahme von der Seite des Kohlenstoffstahls verdünnt den Nickelgehalt des Schweißbades. Wenn der Füllstoff zum Ausgleich nicht genügend Nickel enthält, kann die entstehende Ablagerung spröden Martensit in der Schmelzzone bilden.

Schweißen von Nickellegierungen an austenitischen Edelstahl:Die Verdünnung ist milder, aber der Chrom- und Molybdängehalt kann dennoch unter den für eine vollständige Korrosionsbeständigkeit in der Betriebsumgebung erforderlichen Schwellenwert fallen.

Anschweißen einer NickellegierungDuplex-Edelstahl: Eine Verdünnung kann das Ferrit-{0}}Austenit-Gleichgewicht in der Schmelzzone stören. Daher muss die Auswahl des Füllstoffs sowohl die Verdünnungschemie als auch das Phasengleichgewicht berücksichtigen und nicht nur die Korrosionsbeständigkeit.

Schweißingenieure prognostizieren dieses Ergebnis anhand des Schaeffler-Diagramms oder, genauer gesagt für Füllstoffe mit hohem Nickelgehalt, des WRC-1992-Diagramms, in dem das Chromäquivalent gegen das Nickeläquivalent aufgetragen wird, um zu bestätigen, dass das verdünnte Schweißgut vor Beginn des Schweißens in einem rissbeständigen, duktilen Bereich landet.

Was ist die Auswahlmatrix für Zusatzwerkstoffe für gängige ungleiche Verbindungen?

ERNiCrMo-3 deckt die meisten unterschiedlichen Verbindungen mit Inconel 625, 718 oder 825 ab; ERNiCrMo-4 oder ERNiCrMo-14 sind erforderlich, wenn das Grundmetall Hastelloy C-276 oder C-22 seine volle Korrosionsbeständigkeit über die gesamte Verbindung hinweg beibehalten muss.

Diese Matrix ist ein Ausgangspunkt und kein Ersatz für einen qualifizierten WPS/PQR. Die tatsächliche Füllstoffauswahl muss immer anhand der ASME Abschnitt IX-Qualifikation, der spezifischen Grundmetalldicken und der Betriebsumgebung bestätigt werden, da Faktoren wie Sauergasgehalt oder kryogene Belastung die allgemeine Empfehlung außer Kraft setzen können.

Warum ist ERNiCrMo-3 die Standardwahl für die unterschiedlichsten Nickelverbindungen?

ERNiCrMo-3 toleriert einen größeren Verdünnungsbereich als fast jeder andere Nickelfüllstoff und landet dennoch in der riss{2}}beständigen, korrosionsbeständigen Zone des WRC-1992-Diagramms, was es zum Standard mit dem geringsten Risiko für Kombinationen aus Kohlenstoffstahl, Edelstahl und Duplex macht.

Drei Eigenschaften erklären seine Dominanz bei unterschiedlichen Gelenkanwendungen:

Große Verdünnungstoleranz:Da seine Grundzusammensetzung bereits einen hohen Nickel- und mäßigen Chrom- und Molybdängehalt aufweist, kann es eine 20- bis 30-prozentige Verdünnung durch eisenbasierte Metalle absorbieren und behält dennoch eine akzeptable Duktilität und Korrosionsbeständigkeit bei.

Heißrissbeständigkeit von Niob:Niob bildet stabile Karbide und Laves-Phasen, die den Rissweg während der Erstarrung unterbrechen, was bei stark beanspruchten unähnlichen Verbindungen, bei denen die Eigenspannung erhöht ist, am wichtigsten ist.

Breite Code-Akzeptanz:ERNiCrMo-3 (GTAW/GMAW) und ENiCrMo-3 (SMAW) sind gemäß ASME Abschnitt IX, AWS A5.14 und A5.11 qualifiziert und in EPC-Schweißspezifikationen weitgehend vorab zugelassen, was die Verfahrensqualifizierungszeit und die Beschaffungsvorlaufzeit verkürzt.

Wann sollten Sie ERNiCrMo-4 oder ERNiCrMo-14 anstelle von ERNiCrMo-3 verwenden?

