Monel K500 Saldatura in lega a base di nichel

Monel K500 può essere saldato e il giunto non sarà forte come la lega che unisce. Questo non è un difetto della procedura. È una proprietà dell'unico metallo d'apporto raccomandato per il lavoro, ed è la prima cosa che un fabbricante deve sapere prima che il disegno sia fissato.

La ragione risiede in un'unica frase pubblicata. Il metallo d'apporto depositato dal grado utilizzato per questa lega non è induribile per invecchiamento, e quando viene utilizzato per unire Monel K500 ha una resistenza inferiore al metallo base. Monel K500 ottiene la sua resistenza da un trattamento termico che precipita particelle attraverso il materiale. Il metallo d'apporto corrispondente ha una chimica simile ma nessuna risposta di invecchiamento utilizzabile, quindi un trattamento termico post-saldatura indurisce il metallo base attorno alla saldatura e lascia il metallo di saldatura dove era.

Viene raccomandato un metallo d'apporto per unire questa lega, ed è designato in ogni sistema di classificazione che un acquirente è probabile che ordini. Lo stesso filo risponde a tutti, motivo per cui una richiesta che cita un sistema e un certificato di mulino che cita un altro possono descrivere lo stesso prodotto.

Due di quei numeri sono facili da invertire e vale la pena separarli una volta. L'apporto è 2.4377. Il metallo base è 2.4375. Differiscono nell'ultima cifra e sono materiali diversi.

Le due cifre sottostanti provengono da due documenti diversi, e metterle fianco a fianco è il motivo per cui questa pagina esiste. Una è il minimo che il metallo d'apporto deve fornire. L'altra è il minimo che il metallo base deve fornire nella condizione in cui la maggior parte dei pezzi viene acquistata.

Il deposito è garantito a metà della resistenza alla trazione della barra indurita per invecchiamento che sta unendo, e il divario non viene chiuso da nulla fatto dopo la saldatura. La descrizione pubblicata del deposito è che le sue proprietà sono simili a quelle della lega Monel 400, che è il modo giusto di pensarci: un giunto saldato K500 contiene una regione di materiale di livello lega 400 che lo attraversa.

Due conseguenze seguono per il disegno. Un giunto saldato in K500 deve essere posizionato dove il progetto consente una regione a bassa resistenza, il che di solito significa lontano dalla sezione a più alta sollecitazione. E dove la piena resistenza invecchiata deve attraversare un giunto, il giunto deve essere realizzato con un metodo che non si basa sull'apporto, o il pezzo deve essere riprogettato per evitare il giunto.

La guida pubblicata sulla lega si affianca a ciò e non la contraddice, sebbene le due sembrino farlo. Il bollettino della lega afferma che le saldature possono essere prodotte con la resistenza del metallo base indurito per invecchiamento se il trattamento di invecchiamento viene applicato dopo la saldatura, che è un'affermazione sull'assemblaggio. La scheda tecnica dell'apporto afferma che il metallo di saldatura non è induribile per invecchiamento, che è un'affermazione sul deposito. Entrambe sono valide contemporaneamente: il metallo base attorno a una saldatura recupera la sua resistenza invecchiata quando l'assemblaggio saldato viene invecchiato, e il deposito no.

Questa è la parte della procedura che viene più spesso compressa, e comprimerla produce un pezzo che non supera l'ispezione o fallisce presto nell'uso. La sequenza pubblicata per un componente K500 saldato prevede una ricottura tra la saldatura e l'invecchiamento, il che significa tre operazioni termiche in totale.

Il passaggio di ricottura ha una seconda conseguenza che va oltre la saldatura. Ogni parte dell'assemblaggio passa attraverso 850-900 °C e poi attraverso il ciclo di invecchiamento, quindi qualsiasi altra cosa unita nella stessa fabbricazione deve sopravvivere a entrambi. Una guarnizione, una tenuta, un raccordo imbullonato o un inserto che non può sopportare quelle temperature deve essere montato dopo il trattamento termico, che è una decisione di instradamento e non di saldatura ed è utile stabilire nella fase di disegno.

La guida pubblicata avverte anche sull'altra direzione. Il materiale sovrainvecchiato non può essere recuperato da un ulteriore trattamento di invecchiamento: il pezzo deve essere ricotto per soluzione a 1.800-1.900 °F per ridissolvere il precipitato e poi invecchiato di nuovo, e il beneficio di qualsiasi lavorazione a freddo viene perso in quella ricottura. Un assemblaggio saldato che vede troppo tempo a temperatura, quindi, non ha una via di ritorno alla sua condizione progettata.

Gli elettrodi rivestiti sono l'altra metà della gamma, e sono designati con il prefisso EN e non ER. I due prefissi non sono intercambiabili e non sono per lo stesso processo: i gradi ER sono filo e bacchetta nudi per lavori schermati a gas, e i gradi EN sono elettrodi rivestiti per arco metallico manuale. La tabella seguente abbina ogni elettrodo rivestito al materiale base per cui è destinato.

