مواصفات إجراءات اللحام (WPS) لسبائك النيكل: المتغيرات الأساسية وغير الأساسية-

ما هي مواصفات إجراءات اللحام (WPS) لسبائك النيكل؟

إن WPS عبارة عن ورقة تعليمات مكتوبة ذات تعليمات برمجية- مؤهلة تخبر عامل اللحام بالكيفية الدقيقة لإنتاج لحام سبائك النيكل السليم، وتكون صالحة فقط بعد أن تكون مدعومة بسجل تأهيل الإجراء (PQR) الذي تم اختباره.

مواصفات إجراء اللحام عبارة عن مستند خاضع للرقابة يسرد كل معلمة يحتاجها عامل اللحام: نوع المعدن الأساسي، ومعدن الحشو، وتصميم الوصلة، والتسخين المسبق ودرجة الحرارة البينية، وغاز التدريع، ونطاق التيار والجهد، وسرعة السير، والمعالجة الحرارية بعد اللحام، إذا لزم الأمر. لسبائك النيكل مثلإنكونيل 625, إنكونيل 718, هاستيلوي C276، ومونيل 400، WPS ليس اقتراحًا؛ إنه سجل قانوني وجودة يثبت، من خلال الاختبار الميكانيكي لاختبار اللحام الفعلي (PQR)، أن المعلمات المدرجة تنتج وصلة تلبي القوة المطلوبة، والليونة، ومقاومة التآكل.

نظرًا لاستخدام سبائك النيكل في الخدمات المسببة للتآكل ودرجات الحرارة العالية{0}والبرودة، مثل خطوط الأنابيب البحرية والمفاعلات الكيميائية ومكونات الفضاء الجوي، فإن نظام WPS غير المؤهل أو الذي يتم التحكم فيه بشكل سيئ يمكن أن يؤدي إلى حدوث تشققات أو فقدان مقاومة التآكل أو-فشل الخدمة. وهذا هو السبب في أن القسم التاسع من ASME، وAWS D10.18/D18.2، وISO 15614-1 يحدد بدقة المتغيرات التي قد لا تتغير أبدًا دون إعادة التأهيل.

ما الفرق بين المتغيرات الأساسية-والمتغيرات غير الأساسية؟

تعمل المتغيرات الأساسية على تغيير خصائص اللحام الميكانيكية أو خصائص التآكل وتتطلب إعادة التأهيل؛ تؤثر المتغيرات غير الأساسية- فقط على تقنية اللحام أو إنتاجيته ويمكن مراجعتها على WPS دون إجراء اختبارات جديدة.

تصنف رموز اللحام كل معلمة في WPS إلى واحدة من ثلاث فئات. إن فهم هذا التصنيف هو المهارة الأكثر أهمية لأي شخص يكتب أو يراجع أو يدقق في WPS لسبائك النيكل.

المتغيرات الأساسية: يؤدي أي تغيير يتجاوز النطاق المؤهل إلى إبطال نظام WPS ويتطلب اختبار PQR جديدًا مع اختبار ميكانيكي جديد واختبار التآكل حيثما أمكن.

المتغيرات الأساسية التكميلية: تنطبق فقط عندما يكون WPS مؤهلاً لاختبار -المتانة (الارتطام)، الشائع في تطبيقات سبائك النيكل المبردة والبحرية؛ التغيير يتطلب إعادة التأهيل للصلابة.

غير -المتغيرات الأساسية: يمكن تغييرها داخل مستند WPS نفسه، دون إعادة التأهيل، لأنها لا تغير الخصائص المشتركة بشكل ملحوظ.

ما هي المتغيرات الأساسية لسبائك النيكل WPS؟

تتضمن المتغيرات الأساسية لسبائك النيكل بموجب القسم التاسع من ASME (QW-404 إلى QW-411) مجموعة المعادن الأساسية P-number/UNS، ومعدن الحشو F-number وA-number، وعملية اللحام، وحدود درجة الحرارة المسبقة والتداخلية، وتصميم الأخدود، والحماية ودعم تكوين الغاز، والخصائص الكهربائية، والمعالجة الحرارية بعد اللحام.

