The development of orbital welding process for P235GH tubes in P265GH, P275NL2 and P355NL2 tubesheets

Abstract

This master’s thesis was done for Refinec Oy, a company that specializes in the designing and manufacturing of pressure vessels and shell and tube heat exchangers. To maximize to use of an orbital welding machine in production, the main goal of this thesis was to find suitable welding parameters for the mechanized orbital welding process of tube-to-tubesheet joints of pressure vessel steels.

A literary review was conducted of the orbital welding process. In addition, important standards for mechanized welding and welding procedure testing were explored. The welding tests, conducted at Refinec Oy, consisted of ten test specimens where P235GH tubes were welded with a TIG orbital welding machine to 10 mm thick P265GH, P275NL2, and P355NL2 plates. Single pass welding was used with a filler wire SM-70E. Macroscopic imaging, microscopic imaging, and Vickers hardness testing were done at LUT University. The aim was for the hardness results, measured throat thicknesses and welding penetration to pass a welding procedure testing done according to standard SFS-EN 15614-8 and an additional hardness limit given by a customer. Preheating was tested on one test specimen.

Porosity and lack of fusion were found in some of the welds. As a result, six out of ten test specimens would pass welding procedure testing based on the hardness and macroscopic testing results. Suitable parameters for the orbital welding process were found. The specimens that did not pass would need small changes in working temperature or heat input to pass welding procedure testing. Preheating did not affect the hardness enough to be a necessary step during welding procedure testing.

Tämä diplomityö tehtiin yritykselle Refinec Oy, joka on erikoistunut painelaitteiden ja putkilämmönsiirtimien suunnitteluun sekä valmistukseen. Tämän diplomityön päätavoitteena oli löytää sopivat hitsausparametrit painelaiteterästen mekanisoituun orbitaalihitsausprosessiin, jotta orbitaalihitsauslaitteen käyttö saataisiin maksimoitua tuotannossa.

Kirjallisuuskatsauksessa keskityttiin orbitaalihitsausprosessiin. Lisäksi mekanisoitua hitsausta ja menetelmäkokeita koskevia standardeja tutkittiin. Refinec Oy:llä tehdyt hitsaustestit koostuivat kymmenestä koekappaleesta, joissa P235GH-putket hitsattiin TIG-orbitaalihitsauslaitteella 10 mm:n paksuisille P265GH, P275NL2 ja P355NL2 levyille. Hitsaus tapahtui yhdellä palolla käyttäen täytelankaa SM-70E. Testinäytteiden makroskooppinen ja mikroskooppinen kuvantaminen sekä Vickersin kovuustestaus tehtiin LUT-yliopistossa. Tavoitteena oli, että kovuustulokset, a-mitat ja hitsaussyvyys läpäisevät standardin SFS-EN 15614-8 ja asiakkaan antaman lisäkovuusrajan mukaisen hitsausmenetelmätestin. Esilämmityksen vaikutusta testattiin yhdellä koekappaleella.

Hitseistä löytyi huokoisuutta ja liitosvirheitä. Tuloksena kuusi kymmenestä koekappaleesta läpäisisi menetelmäkokeen kovuuden ja makroskooppisten testitulosten perusteella. Sopivat parametrit löytyivät orbitaalihitsausprosessille. Lieviä muutoksia lämpötilassa tai lämmöntuonnissa olisi tehtävä niille testikappaleille, jotka eivät läpäisseet menetelmäkokeen standardeja, jotta ne voisivat läpäistä kokeen. Esilämmitys ei vaikuttanut kovuuteen tarpeeksi ollakseen välttämätön työvaihe menetelmäkokeessa.