Tre correzioni valgono la pena di essere riportate da quella tabella, perché le pagine pubblicate le sbagliano tutte e tre. Monel 400 è N04400; N02200 è Nichel 200, che è una lega diversa e una famiglia diversa. La lega 825 è Incoloy 825 e non Inconel, poiché i gradi Incoloy sono la famiglia nichel-ferro-cromo. E l'elettrodo rivestito per 254SMO è ENiCrMo-3, che è la stessa designazione utilizzata per Inconel 625, perché l'apporto viene scelto per la chimica del giunto e non per il nome del metallo base.

Uno dei motivi per cui Monel K500 è specificato è che è non magnetico, e un componente saldato può perdere questa proprietà alla cucitura. La descrizione pubblicata della lega è che è non magnetica fino a -100 °C in condizione indurita per invecchiamento, con una permeabilità magnetica relativa a temperatura ambiente di 1,0015 o inferiore. Il metallo di saldatura ha una qualità inferiore a questa per quanto riguarda questo aspetto, e la ragione è la frase già citata: il deposito ha proprietà simili a quelle della lega Monel 400.

La lega 400 è l'unico grado nichel-rame la cui temperatura di Curie cade all'interno dell'intervallo ambientale. Il suo intervallo pubblicato è 21-49 °C, con la nota che il valore è influenzato dalla composizione e che alcuni lotti saranno quindi magnetici a temperatura ambiente mentre altri no. Seguendo l'affermazione pubblicata che il deposito si comporta come la lega 400, una saldatura K500 realizzata con questo apporto porta una regione il cui comportamento magnetico a temperatura ambiente è meno certo di quello del metallo base circostante.

Per un componente il cui intero scopo è evitare di disturbare un sensore magnetico, ciò deve essere gestito deliberatamente e non dato per scontato. Le opzioni pratiche sono mantenere la cucitura lontana dal sensore, specificare un controllo della permeabilità magnetica sul componente finito e non solo sul metallo base, o evitare la saldatura nella regione sensibile del tutto. Un ordine di acquisto che specifica il metallo base e tace sulla cucitura non ha specificato la proprietà che conta.

La guida di fabbricazione pubblicata per questa famiglia è insolitamente prescrittiva riguardo all'officina, e la ragione è che le leghe di nichel sono intolleranti alla contaminazione che l'acciaio al carbonio tollera senza conseguenze.

ERNiCu-7 per lavori di saldatura a tungsteno a gas, a metallo a gas e ad arco sommerso, designato anche AWS A5.14 ERNiCu-7 e UNS N04060, con il nome commerciale Monel Filler Metal 60. L'equivalente dell'elettrodo rivestito per saldatura ad arco metallico manuale è ENiCu-7. La designazione tedesca è SG-NiCu30MnTi con numero materiale 2.4377, e la designazione internazionale è SNi4060, o NiCu30Mn3Ti.

No. L'affermazione pubblicata è che il metallo di saldatura non è induribile per invecchiamento e ha una resistenza inferiore al metallo base quando viene utilizzato per unire K500. I numeri concretizzano la dimensione del divario: l'apporto è specificato con una resistenza alla trazione minima di 70.000 psi, o 483 MPa, mentre la barra K500 indurita per invecchiamento è specificata con un minimo di 140 ksi, o 965 MPa. Il deposito è garantito a metà della resistenza della barra che unisce, e nessun trattamento post-saldatura chiude quel divario.

Rafforza il metallo base attorno alla saldatura e non il metallo di saldatura. La guida sulla lega che le saldature possono essere prodotte con la resistenza del metallo base indurito per invecchiamento se il trattamento di invecchiamento viene applicato dopo la saldatura descrive l'assemblaggio. L'affermazione della scheda tecnica dell'apporto che il metallo di saldatura non è induribile per invecchiamento descrive il deposito. Entrambe sono corrette, e leggere la prima come un'affermazione sul metallo di saldatura è l'errore che questa distinzione esiste per prevenire.

Saldare il pezzo con il metallo base in condizione di ricottura per soluzione, quindi ricuocere il componente saldato tra 850 e 900 °C con raffreddamento il più rapidamente possibile, quindi indurirlo per invecchiamento. L'intervallo di invecchiamento pubblicato è 580-610 °C, con 4-16 ore per barre e forgiati, raffreddamento in forno a circa 12 °C all'ora fino a 480 °C, e poi raffreddamento ad aria. La ricottura tra saldatura e invecchiamento è il passaggio più spesso omesso.

Non dovrebbe esserlo. La guida pubblicata è di evitare di saldare materiale indurito per invecchiamento a causa della duttilità notevolmente ridotta. La sequenza che funziona è saldare in condizione ricotta e applicare il trattamento di invecchiamento in seguito. Dove un pezzo è stato invecchiato e poi deve essere unito, le opzioni sono rimuovere l'invecchiamento ricuocendo prima per soluzione, o cambiare il design del giunto.

ENiCu-7, che è l'elettrodo rivestito per la famiglia nichel-rame e condivide il numero di designazione con il filo nudo utilizzato per K500. Una pagina pubblicata su questo argomento indica Monel 400 come N02200; il numero UNS corretto è N04400. N02200 è Nichel 200, un nichel commercialmente puro e un materiale diverso.