تعتمد القائمة الدقيقة على عملية اللحام (SMAW، GTAW، GMAW، SAW)، ولكن بالنسبة لسبائك النيكل يتم التعامل مع ما يلي دائمًا على أنه ضروري:

مجموعة المعادن الأساسية (P-الرقم/UNS):يتطلب التغيير في المعدن الأساسي خارج مجموعة P -الرقمية أو مجموعة سبائك النيكل المؤهلة إعادة التأهيل، نظرًا لأن السبائك مثل Hastelloy C-276 (UNS N10276) وInconel 625 (UNS N06625) لها عناصر صناعة سبائك مختلفة وحساسيات للتشقق.

حشو معدني F-رقم وA-رقم:يؤدي تبديل تصنيف معادن الحشو إلى تغيير كيمياء معادن اللحام، مما يؤثر بشكل مباشر على مقاومة التآكل وقابلية التشقق -الساخن في سبائك النيكل.

عملية اللحام:على سبيل المثال، يؤدي التغيير من GTAW إلى GMAW إلى تغيير مدخلات الحرارة، والتخفيف، ومعدل التبريد، وكلها تؤثر على البنية الدقيقة لسبائك النيكل.

التسخين المسبق ودرجة الحرارة البينية:تتمتع سبائك النيكل بموصلية حرارية منخفضة وتكون عرضة للتكسير الساخن، لذلك يتم التعامل مع درجة الحرارة القصوى للممر الداخلي (غالبًا 300 إلى 350 درجة فهرنهايت) على أنها ضرورية، على عكس لحام الفولاذ الكربوني حيث تكون غير ضرورية في كثير من الأحيان.

ما بعد-المعالجة الحرارية للحام (PWHT):تعد إضافة أو إزالة أو تغيير وقت ودرجة حرارة PWHT أمرًا ضروريًا لأنه يغير استجابة التصلب وحالة الإجهاد المتبقية للسبائك مثل Inconel 718.

التدريع الغاز ودعم تكوين الغاز:سبائك النيكل حساسة للغاية للتلوث الجوي. يمكن أن يؤدي التغيير في نوع الغاز أو إزالة غلاف الغاز إلى حدوث الأكسدة أو المسامية، وكلاهما من المحفزات المتغيرة الأساسية.

الخصائص الكهربائية:يعد النوع الحالي (AC / DC)، والقطبية، والتغيير الكبير في نطاق إدخال الحرارة أمرًا ضروريًا لأنها تتحكم في التخفيف وسيولة حوض اللحام.

تصميم الأخدود ونطاق السماكة مؤهلان:إن التصميم المشترك أو سمك المعدن الأساسي الذي يقع خارج النطاق الذي تغطيه قسيمة اختبار PQR غير مؤهل.

ما هي -المتغيرات غير الأساسية لـ WPS من سبائك النيكل؟

تغطي المتغيرات غير -الأساسية تفاصيل مستوى التقنية- مثل السلسلة مقابل الخرزة المنسوجة، وطريقة التنظيف بين الممرات، وزاوية الشعلة، وحجم قطب التنغستن الكهربائي، وتغييرات التثبيت الطفيفة، والتي يمكن تحديثها على WPS دون إجراء اختبارات جديدة.

نظرًا لأن المتغيرات غير الأساسية-لا تتطلب إعادة التأهيل، فإنها تمنح مهندسي اللحام المرونة اللازمة لتكييف إجراء مثبت مع ظروف الورش المختلفة. تتضمن المتغيرات النموذجية غير الأساسية -لحام سبائك النيكل ما يلي:

تقنية الخرزة الخيطية مقابل تقنية الخرزة المنسوجة، ضمن حد عرض معقول.

طريقة تنظيف الممرات البينية (التنظيف الميكانيكي باستخدام فرشاة مخصصة من الفولاذ/النيكل-أو الطحن فقط).

إزالة وصلة اللحام الأولية والنهائية-لطحن مستحضرات التجميل.

