In this master thesis different overlay welding methods suitable for boiler application has been investigated. The purpose of this project is to define advantages and disadvantages for each overlay welding methods and suggest some evaluation criteria on some commercial and experimental alloys aimed for overlay welding material. Many components in a boiler are made of low alloy steel and the atmosphere in the furnace region can be very complex; therefore many different types of corrosion can occur. Weld overlay is a process where one or multiple layers of corrosion resistant material are applied to a base material. The two overlay welding methods investigated in this study were Tungsten Inert Gas welding and Metal Inert/Active Gas welding. Tests were performed with FeCrAl alloys (Kanthal A, Kanthal D and some experimental alloys). FeCrAl alloys in general are ferritic iron-based steels with a typical concentration of 20-23 wt. % chromium and ~5 wt.% aluminum. Different overlay welding evaluation was made; visual examination, dye penetrant inspection, macro/micro examination, side bend test and short term corrosion test (~50hours). Conclusion of this thesis is that MIG welding is a more productive method than TIG, but more defects such cracks and lack of fusion can be produced for MIG welding. These defects can be “fixed” if welding parameters is optimized. If repairing a certain place TIG welding is a better option. A conclusion about number of layers; one layer with MIG welding is almost as thick as three layers with TIG welding with welding wire Ø 1mm. Three welding evaluation that is really important is visual examination, dye penetrant testing and corrosion test in order to choose which overlay welding method is suitable in boiler application. / I detta examensarbete har olika påsvetsningsmetoder som är lämpliga för en pannapplikation undersökts. Syftet med denna studie var att undersöka både för- och nackdelar med påsvetsningsmetoderna och föreslå några utvärderingskriterier på vissa kommersiella och experimentella legeringar som lämpar sig för påsvetsningsmaterial. Många komponenter i en panna är tillverkade av låg legerat stål och miljön där förbränningen sker kan vara väldigt komplex, därför kan det ske korrosion. Påsvetsning är en process där ett eller flera skikt av ett mer korrosionsbeständigt material appliceras på ett basmaterial. De två olika svetsmetoderna som undersöktes i denna studie var TIG-svetsning och MIG-svetsning. Testerna utfördes med FeCrAl legeringar (Kanthal A, Kanthal D och vissa experimentella legeringar). FeCrAl legeringar är i allmänhet ferritiska järnbaserade stål med 20-23% krom och ~5% aluminium. De utvärderingsmetoderna som undersöktes var: visuell undersökning, penetrantprovning, makro/ mikroundersökning, sidobockprovning och korttidskorrosionstest (~50 timmar). Slutsatsen av detta examensarbete är att MIG-svetsning är en mer produktiv metod än TIG, men fler defekter såsom bindfel och sprickor uppkom för MIG-svetsning. Dessa defekter kan ”fixas” genom optimering av svetsparametrar. Om man bara ska reparera ett specifikt område är TIG-svetsning ett bättre alternativ. En slutsats om antal lager är att ett lager med MIG-svetsning är nästan lika tjockt som tre lager med TIG-svetsning med Ø 1mm svetstråd. Tre svetsutvärderingar som är viktiga är visuell undersökning, penetrantprovning och korrosionstest för att välja vilken påsvetsmetod som är lämpligast i pannapplikation.

The thesis deals with plasma overlay welding of cobalt alloys. In the theoretical part of the thesis, suitable cobalt alloys for plasma overlay welding were described, out of which cobalt alloy Stellite 21, was chosen for overlay welding for particular part. Subsequently, the plasma overlay welding machine PPC 250 PTM and the torch PHP 250 S, used in the practical part, were described. In the practical part were debug overlay welding parameters and suggest the suitable overlay welding procedure for particular part.

