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Sunday, 28 Maggio 2017

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Processo TIG “narrow-gap” per saldare P92

Saldatura TIG “narrow gap”, strato a passaggio singolo dritto con passaggio oscillato della calotta. Narrow Gap TIG welding, straight single-pass layer with oscillated cap pass. Saldatura TIG “narrow gap”, strato a passaggio singolo dritto con passaggio oscillato della calotta. Narrow Gap TIG welding, straight single-pass layer with oscillated cap pass.
L’azienda TWI sta coordinando un progetto collaborativo TSB denominato “Verfied Approaches to Life Management & Improved Design of High Temperature Steels for Advanced Steam Plants – VALID” (Approcci dimostrati alla gestione della vita quotidiana & progettazione migliorata di acciai ad alte temperature per impianti a vapore avanzati), un programma di ricerca triennale con focus sull’applicazione di processi avanzati per la saldatura di tubi P92, iniziato nel marzo 2011.

di Fabrizio Garnero

Maggio-Giugno 2013

Il progetto è frutto di una collaborazione tra le organizzazioni TWI Ltd, Polysoude SAS, Air Liquide UK Ltd, Centrica Energy plc, Doosan Power Systems Ltd, E.ON New Build & Technology Ltd, Metrode Products Ltd and SSE plc. Il progetto è coordinato da TWI e in parte finanziato da TSB tramite il Programma Tecnologico “100816”.
Il programma di ricerca comprende la produzione di saldature P92 su tubi con processi di saldatura TIG (NG-TIG) “narrow-gap”, TOPTIG, arco sommerso a polarità variabile, saldatura ad arco “flux-cored” FCAW e a fascio di elettroni (EB - “Electron Beam”). La validità delle saldature sperimentali è verificata per mezzo di controlli non distruttivi (NDT - “Non-Destructive Testing”) e test meccanici. In un secondo momento è previsto un estensivo programma di controlli a scorrimento per determinarne le proprietà ad alta temperatura.
La preparazione e i controlli non distruttivi e meccanici della saldatura TIG “narrow-gap” sono stati recentemente completati con risultati soddisfacenti. Prima di iniziare le operazioni di saldatura, Polysoude ha revisionato il suo database relativo alla procedura di saldatura, al fine di determinare i parametri di processo da applicare nel caso della saldatura P92. Sono stati scelti i seguenti: tecnica di saldatura con singolo passaggio per strato; giunzione con stretta scanalatura: 9 mm di larghezza con inclinazione di 2°, equivalente a una contrazione della linea di giunzione trasversale, consentendo quindi il mantenimento costante della larghezza della scanalatura dopo ogni passaggio di saldatura; l’uso di argon puro, noto per la sua disponibilità universale, come gas di saldatura.
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Il tempo complessivo dell’arco è stato di 2 ore e 18 minuti
Nello stesso tempo, sulle varie fasi del ciclo di riscaldamento, come il pre- e il post-riscaldamento, così come sulle condizioni di trattamento a caldo post-saldatura (PWHT – “Post Weld Heat Treatment”), era stato trovato un accordo tra i partner del progetto, basato sulla pratica corrente. Un metallo di apporto compatibile con il grado 92 è stato fornito da Metrode (nome commerciale: 9CrWV). Il ciclo di riscaldamento è un fattore chiave per ottenere risultati ottimali con la saldatura P92, al fine di assicurare le proprietà desiderate ad alta temperatura.
Nel passaggio successivo, Polysoude ha predisposto una saldatura di controllo preliminare al fine di sviluppare, e quindi ottimizzare, tutte le variabili di saldatura, in particolare la saldabilità operazionale del filo di saldatura scelto e della curva di contrazione della linea di giunzione ottenuta con questo tipo di materiale. Una prima saldatura P92 è stata quindi effettuata su un tubo di riserva, per confermare i parametri di saldatura ed eseguire le necessarie regolazioni. Considerando che era stata osservata un’elevata magnetizzazione per questo test di saldatura (± 15 gauss o 1.200 A/m), le parti del tubo utilizzate per la saldatura finale sono state de-magnetizzate prima della saldatura stessa.
La saldatura finale è stata quindi condotta secondo la procedura sviluppata e in conformità con il ciclo di riscaldamento richiesto. La validità di questa saldatura è stata confermata per mezzo di un controllo radiografico (RT). Il tempo complessivo dell’arco è stato di due ore e 18 minuti, quando per una scanalatura saldata con procedura tradizionale il tempo atteso sarebbe stato di circa 6 ore. Questa è la dimostrazione della produttività che si può ottenere con il processo TIG “narrow-gap” a filo caldo. Dopo i controlli radiografici, il pezzo testato è stato trattato a 760 °C ± 10 °C per 4 ore. Quattro termocoppie di controllo sono state installate in posizioni diverse all’interno e all’esterno della superficie del tubo saldato, al fine di verificare che venisse raggiunta e mantenuta una temperatura uniforme per tutto lo spessore delle pareti del tubo.
Risultati compatibili
Prima della consegna a TWI e agli altri partner del progetto, Polysoude ha eseguito i controlli NDT e meccanici richiesti dagli standard internazionali per la certificazione delle procedure di saldatura, nello specifico i “penetrant testing” (PT), i controlli radiografici (RT), l’esame macroscopico, il controllo elastico trasversale, il controllo della durezza, il test di impatto, il test di piegatura, così come il controllo elastico e le analisi chimiche sul metallo saldato. Nessun difetto è stato rilevato e i risultati del controllo meccanico sono risultati compatibili con i criteri stabiliti per il progetto. Ciò ha consentito il passaggio allo stadio successivo, i controlli a scorrimento che sono tuttora in esecuzione presso i laboratori di Doosan Power Systems ed E.ON.