تغييرات طفيفة في زاوية الشعلة، أو-طرف الاتصال-إلى-مسافة العمل، أو عرض التذبذب.

الموضع، عندما يكون WPS مؤهلاً بالفعل في موضع يغطي موضع الاستخدام (على سبيل المثال، يغطي WPS المؤهل لـ 6G-من 1G إلى 5G).

المعدات المساعدة مثل أجهزة التحكم بالنبض، بشرط عدم تجاوز نطاقات التيار والجهد المؤهلة.

المبدأ الهندسي الرئيسي هو كما يلي: إذا لم يكن من الممكن إظهار التغيير في المتغير، من خلال قاعدة الكود أو المنطق المعدني، لتغيير قوة الشد أو ليونة الانحناء أو متانة التأثير أو مقاومة التآكل للمفصل، فسيتم تصنيفه على أنه -غير أساسي.

لماذا تعتبر سبائك النيكل أكثر حساسية للتغيرات المتغيرة الأساسية من الفولاذ الكربوني؟

تتصلب سبائك النيكل على نطاق أوسع وأكثر بطئًا من درجات الحرارة، وتنقل الحرارة بشكل أبطأ، وتكون عرضة كيميائيًا للكبريت والرصاص وغيرها من الملوثات ذات درجة الانصهار المنخفضة--، لذا فإن المعلمات غير-الضرورية للفولاذ الكربوني، مثل درجة حرارة الممر البيني وطريقة التنظيف، تصبح ضرورية لسبائك النيكل.

تشرح العديد من الخصائص المعدنية لسبائك النيكل سبب كون التحكم في WPS أكثر صرامة:

الموصلية الحرارية المنخفضة:وتتركز الحرارة محليًا بدلاً من أن تتبدد، لذا فإن درجة الحرارة البينية المفرطة تزيد من خطر التشقق الساخن ونمو الحبوب.

نطاق التصلب الواسع:تشكل سبائك النيكل منطقة طرية-من الطور أثناء التبريد، وهي منطقة شديدة التعرض للتصلب (الساخن) إذا لم يتم التحكم في إدخال الحرارة أو تقييدها.

معامل التمدد الحراري العالي:تتمدد سبائك النيكل وتنكمش أكثر من الفولاذ الكربوني، مما يزيد من الإجهاد والتشوه المتبقي، مما يزيد من عواقب أي تغيير في مدخلات الحرارة.

حساسية التلوث:يمكن أن يتسبب أثر الكبريت أو الرصاص أو الفوسفور أو الزنك، المنقول من أقلام التلوين أو زيوت القطع أو عجلات الطحن المشتركة، في حدوث تقصف المعدن السائل، لذا فإن ممارسات التنظيف واستخدام الأدوات تحمل وزنًا أكبر من تصنيع الفولاذ الكربوني.

يعتمد أداء التآكل على الكيمياء-:على عكس الفولاذ الكربوني، حيث تكون القوة الميكانيكية عادةً هي الاهتمام الرئيسي، يتم اختيار سبائك النيكل بشكل متكرر خصيصًا لمقاومة التآكل، لذا فإن أي متغير يغير كيمياء معدن اللحام، مثل معدن الحشو أو غاز التدريع، يكون له تأثير كبير وأساسي على المستوى-.

ما هي الرموز التي تحكم تأهيل WPS لسبائك النيكل؟

يعد القسم التاسع من ASME المرجع الأساسي للمتغيرات الأساسية والتكميلية وغير الأساسية-في أمريكا الشمالية؛ تضيف AWS D10.18/D18.2 إرشادات خاصة بسبائك-النيكل-، بينما تنطبق ISO 15614-1 وNACE MR0175/ISO 15156 على المشروعات الدولية والتحكم في تآكل الخدمة الحامضة.

ASME القسم التاسع (رمز الغلايات وأوعية الضغط):يحدد المتغيرات الأساسية والتكميلية الأساسية وغير الأساسية-من خلال عملية اللحام في QW-250 حتى QW-267، ويغطي أرقام P لسبائك النيكل، وبشكل أساسي من P-41 إلى P-49.