Monel K500 viene saldato con un apporto nichel-rame, designato ERNiCu-7 come filo nudo e ENiCu-7 come elettrodo rivestito, con numero materiale 2.4377 contro 2.4375 per il metallo base. Tale apporto non è induribile per invecchiamento, quindi il deposito è garantito a 70.000 psi, o 483 MPa, contro i 140 ksi, o 965 MPa, minimi della barra indurita per invecchiamento che unisce. Il giunto è quindi la regione più debole del componente per design e non per errore, e deve essere posizionato di conseguenza. La sequenza corretta è tre passaggi termici e non due: saldare in condizione ricotta con temperatura interpass mantenuta sotto i 120 °C, ricuocere tra 850 e 900 °C, quindi invecchiare a 580-610 °C. L'area di lavoro, gli utensili e il regime di pulizia sono tutti più importanti di quanto lo sarebbero sull'acciaio al carbonio, perché la lega è meno tollerante alla contaminazione.

I materiali di consumo per saldatura nichel-rame e il metallo base corrispondente sono forniti da Changzhou, Jiangsu, nelle forme di filo nudo ed elettrodo rivestito descritte sopra, da uno stabilimento che detiene la certificazione ISO 9001 ed è auditato da SGS. Inviare i materiali base, il processo e se il giunto deve portare la resistenza invecchiata, e l'apporto e la sequenza derivano da queste tre risposte.

1. Scheda tecnica del prodotto Special Metals per MONEL Filler Metal 60. Fonte per gli apporti e i metalli base per cui è destinato, l'affermazione che il metallo di saldatura non è induribile per invecchiamento e ha una resistenza inferiore a K500 quando viene utilizzato per unirlo, la somiglianza del metallo depositato con la lega 400, la resistenza alla trazione minima di 70.000 psi e l'allungamento del 30%, la composizione chimica limitante, l'elenco delle designazioni AWS, ASME, BS, DIN e ISO, lo strato barriera raccomandato per alcune condizioni di arco di metallo a gas, il flusso per arco sommerso e i diametri e le lunghezze dritte disponibili.
2. Scheda dati VDM Metals per Alloy K-500, Nicorros Al. Fonte per la sezione di saldatura: il requisito che il materiale sia in condizione di ricottura per soluzione per la saldatura, la temperatura interpass massima di 120 °C, la raccomandazione di ricuocere tra 850 e 900 °C dopo la saldatura e prima dell'indurimento per invecchiamento, l'intervallo e i tempi di indurimento per invecchiamento, il requisito di protezione della radice, la tecnica a impulsi, i requisiti di pulizia e luogo di lavoro, le restrizioni sugli utensili e sulle macchine, la rimozione della tinta di calore e la sequenza di decapaggio, e l'affermazione che la lega è non magnetica fino a meno 100 °C in condizione indurita per invecchiamento.
3. La stessa scheda dati, sul trattamento di indurimento per invecchiamento e i suoi limiti. Fonte per l'intervallo 580-610 °C, la ritenzione di 4-16 ore per barre e forgiati, la velocità di raffreddamento in forno di circa 12 °C all'ora fino a 480 °C, e il ciclo abbreviato a 640 °C.
4. ASTM B865, barre, bacchette, fili e forgiati in lega nichel-rame-alluminio induribile per precipitazione. Fonte per i valori minimi di trazione, snervamento e allungamento per barre e bacchette indurite per invecchiamento utilizzate nel confronto tra deposito e metallo base.
5. Bollettino tecnico Special Metals SMC-062, lega MONEL K-500. Fonte per la guida che la saldatura di materiale indurito per invecchiamento dovrebbe essere evitata a causa della duttilità notevolmente ridotta, che le saldature possono essere prodotte con la resistenza del metallo base indurito per invecchiamento se l'invecchiamento viene applicato dopo la saldatura, che il materiale sovrainvecchiato deve essere ricotto per soluzione prima di poter essere ri-invecchiato, e l'intervallo di temperatura di Curie citato per la lega 400.
6. Bollettino tecnico Special Metals SMC-053, lega MONEL 400. Fonte per l'intervallo di temperatura di Curie di 21-49 °C, la nota che si trova all'interno dell'intervallo ambientale in modo che alcuni lotti siano magnetici a temperatura ambiente, e il numero UNS N04400 per tale lega.
7. Registri di consegna detenuti per DLX Alloy riguardanti materiali di consumo per saldatura nichel-rame e metallo base. Fonte per le forme fornite.

Tutto quanto sopra è un valore pubblicato per il grado nominato, e nessuno di essi è un criterio di accettazione per una particolare fabbricazione. Ciò che raggiunge un giunto dipende dalla condizione del materiale base, dal design del giunto, dall'apporto di calore e dalla sequenza di trattamento termico nel loro insieme, motivo per cui una procedura viene qualificata sull'assemblaggio e non sul filo. Sulla temperatura di Curie del materiale base, due fonti pubblicate differiscono di un piccolo margine; le cifre sopra sono attribuite alla fonte da cui provengono.