Сварочный стержень из никелевого сплава Monel K500

Сплав Monel K500 можно сваривать, но шов не будет таким же прочным, как соединяемый сплав. Это не дефект процедуры. Это свойство единственного присадочного металла, рекомендованного для данной работы, и это первое, что должен знать изготовитель, прежде чем будет зафиксирован чертеж.

Причина кроется в одном опубликованном предложении. Присадочный металл, нанесенный маркой, используемой для этого сплаване подвергается упрочнению старением, и при использовании для соединения Monel K500 он имеет более низкую прочность, чем основной металл. Monel K500 получает свою прочность благодаря термообработке, которая осаждает частицы по всему материалу. Соответствующий присадочный металл имеет схожий химический состав, но не имеет пригодной реакции старения, поэтому термообработка после сварки упрочняет основной металл вокруг сварного шва, оставляя сварочный металл там, где он был.

Рекомендуется один присадочный металл для соединения этого сплава, и он обозначен во всех классификационных системах, которые покупатель, скорее всего, будет использовать. Одна и та же проволока подходит для всех них, поэтому запрос, цитирующий одну систему, и сертификат завода, цитирующий другую, могут описывать один и тот же продукт.

Два из этих номеров легко перепутать, и стоит их разделить один раз. Присадочный материал — 2.4377. Основной металл — 2.4375. Они отличаются последней цифрой и являются разными материалами.

Две приведенные ниже цифры взяты из двух разных документов, и их сопоставление является основной причиной существования этой страницы. Одна — это минимум, который должен обеспечить присадочный металл. Другая — это минимум, который должен обеспечить основной металл в состоянии, в котором поставляется большинство деталей.

Наплавка гарантируется наполовине прочности на растяжениеупрочненного старением прутка, который она соединяет, и зазор не закрывается ничем, сделанным после сварки. Опубликованное описание наплавки заключается в том, что ее свойства аналогичны свойствам сплава Monel 400, и именно так следует ее рассматривать: сварной узел K500 содержит область материала уровня сплава 400, проходящую через него.

Из чертежа следуют два следствия. Сварной шов в K500 должен располагаться там, где конструкция допускает область с более низкой прочностью, что обычно означает вдали от участка с наибольшей нагрузкой. И там, где полная упрочненная прочность должна пересекать шов, шов должен быть выполнен методом, который не полагается на присадочный металл, или деталь должна быть перепроектирована, чтобы избежать шва.

Опубликованное руководство по сплавам находится рядом и не противоречит ему, хотя эти два текста могут показаться противоречивыми. В бюллетене по сплавам указано, что сварные швы могут быть получены с прочностью упрочненного старением основного металла, если после сварки применяется обработка старением, что является утверждением о сборке. В спецификации присадочного металла указано, что сварочный металл не подвергается упрочнению старением, что является утверждением о наплавке. Оба утверждения верны: основной металл вокруг сварного шва восстанавливает свою упрочненную прочность при старении сварной сборки, а наплавка — нет.

Это часть процедуры, которая чаще всего сжимается, и сжатие приводит к получению детали, которая не проходит проверку или выходит из строя на ранней стадии эксплуатации. Опубликованная последовательность для сварного компонента K500 включает отжиг между сваркой и старением, что означает три термические операции в общей сложности.

Отжиг имеет второе следствие, выходящее за пределы сварного шва. Каждая часть сборки проходит через 850-900 °C, а затем через цикл старения, поэтому все остальное, присоединенное к той же конструкции, должно выдержать оба. Прокладка, уплотнение, болтовое соединение или вставка, которые не выдерживают этих температур, должны быть установлены после термообработки, что является решением по маршрутизации, а не по сварке, и его стоит решить на стадии чертежа.

Опубликованное руководство также предупреждает о другом направлении. Перестаренным материалом нельзя восстановить путем дальнейшей обработки старением: деталь должна быть подвергнута отжигу в растворе при 1800-1900 °F для повторного растворения осадка, а затем снова состарена, и польза от любой холодной деформации теряется при этом отжиге. Сварная сборка, которая подвергается слишком длительному воздействию температуры, поэтому не имеет пути обратно к своему проектному состоянию.

Покрытые электроды — это другая половина ассортимента, и они обозначаются префиксом EN, а не ER. Два префикса не взаимозаменяемы и не предназначены для одного и того же процесса: марки ER — это голая проволока и пруток для работ с газовой защитой, а марки EN — это покрытые электроды для ручной дуговой сварки. Таблица ниже сопоставляет каждый покрытый электрод с основным материалом, для которого он предназначен.