This dissertation thesis deals with the improvement of computational approaches for prediction of residual stresses in welded joints of welded structures in order to ensure greater compliance of the calculated results with the real conditions of welding and heat treatment. The improvement of computational approaches is based on application of elastic-viscoplastic material models which are able (compared with elastic-plastic material models) to take into account the viscoplastic processes ongoing during welding and heat treatment. This leads to more accurate calculated results which enter into further assessment of limit states and directly decide on the safety and lifetime of welded structures. Performed computational and experimental works, confronted with results published in the world, confirm the influence and benefit of application of elastic-viscoplastic material models in the frame of welding and heat treatment numerical analyses. Therefore elastic-viscoplastic material model is further applied in solution of practical project solved by IAM Brno. Solution of this project, whose aim is the development of repair of dissimilar metal welds (without post-weld heat treatment) in Dukovany and Temelin nuclear power plants using "Weld overlay method", has confirmed that application of elastic-viscoplastic material model leads to more accurate calculated results. For this reason the elastic-viscoplastic computational approach will be included into all future tasks of IAM Brno.

This Thesis is about the aging of FECRAL surface coatings. In this thesis various substrates have been investigated such as 16 Mo3, 304, 347, Sanicro 31, 800HT, Nikrothal 80 and Kanthal APMT. These substrates have been coated with different FeCrAl alloys, using two different coating methods spraying with (High Velocity Air Force) and welding with (Metal Inert Gas). The purpose of coating is to achieve specific properties of the layer without affecting the original properties of the substrate. Therefore, it is important to investigate the boundary layer between these two different materials to observe how the interdiffusion of different substances such as Cr, Al, Fe and C is affected, which is the purpose of this project. The method used to investigate this purpose was to expose these combinations in different temperatures and in different environments for different time intervals. Then, using LOM, SEM and EDS analysis, the change that the boundary layers have undergone is examined. Some calculations in DICTRA have also been performed to see if it was possible to find any connection between experimental data and simulation results. The result showed carburization of FeCrAl-coatings on 16Mo3 substrates which can lead to deterioration of mechanical properties in the substrates but also decreased corrosion resistance for the coated layers. The result has also shown that it is difficult to perform spraying for small cylindrical products. The reason for this may be the high powder dispersion and the expansion of certain products when spraying, which causes the layer to loosen due to the shrinkage followed by cooling. APMT sprayed with Nikrothal 80 has shown high porosity in the substrates and high interdiffusion of Fe and Ni. High Ni diffusion in low Al alloys such as K 198 may be a reason why the coated layer cannot optimally form the protective oxide. / Detta projekt handlar om åldring av FECRAL ytbeläggningar. I den här avhandlingen så har olika substrat blivit undersökta såsom 16Mo3, 304, 347, Sanicro 31, 800HT, Nikrothal 80 och Kanthal APMT. Dessa substrat har blivit belagda med olika FeCrAl legeringar, med hjälp av två olika beläggningsmetoder, påsprutning (High Velocity Air Force) och påsvetsning (Metal Inert Gas). Syftet med att materialet beläggs är att uppnå specifika egenskaper utan att påverka substratens ursprungliga egenskaper. Det är därför viktigt att undersöka gränsskiktet mellan dessa två olika material för att se hur interdiffusionen av olika element såsom Cr, Al, Fe och C påverkas av värmebehandling. Metoden som användes för att undersöka detta var att exponera dessa kombinationer i olika temperaturer och i olika miljöer för olika tidsintervall. Därefter med hjälp av LOM, SEM och EDS analys undersöktes förändringen som gränsskikten har genomgått. Några beräkningar i DICTRA har även utförts för att se om det var möjligt att hitta någon koppling mellan experimentella data och simuleringsresultatet. Resultaten visade att 16Mo3 kombinationer fått en tydlig hög uppkolning i skiktet vilket kan påverka mekaniska egenskaperna och korrosionbeständigheten under användning vid höga temperaturer. Resultatet har även visat att det är svårt att utföra påsprutning för små cylindriska produkter. Anledningen till detta kan vara hög pulverspridningen samt den termiska expansionen av vissa produkter vid påsprutning som leder till att skiktet kan lossna på grund av krympningen vid svalning. APMT påsprutad med Nikrothal 80 har visat hög porositet i substraten och hög interdiffusion av Fe, Al och Ni under exponering vid 1200°C. Hög uppblandning och diffusion av nickel för det FECRAL belagda skiktet med relativt låg halt av aluminium K 198 kan vara en anledning till att belagda skiktet inte kan forma en skyddande oxid på ett optimalt sätt.