Repair welding of high alloyed austenitic cast stainless steel
Toikka, Joona (2020)
Diplomityö
Toikka, Joona
2020
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020120799667
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020120799667
Tiivistelmä
This thesis aimed to produce an adequate repair welding procedure for high alloyed austenitic stainless steel. Material intended to be used is for casted pump parts in applications where hot and concentrated nitric and sulfuric acids are present. Literature from the topic of hot cracking was studied. Findings made from previous tests and literature were tested in laboratory. Welding tests made to sample pieces casted from the studied material were analyzed to refine welding parameters used.
In welding tests heat input caused by welding was tried to be minimized. Due applied pulse welding heat input was achieved to be kept on lower levels compared to previous independent tests. Low heat input didn´t still guarantee adequate repair welds. Cracks emerged to some of the test welds whereas others remained intact with heat inputs close to one another. Base material mixing ratio affected to the cracking which in best test results appeared only in base material of heat affected zone (HAZ). On test welds it could be seen that base material mixing ratio of below 0.50 resulted welds where no cracks were present in weld metal.
The results of welding tests in which welding parameters from laboratory tests were used in welding of actual pump casing conflicted with the laboratory test results. These failures in welds together with earlier literature findings indicated that material in weldability point of view can be very prone to hot cracking. Changes to materials chemical composition needs to be made so that its susceptibility to hot cracking decreases. After these modifications, parameters which were found to be applicable in laboratory test can be tested again in welding of actual pump parts. With a current chemical composition of the material studied welding is possible but it most likely leads to hot cracking of a produced weld. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli tuottaa toimiva korjaushitsausohjeistus korkeaseosteiselle austeniittiselle ruostumattomalle teräkselle. Materiaalia aiotaan käyttää valetuissa pumpun osissa, prosesseissa joissa pumpataan kuumia ja vahvoja typpi- sekä rikkihappoja. Työ toteutettiin austeniittisen ruostumattoman teräksen kuumahalkeilua käsittelevää kirjallisuutta tutkimalla. Kirjallisuushavaintoja kuumahalkeilusta ja sen välttämisestä, austeniittista ruostumatonta terästä hitsattaessa, testattiin laboratoriossa. Testikappaleisiin suoritettujen hitsauskokeiden tuloksia analysoitiin hitsauskokeiden välillä kokeissa käytettyjen hitsausparametrien tarkentamiseksi.
Hitsauskokeissa keskityttiin lämmöntuonnin minimoimiseen. Pulssihitsauksen avulla laskennallinen lämmöntuonti saatiin aiempia testejä matalammalle tasolle. Matala lämmöntuonti ei kuitenkaan varmistanut hyväksyttäviä hitsejä. Kuumahalkeilua oli nähtävissä osassa testihitsejä, vaikka osa vastaavilla parametreillä valmistetuista hitseistä säilyi ehjänä laskennallisten lämmöntuontien vastatessa toisiaan. Perusmateriaalin sekoittumisaste vaikutti kuumahalkeilun ilmentymiseen hitsissä. Parhaissa testihitseissä tämä suhdeluku oli alle 0.50. Kokeet osoittivat, että vastaava perusmateriaalin sekoittumissuhde hitsiin tulee saavuttaa, jottei hitsissä ilmenisi kuumahalkeilua.
Testipumpun pesään suoritettujen hitsauskokeiden tulokset olivat ristiriidassa laboratoriossa suoritettujen hitsauskokeiden kanssa. Havaitut virheet hitseissä yhdessä kirjallisuusosion tiedon kanssa vahvistavat käytetyn materiaalin kuumahalkeiluherkkyyden olevan erittäin suuri. Materiaalin kemiallista koostumusta on muutettava mikäli sen herkkyyttä kuumahalkeilulle halutaan vähentää. Koostumuksen muokkaamisen jälkeen työssä käytettyjä ja laboratoriotesteissä hyväksi todettuja hitsausparametrejä voidaan hyödyntää lämmöntuonnin laskemiseen korjaushitsauksissa. Materiaalin nykyinen koostumus tekee siitä kuumahalkeilualttiina vaikeasti hitsattavan.
In welding tests heat input caused by welding was tried to be minimized. Due applied pulse welding heat input was achieved to be kept on lower levels compared to previous independent tests. Low heat input didn´t still guarantee adequate repair welds. Cracks emerged to some of the test welds whereas others remained intact with heat inputs close to one another. Base material mixing ratio affected to the cracking which in best test results appeared only in base material of heat affected zone (HAZ). On test welds it could be seen that base material mixing ratio of below 0.50 resulted welds where no cracks were present in weld metal.
The results of welding tests in which welding parameters from laboratory tests were used in welding of actual pump casing conflicted with the laboratory test results. These failures in welds together with earlier literature findings indicated that material in weldability point of view can be very prone to hot cracking. Changes to materials chemical composition needs to be made so that its susceptibility to hot cracking decreases. After these modifications, parameters which were found to be applicable in laboratory test can be tested again in welding of actual pump parts. With a current chemical composition of the material studied welding is possible but it most likely leads to hot cracking of a produced weld.
Hitsauskokeissa keskityttiin lämmöntuonnin minimoimiseen. Pulssihitsauksen avulla laskennallinen lämmöntuonti saatiin aiempia testejä matalammalle tasolle. Matala lämmöntuonti ei kuitenkaan varmistanut hyväksyttäviä hitsejä. Kuumahalkeilua oli nähtävissä osassa testihitsejä, vaikka osa vastaavilla parametreillä valmistetuista hitseistä säilyi ehjänä laskennallisten lämmöntuontien vastatessa toisiaan. Perusmateriaalin sekoittumisaste vaikutti kuumahalkeilun ilmentymiseen hitsissä. Parhaissa testihitseissä tämä suhdeluku oli alle 0.50. Kokeet osoittivat, että vastaava perusmateriaalin sekoittumissuhde hitsiin tulee saavuttaa, jottei hitsissä ilmenisi kuumahalkeilua.
Testipumpun pesään suoritettujen hitsauskokeiden tulokset olivat ristiriidassa laboratoriossa suoritettujen hitsauskokeiden kanssa. Havaitut virheet hitseissä yhdessä kirjallisuusosion tiedon kanssa vahvistavat käytetyn materiaalin kuumahalkeiluherkkyyden olevan erittäin suuri. Materiaalin kemiallista koostumusta on muutettava mikäli sen herkkyyttä kuumahalkeilulle halutaan vähentää. Koostumuksen muokkaamisen jälkeen työssä käytettyjä ja laboratoriotesteissä hyväksi todettuja hitsausparametrejä voidaan hyödyntää lämmöntuonnin laskemiseen korjaushitsauksissa. Materiaalin nykyinen koostumus tekee siitä kuumahalkeilualttiina vaikeasti hitsattavan.