Memilih logam pengisi dapat menjadi tugas yang sulit, karena ada banyak faktor yang berkontribusi terhadap keputusan tersebut. Peralatan yang tersedia pengelasan, posisi pengelasan yang diperlukan, desain bersama dan lingkungan layanan las akhir akan menghadapi setiap perlu dipertimbangkan, seperti halnya tingkat keterampilan operator las itu.

Tapi ada juga beberapa aspek yang sedikit lebih rumit untuk dipertimbangkan ketika menentukan bagaimana untuk mencocokkan logam pengisi untuk bahan dasar yang diberikan. Kimia dan sifat mekanik material, bentuk dan ketebalan, dan prosedur pengelasan yang las operator harus mematuhi beberapa faktor menentukan pilihan logam pengisi. Hati-hati mempertimbangkan masing-masing dapat membantu meringankan seleksi dan memastikan kualitas las dengan komplikasi lebih sedikit.

Pertimbangkan Bahan

Dalam rangka untuk benar mencocokkan logam pengisi untuk bahan dasar, mulai dengan sifat umum materi yang. Pertama, logam pengisi yang dipilih harus sesuai dengan komposisi kimia atau paduan bahan dasar. Misalnya, pengelasan pada ASTM A387 / A387M, GradeP11 krom-moly pipa membutuhkan logam paduan filler rendah, biasanya sebuah AWSA5.XX, produk Mo Cr-1/2% 1 ¼%, sedangkan pengelasan pada A36 baja membutuhkan baja karbon produk, seperti AWS A5.XX, 70ksi kekuatan tarik logam pengisi baja karbon.

Kedua, mempertimbangkan sifat mekanik bahan dasar. Properti ini, yang biasanya diidentifikasi oleh ASTM atau standar bahan sejenis, termasuk tarik dan hasil kekuatan, serta perpanjangan dan ketangguhan (CVN, atau Charpy V-notch) sifat. Logam pengisi yang tepat harus memiliki sifat mekanik yang sama untuk memastikan integritas las akhir.

Sebagai aturan umum, kebanyakan aplikasi membutuhkan 'matching' filler metal tarik atau kekuatan luluh dengan yang dari bahan dasar yang berlaku untuk persyaratan desain. Istilah 'pertandingan' di sini adalah dalam kutipan, sebagai dua kekuatan yang tidak tepat. Misalnya, A36 baja memiliki kekuatan yield minimal 36 ksi, tetapi tidak ada seperti logam pengisi kekuatan rendah yang tersedia di pasar. Sebaliknya, bahan ini akan 'cocok' dengan logam pengisi yang menawarkan tarik terdekat dan menghasilkan kekuatan, seperti AWS A5.XX 70ksi tarik logam kelas filler, yang menyediakan deposit las dari 70 ksi kekuatan tarik minimum dan 58 ksi minimum menghasilkan kekuatan.

Dalam beberapa kasus, mungkin diinginkan untuk 'undermatch' kekuatan logam pengisi untuk bahan dasar, terutama ketika membuat lasan fillet tertentu atau pada aplikasi yang memerlukan penetrasi bersama hanya parsial (PJP). 'Undermatching' bisa lebih ekonomis dan dapat membantu meminimalkan tegangan sisa dalam lasan tersebut.

Filler kekuatan logam 'Overmatching' kekuatan bahan dasar adalah lebih kontroversial dan umumnya berkecil hati, kecuali dalam beberapa kasus di mana menghasilkan dalam bahan dasar yang lebih diinginkan. Contohnya adalah spooled pipa.

Selanjutnya, pertimbangkan bentuk bahan dasar yang, ketebalan dan kondisi umum untuk membantu menentukan logam pengisi yang sesuai. Misalnya, aplikasi pipa-to-pipa biasanya memiliki desain bersama pelana (ditemukan dalam 'TYK') dan akan membutuhkan diameter yang berbeda dari logam pengisi dan / atau satu dengan kemampuan posisi las yang berbeda dari aplikasi piring, karena lokasi dan kedalaman desain bersama. Sebuah lasan pelat berat, di sisi lain, biasanya memiliki-T bersama atau pantat bersama dan membutuhkan penetrasi lengkap bersama (CJP) dan dukungan. Mungkin menggunakan elektroda diameter yang lebih besar pada arus yang lebih tinggi untuk meningkatkan penetrasi dan produksi dibandingkan dengan sendi TKY pipa.