Verwenden Sie ERNiCrMo-4 oder ERNiCrMo-14, wenn die Verbindung aus Hastelloy C-276- oder C-22-Grundmetall besteht und die Betriebsumgebung erfordert, dass das Schweißgut der überlegenen Beständigkeit des Grundmetalls gegenüber Lochfraß, Spaltkorrosion oder gemischten oxidierenden/reduzierenden Säuren entspricht, da ERNiCrMo-3 nach der Verdünnung nicht genügend Molybdän enthält, um mit diesen Legierungen mitzuhalten.

ERNiCrMo-4 (Hastelloy C-276 Füllstoff):Wird ausgewählt, wenn das Grundmetall C-276 ist und der Einsatz, z. B. Sauergas mit hohem Chloridgehalt, die volle Lochfraß-Widerstandsäquivalentzahl (PREN) der Grundlegierung und nicht die niedrigere PREN einer verdünnten Ablagerung vom Typ 625 erfordert.

ERNiCrMo-14 (Hastelloy C-22 Füllstoff):Ausgewählt für C-22-Basismetalle in Umgebungen mit gemischten Säuren (Salpeter-, Salz- und Schwefelsäurekombinationen), in denen die ausgewogene Beständigkeit von C-22 gegenüber oxidierenden und reduzierenden Bedingungen in der Schweißnaht erhalten bleiben muss.

In der Praxis ist die Verwendung von ERNiCrMo-3 an einer C-276-Verbindung ein häufiger und kostspieliger Spezifikationsfehler: Die Verbindung besteht oft die standardmäßigen mechanischen Tests, kann aber im Betrieb vorzeitig ausfallen, wenn die Umgebung aggressiv genug ist, um den geringeren Molybdängehalt des verdünnten Schweißguts auszunutzen. Bei der Auswahl des Füllstoffs sollte immer die korrosive Umgebung berücksichtigt werden, nicht nur die Schweißbarkeit oder die Kosten.

Wie schweißt man Nickellegierungen an Kohlenstoff- oder niedrig{0}legierten Stahl?

Nickel{0}}zu-Verbindungen erfordern entweder eine Butterschicht aus Nickellegierungsfüllstoff auf der Stahlseite vor dem endgültigen Zusammenbau oder einen Füller mit hohem Nickelgehalt, der in einer kontrollierten Technik mit geringer -Verdünnung aufgetragen wird, um zu verhindern, dass durch Eisenaufnahme spröder Martensit in der Schmelzzone entsteht.

Kohlenstoff- und niedriglegierte Stähle tragen im Verhältnis zu ihrer Dicke große Mengen Eisen zum Schweißbad bei und enthalten im Gegensatz zu rostfreiem Stahl kein Chrom oder Nickel, um diesen Effekt abzumildern. Zwei Praktiken steuern das Ergebnis:

Buttern:Eine Schicht aus ERNiCrMo-3 (oder einer passenden Legierung) wird auf die Stahlfläche aufgetragen, abkühlen gelassen und anschließend flachgeschliffen. Die endgültige Verbindungsschweißung erfolgt dann zwischen zwei nickelreichen Oberflächen, wodurch im Wesentlichen eine unterschiedliche Verbindung in eine nahezu ähnliche umgewandelt wird und das Verdünnungsrisiko drastisch reduziert wird.

Geringe Wärmeeinbringung, Stringer-bead-Technik:Wenn das Buttern nicht praktikabel ist, wird durch die Minimierung der Wärmezufuhr und die Verwendung mehrerer Stringer-Durchgänge anstelle eines einzigen großen Webdurchgangs begrenzt, wie tief der Stahl geschmolzen wird und wie viel Eisen in das Schweißbad gelangt.

Bei Verbindungen mit dickem{0}Abschnitt, hohem-Druck oder zyklischen{2}Betriebsverbindungen, wie z. B. Reaktordüsen-zu-Schweißnähten, wird das Buttern dringend empfohlen, da es eine vorhersagbare, normgerechte Verdünnung ergibt, unabhängig davon, wer die letzte Feldschweißung durchführt.