Narrow-gap TIG welding of P92
TWI are managing a TSB collaborative project named “Verified Approaches to Life Management & Improved Design of High Temperature Steels for Advanced Steam Plants – VALID”), a three-year research programme focused on the application of advanced processes for P92 pipe welding, which started in March 2011.


by Fabrizio Garnero

The project is a collaboration between the following organisations: TWI Ltd, Polysoude SAS. Air Liquide UK Ltd, Centrica Energy plc, Doosan Power Systems Ltd, E.ON New Build & Technology Ltd, Metrode Products Ltd and SSE plc. The Project is managed by TWI Ltd and is partly funded by the TSB under the Technology Programme “100816”. The research programme include the production of P92 pipe welds with the narrow-gap TIG (NG TIG), TOPTIG, variable-polarity submerged-arc (VP SAW), flux-cored (FCAW) and electron beam (EB) welding processes. The soundness of the experimental welds is verified via non-destructive testing (NDT) and mechanical testing. Following these, an extensive creep testing programme is planned to determine their high-temperature properties.
The preparation and NDT/mechanical testing of the narrow-gap TIG has been recently completed with successful results. Before commencing the welding activities, Polysoude reviewed their database of welding procedure, to determine the process parameters to be applied when welding P92. The following were selected: single-pass layer welding technique; narrow groove joint: 9mm wide with a 2° slope, accounting for cross seam shrinkage, hence enabling the maintenance of a constant groove width after each welding pass; the use of pure argon welding gas, known for its universal availability.

The total arc time was  two hours and eighteen minutes
At the same time, the various phases of the heating cycle, such as pre and post-heating, as well as the post weld heat treatment (PWHT) conditions, were agreed by the project partners, based on the current practice (Ref 1). A grade 92-matching filler metal was supplied by Metrode (trade name: 9CrWV).
The heating cycle is a key factor in obtaining optimum results when welding P92, in order to ensure the required high temperature properties.
Following this stage, Polysoude prepared a preliminary test weld in order to develop and then optimise all welding variables, in particular the operational weldability of the selected welding wire and the cross seam shrinkage curve obtained with such consumable.
A first P92 weld was then produced on a spare pipe to confirm the welding parameters and to make the necessary adjustments. Considering that high magnetisation had been observed for this test weld (± 15 gauss or 1.200 A/m), the pipe pieces to be used for the final weld were de-magnetised prior to welding. The final weld was then carried out according to the developed procedure and conforming to the required heating cycle. The soundness of this weld was confirmed through radiographic testing (RT).
The total arc time was two hours and eighteen minutes, whereas approximately six hours would be expected for a conventional weld groove, which shows the high productivity obtainable with the narrow-gap hot wire TIG process. Following RT, the test piece was heat treated at 760°C ± 10°C for 4 hours.
Four monitoring thermocouples were installed at different locations on the inside and outside surface of the welded pipe, in order to verify that a uniform temperature could be reached and maintained, throughout the pipe wall thickness.

Compatible results
Prior to delivery to TWI and the other project partners, Polysoude carried out the NDT and mechanical tests typically required by international standards for the qualification of welding procedures, namely penetrant testing (PT), RT, macroscopic examination, transverse tensile testing, hardness survey, impact testing, bend testing as well as weld metal chemical analysis and all-weld-metal tensile testing.
No defects were detected and the mechanical test results were in compliance with the acceptance criteria established for the project. This allowed progression to creep testing which is currently underway at Doosan Power Systems’ and E.ON’s laboratories.  

Ultima modifica ilLunedì, 10 Giugno 2013 07:41

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