Три исправления стоит учесть из этой таблицы, потому что в опубликованных страницах каждое из них ошибочно. Monel 400 — этоN04400; N02200 — это Nickel 200, который является другим сплавом и другим семейством. Сплав 825 — этоIncoloy 825, а не Inconel, поскольку марки Incoloy относятся к семейству никель-железо-хром. И покрытый электрод для 254SMO — это ENiCrMo-3, что является тем же обозначением, что и для Inconel 625, потому что присадочный материал выбирается по химическому составу соединения, а не по названию основного металла.

Одной из причин, по которой указывается Monel K500, является его немагнитность, и сварной компонент может потерять это свойство на шве. Опубликованное описание сплава заключается в том, что он немагнитен до −100 °C в упрочненном старением состоянии, с относительной магнитной проницаемостью при комнатной температуре 1,0015 или менее. Сварочный металл имеет более низкое качество в этом отношении, и причина заключается в уже процитированном предложении: наплавка имеет свойства, аналогичные свойствам сплава Monel 400.

Сплав 400 — это единственная марка никель-медь, температура Кюри которой находится в пределах окружающей среды. Его опубликованный диапазон составляет от 21 до 49 °C, с примечанием, что значение зависит от состава, и поэтому некоторые партии будут магнитными при комнатной температуре, а другие — нет. Следуя опубликованному утверждению о том, что наплавка ведет себя как сплав 400, сварной шов K500, выполненный этим присадочным материалом, несет область, чье магнитное поведение при комнатной температуре менее определенно, чем у основного металла вокруг него.

Для компонента, вся цель которого состоит в том, чтобы не нарушать работу магнитного датчика, это должно быть обработано намеренно, а не предполагаться. Практические варианты — держать шов подальше от датчика, указывать проверку магнитной проницаемости готового компонента, а не только основного металла, или вообще избегать сварки в чувствительной области. Заказ на покупку, в котором указан основной металл и ничего не сказано о шве, не указал свойство, которое имеет значение.

Опубликованное руководство по изготовлению для этого семейства сплавов необычайно предписывает требования к цеху, и причина в том, что никелевые сплавы нетерпимы к загрязнениям, которые углеродистая сталь переносит без последствий.

ERNiCu-7 для аргонодуговой сварки неплавящимся электродом, полуавтоматической сварки плавящимся электродом в среде защитных газов и автоматической сварки под флюсом, также обозначенный AWS A5.14 ERNiCu-7 и UNS N04060, с торговым названием Monel Filler Metal 60. Эквивалент покрытого электрода для ручной дуговой сварки — ENiCu-7. Немецкое обозначение — SG-NiCu30MnTi с номером материала 2.4377, а международное обозначение — SNi4060 или NiCu30Mn3Ti.

Нет. Опубликованное заявление гласит, что сварочный металл не подвергается упрочнению старением и имеет более низкую прочность, чем основной металл при использовании для соединения K500. Цифры конкретизируют размер разрыва: присадочный материал указан с минимальной прочностью на растяжение 70 000 фунтов на квадратный дюйм или 483 МПа, в то время как упрочненный старением пруток K500 указан с минимумом 140 ksi или 965 МПа. Наплавка гарантируется на половину прочности соединяемого прутка, и никакая постобработка после сварки не устраняет этот разрыв.

Оно упрочняет основной металл вокруг сварного шва, а не сварочный металл. Руководство по сплавам, в котором говорится, что сварные швы могут быть получены с прочностью упрочненного старением основного металла, если после сварки применяется обработка старением, описывает сборку. Заявление в спецификации присадочного металла о том, что сварочный металл не подвергается упрочнению старением, описывает наплавку. Оба утверждения верны, и ошибочное толкование первого как утверждения о сварочном металле — это ошибка, которую призвано предотвратить это различие.

Сварить деталь с основным металлом в состоянии после отжига в растворе, затем отожгите сварной компонент при температуре от 850 до 900 °C с максимально быстрым охлаждением, затем упрочните его старением. Опубликованный диапазон старения составляет от 580 до 610 °C, с выдержкой от 4 до 16 часов для прутков и поковок, печным охлаждением примерно до 12 °C в час до 480 °C, а затем воздушным охлаждением. Отжиг между сваркой и старением — это этап, который чаще всего пропускают.

Не следует. Опубликованное руководство рекомендует избегать сварки упрочненного старением материала из-за значительно сниженной пластичности. Работающая последовательность заключается в сварке в отожженном состоянии и последующем применении обработки старением. Где деталь была состарена, а затем ее нужно соединить, варианты заключаются в том, чтобы сначала удалить старение путем отжига в растворе, или изменить конструкцию соединения.