أوس D10.18/D18.2:توفير إرشادات اللحام والفحص خصيصًا لأنابيب وأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك النيكل، بما في ذلك توصيات درجة الحرارة والنظافة.

إسو 15614-1:المعادل الأوروبي والدولي لتأهيل الإجراء، باستخدام بنية متغيرة أساسية-مماثلة ضمن نظام ترقيم مختلف للجمل.

نيس MR0175 / إسو 15156:يحكم متطلبات المواد واللحام لسبائك النيكل في خدمات النفط والغاز الحامض (المحتوية على H2S-)، مما يضيف متطلبات اختبار الصلابة والتآكل -فوق التأهيل الميكانيكي القياسي.

أسم B31.3 / B31.1:رموز أنابيب المعالجة والطاقة التي تستدعي ASME IX لتأهيل الإجراء وإضافة متطلبات الخدمة- المحددة لأنظمة أنابيب سبائك النيكل.

ماذا يحدث إذا تغير المتغير الأساسي خارج نطاقه المؤهل؟

أي تغيير أساسي في المتغير خارج النطاق المؤهل يؤدي على الفور إلى إبطال استخدام WPS في الإنتاج، ويجب إجراء اختبار لحام جديد واختباره وتوثيقه في PQR جديد أو منقح قبل استئناف اللحام.

من الناحية العملية، هذا يعني أن مهندس اللحام لا يمكنه ببساطة تحديث المستند ومواصلة اللحام. يجب أن يتم لحام القسيمة الجديدة وفقًا للمعايير المقترحة، ثم إخضاعها للاختبار المطلوب، عادةً الشد والانحناء الموجه، وبالنسبة للعديد من تطبيقات سبائك النيكل، اختبار التأثير والتآكل (مثل ASTM G28 أو G48 لمقاومة التآكل الحبيبي والتآكل). فقط بعد اجتياز القسيمة لجميع الاختبارات المطلوبة، يمكن مراجعة WPS وإصدارها لإنتاج اللحام. يعد تخطي هذه الخطوة أحد الأسباب الجذرية الأكثر شيوعًا لفشل لحام سبائك النيكل التي تم العثور عليها أثناء عمليات تدقيق الجودة و-التحقيقات اللاحقة للفشل.

كيف يتم تأهيل WPS لسبائك النيكل؟

يتبع التأهيل دورة مكونة من أربع-خطوات: لحام قسيمة اختبار وفقًا للمعلمات المقترحة، واختبار القسيمة وفقًا لمتطلبات الكود، وتسجيل النتائج في PQR، ثم إصدار WPS للإنتاج الذي يشير إلى PQR.

الخطوة 1: لحام قسيمة الاختبار

يقوم عامل اللحام المؤهل بإنتاج لحام اختباري باستخدام المعدن الأساسي الدقيق ومعدن الحشو والعملية والمعلمات المخصصة للإنتاج، بعد نطاقات المعلمات الأولية المحددة من الخبرة السابقة أو بيانات الشركة المصنعة لمعادن الحشو.

الخطوة 2: اختبار القسيمة

يتم تقسيم القسيمة واختبارها وفقًا لمتطلبات الكود: اختبار الشد لتأكيد القوة، واختبار الانحناء الموجه للتأكد من الليونة والتحرر من العيوب، وعند طلب التطبيق، اختبار التأثير (Charpy) للمتانة واختبار التآكل للتنقر أو مقاومة الهجوم بين الحبيبات.

الخطوة 3: توثيق PQR

يلتقط سجل تأهيل الإجراء المعلمات الفعلية المستخدمة ونتائج الاختبار التي تم تحقيقها. PQR هو الدليل. WPS هي التعليمات المستمدة من تلك الأدلة.

الخطوة 4: إصدار WPS

يسرد WPS النطاقات المؤهلة لجميع المتغيرات الأساسية والتكميلية وغير الأساسية-، ويصبح المستند الخاضع للرقابة الذي يتبعه عمال اللحام في الإنتاج، ويخضع لتأهيل أداء اللحام المستمر (WPQ) لكل عامل لحام على حدة.