Wie schweißt man Nickellegierungen an Duplex- oder Superduplex-Edelstahl?

ERNiCrMo-3 ist auch der Standardfüllstoff für Nickel-Legierungen-zu-Duplex-Verbindungen, da es eine Störung des Ferrit-Austenit-Phasengleichgewichts vermeidet, auf das Duplex-Edelstahl für seine Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit angewiesen ist.

Duplex- und Super-Duplex-Edelstähle basieren auf einer ungefähr 50/50 Ferrit--Austenit-Mikrostruktur. Das Verschweißen mit Nickellegierungen mit einem passenden Duplex-Füllstoff kann die Schmelzzone in Richtung eines Ferritüberschusses verschieben, da die Verdünnung der Nickellegierung das Gleichgewicht unvorhersehbar verändert. Durch die Verwendung eines vollständig austenitischen Füllstoffs mit hohem -Nickelgehalt wie ERNiCrMo-3 wird dieses Problem vermieden: Das resultierende Schweißgut ist auf beiden Seiten der Schmelzgrenze austenitisch, wodurch die Frage der Ferritkontrolle vollständig umgangen wird, während dennoch eine Korrosionsbeständigkeit bereitgestellt wird, die bei den meisten Anwendungen die des Duplex-Grundmetalls übertrifft.

Welche Rolle spielt Buttering bei Schweißnähten aus unterschiedlichen Metallen?

Durch das Buttern wird die endgültige Produktionsschweißnaht vom direkten Kontakt mit dem stärker verdünnungs-anfälligen Grundmetall getrennt, sodass die Verbindung unabhängig von der Abschnittsdicke oder den Feldbedingungen mit einer vorhersehbaren, gering{1}}verdünnten chemischen Zusammensetzung qualifiziert und geschweißt werden kann.

Das Buttern ist in drei Fällen besonders wertvoll: dicke Kohlenstoffstahlabschnitte, bei denen die Verdünnung andernfalls stark wäre, Verbindungen zwischen Werkstatt und Feld, bei denen das Buttern unter kontrollierten Werkstattbedingungen durchgeführt werden kann und die abschließende Feldschweißung nur ähnlich nickelreiche Oberflächen verbindet, und Reparaturschweißen, bei denen die ursprüngliche Grundmetallzusammensetzung ungewiss ist. Eine gebördelte Verbindung lässt sich auch leichter nach ASME Abschnitt IX qualifizieren, da die PQR auf der gut-charakterisierten endgültigen Nickel-zu-Nickel-Schweißnaht basieren kann und nicht auf einer variableren direkten, unterschiedlichen Schweißnaht.

Welche Vorschriften und Normen regeln die Auswahl des Zusatzwerkstoffes für Verbindungen aus unterschiedlichem Nickel?

AWS A5.11 und A5.14 klassifizieren die Füllmetalle selbst, ASME Abschnitt IX regelt die Verfahrensqualifikation für die Verbindung und NACE MR0175/ISO 15156 fügt Härte- und Korrosionsprüfungsanforderungen{4} hinzu, wenn der Service saure (H2S) Bedingungen beinhaltet.

AWS A5.14 (blanke Schweißstäbe und Elektroden aus Nickel und Nickellegierungen):Klassifiziert GTAW- und GMAW-Zusatzdrähte, einschließlich ERNiCrMo-3, ERNiCrMo-4 und ERNiCrMo-14, nach chemischer Zusammensetzung.

AWS A5.11 (Mit Nickel und Nickellegierung beschichtete Elektroden):Klassifiziert SMAW-Elektroden wie ENiCrMo-3 und ENiCrMo-4 für dieselben Legierungsfamilien.

ASME Abschnitt IX:Regelt die WPS/PQR-Qualifikation für die unähnliche Verbindung und behandelt eine Änderung der F--Nummer oder A--Nummer des Zusatzwerkstoffs oder eine Änderung der P--Nummer des Grundmetalls als eine wesentliche Variable, die eine Neuqualifizierung erfordert.

NACE MR0175 / ISO 15156:Fügt Härtegrenzwerte und Korrosionstestanforderungen (wie ASTM G48) für Schweißnähte aus unterschiedlichen Nickellegierungen hinzu, die in der sauren Öl- und Gasindustrie verwendet werden.