ENiCu-7, который является покрытым электродом для семейства никель-медь и имеет тот же номер обозначения, что и голая проволока, используемая для K500. В опубликованной странице по этому вопросу Monel 400 указан как N02200; правильный номер UNS — N04400. N02200 — это Nickel 200, коммерчески чистый никель и другой материал.

Monel K500 сваривается никель-медь присадочным металлом, обозначенным ERNiCu-7 как голая проволока и ENiCu-7 как покрытый электрод, с номером материала 2.4377 против 2.4375 для основного металла. Этот присадочный металл не подвергается упрочнению старением, поэтому наплавка гарантируется на уровне 70 000 фунтов на квадратный дюйм или 483 МПа против минимума 140 ksi или 965 МПа для упрочненного старением прутка, который он соединяет. Таким образом, шов является самым слабым местом в компоненте по конструкции, а не по ошибке, и его следует располагать соответственно. Правильная последовательность — три термических этапа, а не два: сварка в отожженном состоянии с температурой между проходами ниже 120 °C, отжиг при 850-900 °C, затем старение при 580-610 °C. Рабочая зона, оснастка и режим очистки имеют большее значение, чем для углеродистой стали, потому что сплав менее терпим к загрязнениям.

Никель-медь сварочные расходные материалы и соответствующий основной металл поставляются из Чанчжоу, Цзянсу, в формах голой проволоки и покрытого электрода, описанных выше, с завода, имеющего сертификат ISO 9001 и прошедшего аудит SGS. Укажите основные материалы, процесс и необходимость сохранения упрочненной старением прочности соединения, и присадочный материал и последовательность будут следовать из этих трех ответов.

1. Технический паспорт продукта Special Metals для MONEL Filler Metal 60. Источник присадочных материалов и основных металлов, для которых он предназначен, утверждение о том, что сварочный металл не подвергается упрочнению старением и имеет более низкую прочность, чем K500 при его соединении, сходство наплавленного металла со сплавом 400, минимальная прочность на растяжение 70 000 фунтов на квадратный дюйм и удлинение 30 %, предельный химический состав, список обозначений по AWS, ASME, BS, DIN и ISO, рекомендуемый барьерный слой для определенных условий полуавтоматической сварки в среде защитных газов, флюс для автоматической сварки под флюсом, а также доступные диаметры и прямые длины.
2. Технический паспорт VDM Metals для Alloy K-500, Nicorros Al. Источник раздела сварки: требование, чтобы материал находился в состоянии после отжига в растворе для сварки, максимальная температура между проходами 120 °C, рекомендация отжигать при температуре от 850 до 900 °C после сварки и перед упрочнением старением, диапазон и время упрочнения старением, требование защиты корня, импульсная техника, требования к очистке и рабочему месту, ограничения на инструменты и машины, удаление термической окраски и последовательность травления, а также утверждение о том, что сплав немагнитен до минус 100 °C в упрочненном старением состоянии.
3. Тот же технический паспорт, касающийся обработки старением и ее пределов. Источник диапазона от 580 до 610 °C, выдержки от 4 до 16 часов для прутков и поковок, скорости печного охлаждения примерно 12 °C в час до 480 °C и сокращенного цикла при 640 °C.
4. ASTM B865, пруток, пруток, проволока и поковки из никель-медь-алюминиевого сплава с дисперсионным твердением. Источник минимальных значений прочности на растяжение, текучести и удлинения для упрочненного старением прутка и прутка, используемых при сравнении наплавки с основным металлом.
5. Технический бюллетень Special Metals SMC-062, MONEL alloy K-500. Источник рекомендаций о том, что сварку упрочненного старением материала следует избегать из-за значительно сниженной пластичности, что сварные швы могут быть получены с прочностью упрочненного старением основного металла, если старение применяется после сварки, что перестарший материал должен быть подвергнут отжигу в растворе перед повторным старением, и диапазон температур Кюри, указанный для сплава 400.
6. Технический бюллетень Special Metals SMC-053, MONEL alloy 400. Источник диапазона температур Кюри от 21 до 49 °C, примечание о том, что он находится в пределах окружающей среды, поэтому некоторые партии магнитны при комнатной температуре, и номер UNS N04400 для этого сплава.
7. Записи о поставках, хранящиеся для DLX Alloy, охватывающие никель-медь сварочные расходные материалы и основной металл. Источник поставляемых форм.

Все вышеперечисленное — это опубликованные значения для названной марки, и ни одно из них не является критерием приемки для конкретной конструкции. То, чего достигает шов, зависит от состояния основного материала, конструкции шва, подводимой теплоты и последовательности термообработки вместе взятых, поэтому процедура квалифицируется на сборке, а не на проволоке. По температуре Кюри основного материала два опубликованных источника незначительно отличаются; приведенные выше цифры приписаны источнику, из которого они взяты.