Globe technical Training and Engineering Services: Dissimilar Metal Weld (DMW) Cracking

Dissimilar Metal Weld (DMW) Cracking

4.2.12 Dissimilar Metal Weld (DMW) Cracking

4.2.12.1 Description of Damage

Dissimilar metal weld (DMW) cracking उन welds में होता है जहाँ एक ferritic material (carbon steel या low alloy steel) को austenitic material (300 Series SS या Nickel base alloy) से high temperature service में जोड़ा गया हो। Cracking आमतौर पर ferritic side पर, खासकर heat-affected zone (HAZ) में होता है (Figure 4-33, 4-44)।

Cracking के मुख्य कारण हो सकते हैं: creep damage, fatigue cracking, sulfide stress cracking, या hydrogen disbonding।

4.2.12.2 Affected Materials

सबसे ज्यादा प्रभावित materials:

Carbon steel और low alloy steels (ferritic side)
Ferritic और austenitic materials के ऐसे combinations जिनमें thermal expansion बहुत अलग हो

4.2.12.3 Critical Factors

DMW cracking पर कई factors असर डालते हैं:

filler metal का type
heating और cooling rate
operating metal temperature और exposure time
weld geometry और thermal cycling

Ferritic और austenitic materials के thermal expansion coefficients में लगभग 25–30% difference होता है। इससे high temperature पर weld joint पर बहुत ज्यादा stress develop होता है, खासकर ferritic HAZ में।

Temperature बढ़ने पर thermal stress और बढ़ता है
Thermal cycling (startup/shutdown) problem को और बढ़ाता है
300 Series SS filler metal use करने पर stress ज्यादा होता है
Nickel base filler metal का expansion carbon steel के ज्यादा करीब होता है, इसलिए stress कम होता है

High temperature पर carbon diffusion ferritic HAZ से weld metal में हो सकता है। इससे ferritic side की carbon content कम हो जाती है और उसकी creep strength reduce हो जाती है (800°F–950°F range में यह ज्यादा significant होता है)।

DMW में ferritic side के weld toe के पास एक narrow high hardness zone (mixed zone) बन सकता है, जो इसे sulfide stress cracking (SSC) और hydrogen stress cracking के लिए susceptible बनाता है। PWHT होने के बावजूद wet H₂S environment में cracking हो सकती है।

Hydrogen service में hydrogen disbonding भी एक major concern है।
High temperature corrosion environments में ferritic HAZ preferential corrosion दिखा सकता है, जिससे long oxide wedges बनते हैं।

Poor weld geometry, undercut और stress concentration भी cracking को accelerate करते हैं।

4.2.12.4 Affected Units or Equipment

DMW refinery और process plants में कई जगह use होते हैं, जैसे:

Hydroprocessing reactor outlet piping (CrMo to stainless steel transitions)
Hydroprocessing exchanger inlet/outlet piping
Fired heaters में alloy transitions (जैसे 9Cr to 317L)
Hydrogen reformer furnace connections (1.25Cr to Alloy 800)
Transfer lines (Alloy 800 to carbon steel or low alloy steel)
Clad piping systems (e.g., Alloy C276 clad CS piping)
FCCU reactors और regenerators
Coker units
Superheaters और reheaters (ferritic to stainless steel welds)

4.2.12.5 Appearance or Morphology of Damage

Cracks आमतौर पर weld toe पर ferritic HAZ में initiate होते हैं
Tubes के weld joints सबसे common failure location हैं
Support lugs और attachments (SS to SS/SS to ferritic joints) भी affected हो सकते हैं
Crack propagation अक्सर weld fusion line के पास होती है

4.2.12.6 Prevention / Mitigation

DMW cracking रोकने के लिए design और welding practice बहुत महत्वपूर्ण है:

High temperature service के लिए nickel base filler metals use करना बेहतर होता है क्योंकि उनका thermal expansion carbon steel के करीब होता है
300 Series SS filler metal use करने पर DMW को low temperature zone में रखना चाहिए
Ferritic side पर buttering (SS या Ni alloy) करके बाद में PWHT करना चाहिए ताकि hardness कम हो और environmental cracking का risk घटे
Butter layer की minimum thickness लगभग 0.25 inch (6.35 mm) होनी चाहिए
Steam generating equipment में weld को heat transfer zone से बाहर रखना चाहिए
Intermediate thermal expansion coefficient वाला pup piece use किया जा सकता है

4.2.12.7 Inspection and Monitoring

Critical DMW welds के लिए strict inspection recommended है:

Buttering के बाद 100% PT
PWHT के बाद 100% UT (bonding check)
100% RT
100% UT (recordable inspection)
PMI (Positive Material Identification)

Fired heater tubes में RT और UT shear wave inspection किया जाता है।
Surface breaking cracks (ID side) detect करने के लिए WFMT या external SWUT use किया जाता है।