Faktor lain untuk dipertimbangkan adalah ketebalan material yang akan dilas, karena beberapa ketebalan material langsung mempengaruhi kekuatan material. Pertimbangkan kekuatan dipadamkan dan marah baja, seperti A514 / A514M-05. Bahan ini memiliki kekuatan tarik 110ksi untuk 130ksi, 100KSI kekuatan luluh minimum dan 18% elongasi saat itu adalah 2 ½-inci tebal atau kurang. Ketika itu lebih besar dari ketebalan ini (2 ½- ke 6-inci tebal), sifat mekaniknya berubah. Mereka sekarang sekitar 100KSI untuk 130ksi kekuatan tarik; 90ksi kekuatan luluh minimum; dan 16% elongasi. The memuaskan dan tempering proses bertanggung jawab untuk perubahan ini, sebagai bahan tebal memiliki tingkat memuaskan lambat yang menghasilkan yield minimum yang lebih rendah dan kekuatan tarik. Akibatnya, bahan tebal ini mungkin memerlukan filler kekuatan yang lebih rendah perbedaan metal.Similar sifat mekanik terjadi dengan bahan canai panas atau dingin, seperti baja ringan, dan mereka yang pasca-lasan perlakuan panas (PWHT), kasus atau melalui mengeras , atau normalisasi. Dalam setiap contoh, kondisi bahan perlu dipertimbangkan ketika membuat pilihan logam pengisi.

Proses manufaktur lain, rolling dingin, menciptakan kondisi material yang berbeda dengan kekuatan yang lebih tinggi daripada sebagai linting AISI 1040, dan karena itu memerlukan kekuatan yang lebih tinggi logam pengisi untuk pengelasan itu. Ini akan juga, karena kekuatan yang lebih tinggi dan sifat elongasi rendah, lebih sensitif terhadap retak; logam pengisi yang dipilih dan prosedur pengelasan harus mengakomodasi untuk kerentanan tersebut.

Sebagai aturan, memilih logam pengisi dengan tingkat hidrogen diffusible rendah menawarkan sedikitnya jumlah potensi retak di ini kekuatan yang lebih tinggi dan bahan kurang ulet. Juga, bahan kurang ulet sulit mungkin memerlukan lebih tinggi pra-panas dan suhu interpass selama pengelasan.

Apa Persyaratan?

Untuk aplikasi tertentu, kode pengelasan dan spesifikasi dapat menentukan pilihan logam pengisi, termasuk jenis, diameter dan kekuatan. Di bawah kode ini dan spesifikasi, logam pengisi harus menyediakan bahan kimia tertentu dan / atau sifat mekanik, CVN ketangguhan, kondisi marah embrittlement, kekerasan atau persyaratan lain yang sejenis.

Jenis aplikasi, khususnya apakah itu untuk produksi atau perbaikan, faktor ke dalam logam pengisi (dan proses pengelasan) keputusan, seperti halnya kondisi selesai diinginkan lasan. Dalam situasi perbaikan, bahan dasar yang telah di layanan dan perlu perbaikan sering memiliki kotoran, minyak, karat atau kotoran lainnya pada permukaannya. Selain itu, area perbaikan las dapat atau menjadi sangat terkendali, membutuhkan logam pengisi dengan daktilitas maksimum, bersama dengan teknik pengelasan yang unik untuk mencegah kegagalan logam las dan basis setelah perbaikan.

Selain itu, lokasi fisik aplikasi perbaikan menentukan proses pengelasan dan logam pengisi mampu posisi pengelasan yang diperlukan untuk memperbaiki bahan dasar. Ambil, misalnya, perusahaan yang perlu membuat perbaikan lasan pada dasar alat mesin, tetapi tidak ingin (atau tidak bisa) bergerak dari posisinya di lantai fasilitas. Perbaikan tersebut mungkin memerlukan perhatian yang cermat untuk pra-panas dan suhu interpass untuk mencegah bahan dasar dari berkembang di lokasi saat ini. Secara khusus, suhu ini harus tetap sangat rendah dan logam pengisi harus mampu memberikan kekuatan dan daktilitas memadai pada kondisi ini.

