Single pass cladding process using hot-wire gas shielded welding technique

Abstract

The aim of this study is to improve cladding process productivity in width area with low dilution process by specifying technique as hot-wire GMAW process. The base metal of carbon steel SA516 Gr70 was cladded by austenitic stainless steel 309LSi for creating a buttering layer and stainless steel 308LSi for topping a cladding layer in a single-pass. The studied parameters consist of the arc voltage, feeding ratio of hotwire feeding speed per GMAW wire feeding speed and travel speed. Welding phenomenon during welding was observed by CCD camera fitted with specifying optical device to see appropriate condition for the cladding process. Then, the infrared (IR) camera was used to monitor the welded metal cooling rate. Liquid tin quenching was applied for freezing welded pool to investigate microstructure. The result showed the hot-wire GMAW cladding process could reduce cycle time 3.5 times compared with conventional FCAW with dilution 15% and optimize microstructure (3 FN) for service condition of the cladding process on the top surface. Therefore, the single pass cladding process achieved by using this method with low dilution by still, keeps microstructure capability.

วัตถุประสงค์ของการศึกษานี้คือการปรับปรุงผลิตภาพของกระบวนการเชื่อมพอกผิวด้วยกระบวนการเชื่อมอาร์คโลหะก๊าซปกคลุม (Gas metal arc welding: GMAW) ผนวกกับการเติมลวดร้อน (Hot-wire) โลหะฐานชนิดเหล็กกล้าคาร์บอน SA516 เกรด 70 ถูกเชื่อมพอกผิวด้วยเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก (Austenitic) 309LSi เพื่อสร้างชั้นพอกผิวเพื่อต้านทานการกัดกร่อนชั้นแรก และเหล็กกล้าไร้สนิม 308LSi เพื่อสร้างชั้นพอกผิวต้านทานการกัดกร่อนชั้นบนภายในการเชื่อมชั้นเดียว ตัวแปรที่ทำการศึกษาในครั้งนี้ประกอบด้วยแรงดันอาร์ค, อัตราส่วนการป้อนเติมลวดระหว่างความเร็วป้อนลวดร้อนต่อความเร็วป้อนลวดของ GMAW และความเร็วที่ใช้ในการเชื่อมพฤติกรรมการเชื่อมถูกสังเกตโดยใช้กล้อง CCD เพื่อศึกษาสภาพการเชื่อมที่เหมาะสม จากนั้นกล้องถ่ายภาพความร้อน (IR camera) ถูกใช้เพื่อสังเกตอัตราการเย็นตัวของแนวเชื่อม การทำให้เย็นตัวอย่างรวดเร็วด้วยดีบุกเหลว (Liquid tin quenching) ถูกนำมาใช้เพื่อแช่แข็งแนวเชื่อมระหว่างเชื่อมเพื่อศึกษาโครงสร้างจุลภาค ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า การเชื่อมพอกผิวด้วยกระบวนการเชื่อมอาร์คโลหะก๊าซปกคลุมผนวกการเติมลวดร้อนสามารถลดเวลาการทำงานลงไปได้ 3.5 เท่า เมื่อเทียบกับการเชื่อมพอกผิวด้วยกระบวนการเชื่อมแบบฟลักซ์คอร์ (Fluxed core arc welding: FCAW) กับการหลอมละลายลึก (Dilution) ของกระบวนการนี้ยังมีค่าต่ำ ที่ 15% ด้วยเลขเฟอร์ไรต์ (Ferrite number) ที่ 3 บนผิวแนวเชื่อมด้านบน ดังนั้นการเชื่อมพอกผิวภายในชั้นเดียวสามารถประสบความสำเร็จด้วยกระบวนการนี้ด้วยการหลอมละลายลึกที่ต่ำและยังคงคุณภาพของโครงสร้างจุลภาพ