Häufig gestellte Fragen

Kann ich Edelstahlfüller 309L verwenden, um Inconel 625 mit Kohlenstoffstahl zu verbinden?

Es wird nicht empfohlen.. 309L fehlt der Nickelgehalt, um die Eisenverdünnung aus dicken Kohlenstoffstahlabschnitten zuverlässig abzufedern, und es enthält nicht das Molybdän oder Niob, das erforderlich ist, um die Korrosionsbeständigkeit oder Heißrissbeständigkeit von 625 zu erreichen.- ERNiCrMo-3, idealerweise mit Butterfuge, ist die richtige Wahl.

Ist der Füllstoff ERNiCrMo-3 dasselbe wie das Grundmetall Inconel 625?

Es ist eng verwandt, aber nicht identisch. ERNiCrMo-3-Fülldraht ist mit einem etwas höheren Niobgehalt als Standard-625-Grundmetall formuliert, um speziell der Heißrissbildung während der Erstarrung entgegenzuwirken, da Schweißgut anders abkühlt und erstarrt als bearbeitetes oder gegossenes Grundmetall.

Muss ich beide Seiten einer unterschiedlichen Verbindung mit Butter bestreichen oder nur die Stahlseite?

Normalerweise muss nur die Seite aus Kohlenstoff- oder niedrig{0}legiertem Stahl mit Butter bestreut werden. Die Nickellegierungs- oder Edelstahlseite verfügt bereits über eine kompatible Chemie und verdünnt das Schweißbad nicht wesentlich mit schädlichen Elementen.

Was passiert, wenn für eine unterschiedliche Nickelverbindung das falsche Zusatzmetall verwendet wird?

Die Verbindung besteht möglicherweise die ersten mechanischen Tests, versagt jedoch im Betrieb vorzeitig durch Heißrissbildung, Martensitbildung oder örtliche Korrosion, da Standard-Zug- und Biegetests nicht immer eine geringfügige Verdünnungschemie oder eine langfristige Korrosionsanfälligkeit erkennen lassen.

Zählt die Auswahl des Zusatzwerkstoffes als wesentliche Variable gemäß ASME Abschnitt IX?

Ja. Eine Änderung der F--Nummer oder A--Nummer des Zusatzmetalls ist eine wesentliche Variable, was bedeutet, dass jede Änderung eine Neuqualifizierung des WPS mit einem neuen PQR erfordert, bevor es in der Produktion verwendet werden kann.

Abschluss

Die Auswahl des richtigen Zusatzwerkstoffs für eine Verbindung aus einer anderen Nickellegierung bedeutet, die verdünnte Schweißchemie vorherzusagen und sie an die Einsatzumgebung anzupassen, und nicht einfach den Zusatzwerkstoff auszuwählen, der einen Namen mit einem der Grundmetalle hat.

Verbindungen aus unterschiedlichen Nickellegierungen befinden sich an der Schnittstelle von Metallurgie und Korrosionstechnik: Das Füllmetall muss erfolgreich schweißen, Rissbildung bei Verdünnung widerstehen und eine Korrosionsleistung bieten, die der tatsächlichen Betriebsumgebung entspricht, manchmal auch für das anspruchsvollere der beiden Grundmetalle.

Verarbeiter, die die Verdünnung mit Schaeffler- oder WRC-1992-Diagrammen berechnen, gegebenenfalls Buttering spezifizieren und Verfahren gemäß ASME Abschnitt IX qualifizieren, vermeiden konsequent die vorzeitigen Ausfälle, die dadurch entstehen, dass die Auswahl des Zusatzwerkstoffs als einfache Suche betrachtet wird. Bei kritischen ungleichen Verbindungen in Inconel-, Hastelloy- oder Monel-Systemen reduziert die Zusammenarbeit mit einem Lieferanten, der das gesamte Sortiment an passenden Füllmetallen auf Lager hat und die WPS/PQR-Entwicklung unterstützen kann, sowohl das Herstellungsrisiko als auch die langfristigen Wartungskosten erheblich.