Sebaliknya, dalam situasi produksi jenis yang sama ini bahan mungkin memerlukan peningkatan pra-panas dan suhu interpass, posisi pengelasan yang berbeda dan proses-dan logam pengisi yang sama sekali berbeda. Misalnya, sedangkan perbaikan tekan hidrolik besar dibuat dari bagian yang berat dari baja karbon rendah kekuatan, seperti ASTM A36, mungkin memerlukan baja karbon SMAW elektroda, produksi bahwa pers yang sama bisa menggunakan FCAW, GMAW, logam SAW filler . Hal ini karena aplikasi perbaikan mungkin tidak memungkinkan untuk lokal pre-heating, tetapi produksi pers tidak; itu juga akan memungkinkan untuk suhu interpass yang berbeda.

Berikutnya, pemilihan logam pengisi akan tergantung pada apakah bahan akan dilas untuk dirinya sendiri atau jenis lain atau kekuatan material. Kekuatan dan jenis bahan yang sama memerlukan logam pengisi yang memiliki tarik pencocokan sama dan / atau kekuatan luluh. Sebagai contoh, untuk mengelas dua potong baja A514 bersama-sama, 110 ksi kekuatan tarik logam pengisi akan sesuai.

Namun, ketika pengelasan bahan dasar kekuatan berbeda, seperti sepotong baja A514 untuk sepotong A36, variabel mendikte logam pengisi perubahan seleksi. Itu karena ketika pengelasan bahan dasar kekuatan yang lebih tinggi untuk satu yang memiliki sifat kekuatan yang lebih rendah, kekuatan logam pengisi hanya perlu memenuhi persyaratan mekanik bahan kekuatan yang lebih

rendah. Misalnya, 70 ksi kekuatan tarik logam pengisi dengan 58 ksi menghasilkan bahwa 'pertandingan' A36 persyaratan mekanik bahan (36 ksi menghasilkan kekuatan) akan memberikan kekuatan yang memadai ketika bergabung ke bahan dasar A514.

Banyak aplikasi baja struktural weldments digunakan dalam 'as-dilas' kondisi, yang berarti las akhir diterima untuk layanan setelah melewati pemeriksaan; tidak ada perlakuan panas pasca las lebih lanjut diperlukan. Dalam situasi ini, yang cocok dengan logam pengisi ke logam dasar melalui kekuatan dan / atau persyaratan kimia akan cukup.

Dalam aplikasi yang lebih penting, bagaimanapun, pasca-las mengobati panas (PWHT) mungkin diperlukan dan ini secara langsung mempengaruhi pilihan logam pengisi. Situasi seperti ini adalah umum di bejana tekan dan tekanan tanker rel aplikasi mobil pengelasan. Ketika pengelasan pada bahan kapal tertentu untuk aplikasi ini, las akhir mungkin memerlukan PWHT untuk meningkatkan dampak atau ketangguhan sifat dan / atau mengurangi apapun tegangan sisa dalam lasan yang dapat menyebabkan kegagalan prematur. AWS A5.XX filler logam untuk aplikasi ini sesuai dan tersedia di pasar.

Aplikasi yang memerlukan lasan yang perlu dipadamkan dan marah, kasus mengeras atau normalisasi dan marah, akan menggunakan logam pengisi mampu mempertahankan kimia dan sifat mekanik setelah perawatan pasca-lasan tersebut. Produk-produk ini, bagaimanapun, mungkin lebih sulit untuk mendapatkan, karena mereka harus khusus paduan dengan unsur-unsur tambahan untuk memberikan sifat yang kompatibel untuk bahan dasar.