أساسي مقابل غير-أساسي

يلخص الجدول أدناه كيفية التعامل بشكل مختلف مع نفس الفئة المتغيرة لسبائك النيكل مقارنة بالفولاذ الكربوني، وما إذا كان التغيير يتطلب إعادة تأهيل WPS.

الأسئلة المتداولة

هل يعتبر معدن الحشو دائمًا متغيرًا أساسيًا لسبائك النيكل؟

نعم. بموجب القسم التاسع من ASME، يعد التغيير في معدن الحشو F-الرقم أو A-الرقم ضروريًا لكل عملية، لأن مقاومة تآكل سبائك النيكل ومقاومة الشقوق تعتمد بشكل مباشر على كيمياء معدن اللحام.

هل يمكن استخدام WPS المؤهل لـ Inconel 625 لـ Inconel 718؟

لا يخلو من إعادة التأهيل في معظم الحالات. على الرغم من أن كلاهما يعتمد على النيكل-، إلا أنهما يقعان في مجموعات مختلفة من المعادن الأساسية مع آليات تقوية مختلفة (المحلول الصلب- مقابل تصلب الترسيب-)، لذلك يتم التعامل مع تغيير المعدن الأساسي باعتباره أمرًا ضروريًا.

هل يتطلب موضع اللحام إعادة تأهيل WPS لسبائك النيكل؟

بشكل عام لا، بشرط أن يكون WPS مؤهلاً في الأصل في منصب، مثل 6G، والذي يغطي بموجب قاعدة الكود الموضع المستخدم في الإنتاج. يعتبر الموضع متغيرًا غير -أساسيًا في القسم التاسع من ASME.

لماذا يتم التعامل مع درجة حرارة الممرات البينية على أنها ضرورية لسبائك النيكل وليس الفولاذ الكربوني؟

نظرًا لأن سبائك النيكل تتمتع بموصلية حرارية منخفضة ونطاق تصلب واسع، فإن تراكم الحرارة الزائدة بين الممرات يزيد بشكل كبير من خطر التشقق الساخن. يبدد الفولاذ الكربوني الحرارة بكفاءة أكبر كما أنه أقل حساسية للتشقق-، لذا فإن درجة حرارة الممر الداخلي عادة ما تكون غير-أساسية.

ما هي الاختبارات التي تتم إضافتها لسبائك النيكل بخلاف اختبارات الشد والانحناء القياسية؟

تضيف العديد من تطبيقات سبائك النيكل اختبارات التآكل، مثل ASTM G28 للهجوم بين الحبيبات أو ASTM G48 لمقاومة التآكل والشقوق، بالإضافة إلى اختبار التأثير عندما تتطلب درجة حرارة الخدمة صلابة مثبتة.

خاتمة

إن التصنيف الصحيح للمتغيرات الأساسية وغير الأساسية-لا يعد إجراءً ورقيًا؛ إنها الآلية التي تحافظ على القوة الميكانيكية لحام سبائك النيكل ومقاومتها للتآكل داخل الحدود المثبتة والمختبرة.

إن نظام WPS الذي يتم التحكم فيه بشكل صارم هو ما يسمح لمكونات سبائك النيكل بأداء موثوق في أقسى الخدمات: آبار الغاز الحامض، ومصانع المعالجة الكيميائية، والتخزين المبرد. المصنعون والمصنعون الذين يتعاملون مع التحكم المتغير- الأساسي باعتباره نظامًا أساسيًا للجودة، بدلاً من إجراء شكلي للتوثيق، ينتجون باستمرار اللحامات التي تجتاز اختبار التعليمات البرمجية في المرة الأولى وتعمل لعقود من الخدمة. بالنسبة للمشروعات التي تشتمل على سبائك Inconel، أو Hastelloy، أو Monel، أو غيرها من السبائك القائمة على النيكل-، فإن الاستعانة بجهة مصنعة بمكتبة مثبتة من حزم WPS/PQR المؤهلة و-دعم المعادن الداخلي يقلل بشكل كبير من مخاطر الجدول الزمني وتكاليف الصيانة على المدى الطويل-.