Pada akhirnya, jika mengingat masing-masing kriteria tersebut masih menyisakan keraguan untuk pencocokan logam pengisi untuk bahan dasar tertentu, hubungi distributor las atau pengisi produsen logam dipercaya untuk bantuan. Temukan logam pengisi benar-benar penting untuk mempertahankan integritas lasan akhir terlepas dari seberapa sederhana atau kompleks aplikasi-meluangkan waktu untuk membuat orang yang tepat adalah berharga.

Categories: Feature Stories

Date: Apr 10, 2009

Title: Key Criteria for Matching Filler Metals to Your Base Material

Selecting filler metals can be a difficult task, as there are a multitude of factors that contribute to the decision. The available welding equipment, the necessary welding position, the joint design and the service environment the final weld will encounter each need to be considered, as does the welding operator’s skill level.

But there are also some slightly more complicated aspects to consider when determining how to match filler metals to a given base material. The material’s chemical and mechanical properties, its shape and thickness, and the welding procedures to which welding operators must adhere are some factors dictate filler metal choice. Carefully considering each of these can help ease the selection and ensure quality welds with fewer complications.

Consider the Material

In order to properly match a filler metal to a base material, begin with the general properties of that material. First, the selected filler metal must be compatible with the chemical composition or alloy of the base material. For example, welding on ASTM A387/A387M, GradeP11 of chrome-moly pipe requires a low alloy filler metal, typically an AWSA5.XX, 1 ¼ % Cr-1/2% Mo product, while welding on A36 steel requires a carbon steel product, such as an AWS A5.XX, 70ksi tensile strength carbon steel filler metal.

Selecting the right filler metal to match a base material is key

to welding success.

Secondly, consider the mechanical properties of the base material. These properties, which are usually identified by ASTM or similar material standards, include tensile and yield strength, as well as the elongation and toughness (CVN, or Charpy V-notch) properties. The appropriate filler metal should possess similar mechanical properties to ensure the integrity of the final weld.

As a general rule, most applications require ‘matching’ filler metal tensile or yield strength to that of the base material as applicable to the design requirements. The term ‘match’ here is in quotations, as the two strengths are not exact. For example, A36 steel has minimum yield strength of 36 ksi, but there are no such low strength filler metals available in the marketplace. Instead, this material would be ‘matched’ with a filler metal that offered the closest tensile and yield strength, such as an AWS A5.XX 70ksi tensile class filler metal, which provides a weld deposit of 70 ksi minimum tensile strength and 58 ksi minimum yield strength.

In some cases, it may be desirable to ‘undermatch’ the strength of the filler metal to the base material, especially when making certain fillet welds or on an application requiring only partial joint penetration (PJP). ‘Undermatching’ can be more economical and may help minimize the residual stresses in the weldment.

‘Overmatching’ filler metal strength to a base material’s strength is more controversial and is generally discouraged, except in some instances where yielding in the base material is more desirable. An example is spooled piping.

Next, consider the base material’s shape, thickness and general condition to help determine the appropriate filler metal. For instance, a pipe-to-pipe application usually has a saddle joint design (found in ‘TYK’) and would require a different diameter of filler metal and/or one with different weld position capabilities than a plate application, due to the location and the depth of the joint design. A heavy plate weldment, on the other hand, typically has a T-joint or butt joint and requires complete joint penetration (CJP) and backing. It may use a larger diameter electrode at higher currents to increase penetration and production compared to TKY pipe joints.

Another factor to consider is the thickness of the material to be welded, as some material thickness directly affect the material’s strength. Consider the strength of quenched and tempered steel, such as A514/A514M-05. This material has a tensile strength of 110ksi to 130ksi, 100ksi minimum yield strength and 18% elongation when it is 2 ½-inches thick or less. When it is greater than this thickness (2 ½- to 6-inches thick), its mechanical properties change. They are now approximately 100ksi to 130ksi tensile strength; 90ksi minimum yield strength; and 16% elongation. The quench and tempering process is responsible for this change, as the thicker material has a slower quench rate that results in lower minimum yield and tensile strengths. As a result, this thicker material may require a lower strength filler metal.Similar differences in mechanical properties occur with hot or cold rolled materials, such as mild steel, and those that are post-weld heat treated (PWHT), case or through hardened, or normalized. In each instance, these material conditions need to be considered when making a filler metal selection.

Another manufacturing process, cold rolling, creates a different material condition with higher strengths than as-rolled AISI 1040, and therefore requires higher strength filler metal for welding it. It will also, because of its higher strength and lower elongation properties, be more sensitive to cracking; the chosen filler metal and welding procedure will need to accommodate for such vulnerability.

As a rule, choosing filler metals with low diffusible hydrogen levels offer the least amount of potential for cracking in these higher strength and less ductile materials. Also, less ductile harder materials may require higher pre-heat and interpass temperatures during welding.

What are the Requirements?

For certain applications, welding codes and specifications may determine filler metal selection, including the type, diameter and strength. Under these codes and specifications, filler metals must provide specific chemical and/or mechanical properties, CVN toughness, temper embrittlement conditions, hardness or other similar requirements.

The type of application, specifically whether it is for production or repair, factors into the filler metal (and welding process) decision, as does the desired finished condition of the weld. In a repair situation, base materials that have been in service and need repair often have dirt, oil, rust or other contaminants on their surface. Additionally, the weld repair area may be or become highly restrained, requiring a filler metal with maximum ductility, along with unique welding techniques to prevent weld and base metal failure after the repair.

In addition, the physical location of a repair application dictates the welding process and the filler metal capable of the welding positions needed to repair the base material. Take, for instance, a company that needs to make a weld repair on a machine tool base, but does not want (or cannot) move it from its position on the facility floor. Such repairs may require careful attention to pre-heat and interpass temperatures to prevent the base material from expanding in its current location. Specifically, these temperatures must remain extremely low and the filler metal must be capable of providing adequate strength and ductility under these conditions.

Conversely, in a production situation this same type of material may require elevated pre-heat and interpass temperatures, a different welding position and process—and a completely different filler metal. For example, whereas the repair of a large hydraulic press fabricated from heavy sections of low-strength carbon steel, such as ASTM A36, may require a carbon steel SMAW electrode, the production of that same press could use FCAW, GMAW, SAW filler metals. This is because the repair

application may not allow for localized pre-heating, but the production of the press does; it will also allow for different interpass temperatures.

Next, filler metal selection will depend on whether a material will be welded to itself or another type or strength of material. Similar strength and type materials require a filler metal that has the same matching tensile and/or yield strength. As an example, to weld two pieces of A514 steel together, a 110 ksi tensile strength filler metal would be appropriate.

However, when welding dissimilar strength base materials, such as a piece of A514 steel to a piece of A36, the variables dictating filler metal selection change. That is because when welding a higher strength base material to one that has lower strength properties, the filler metal strength only needs to meet the mechanical requirements of the lower strength material. For example, a 70 ksi tensile strength filler metal with 58 ksi yield that ‘matches’ the A36 material mechanical requirements (36 ksi yield strength) would provide adequate strength when joined to A514 base material.

Many structural steel applications weldments are used in the ‘as-welded’ condition, meaning the final weld is acceptable for service after passing inspection; no further post-weld heat treatment is necessary. In this situation, matching the filler metal to the base metal via strength and/or chemistry requirements will suffice.

In more critical applications, however, post-weld heat treating (PWHT) may be required and this directly affects filler metal selection. Such a situation is common in pressure vessel and pressure tanker rail car welding applications. When welding on certain vessel materials for these applications, the final weld may require PWHT to improve impact or toughness properties and/or reduce any residual stresses in the weldment that could lead to premature failure. AWS A5.XX filler metals for these applications are appropriate and are readily available in the market place.

Applications requiring welds that need to be quenched and tempered, case hardened or normalized and tempered, will use filler metals capable of maintaining their chemical and mechanical properties after such post-weld treatments. These products, however, may be more difficult to obtain, as they must be specially alloyed with additional elements to provide properties compatible to the base material.

Ultimately, if considering each of these criteria still leaves doubt as to matching a filler metal to a particular base material, contact a trusted welding distributor or filler metal manufacturer for assistance. Filler metal selection is absolutely critical to maintaining the integrity of the final

weldment regardless of how simple or complex the application—taking the time to make the right match is worthwhile.