1. Przegląd stali kriogenicznej
1) Wymagania techniczne dla stali niskotemperaturowej to ogólnie: wystarczająca wytrzymałość i wystarczająca ciągliwość w środowisku o niskiej temperaturze, dobra wydajność spawania, wydajność przetwarzania i odporność na korozję itp. Wśród nich odporność na niskie temperatury, to znaczy zdolność najważniejszym czynnikiem jest zapobieganie występowaniu i rozszerzaniu się kruchego pękania w niskiej temperaturze.Dlatego kraje zwykle określają określoną wartość udarności w najniższej temperaturze.
2) Spośród składników stali niskotemperaturowej powszechnie uważa się, że pierwiastki takie jak węgiel, krzem, fosfor, siarka i azot pogarszają udarność w niskich temperaturach, a najbardziej szkodliwy jest fosfor, dlatego należy wczesne odfosforowanie niskotemperaturowe wykonywane podczas topienia.Pierwiastki takie jak mangan i nikiel mogą poprawić wytrzymałość w niskich temperaturach.Na każdy 1% wzrost zawartości niklu krytyczną temperaturę przejścia kruchego można obniżyć o około 20°C.
3) Proces obróbki cieplnej ma decydujący wpływ na strukturę metalograficzną i uziarnienie stali niskotemperaturowej, co również wpływa na udarność niskotemperaturową stali.Po obróbce hartowania i odpuszczania wytrzymałość w niskich temperaturach jest oczywiście lepsza.
4) Zgodnie z różnymi metodami formowania na gorąco, stal niskotemperaturową można podzielić na stal laną i stal walcowaną.Zgodnie z różnicą składu i struktury metalograficznej stal niskotemperaturową można podzielić na: stal niskostopową, stal 6% niklu, stal 9% niklu, stal austenityczną chromowo-manganową lub chromowo-manganowo-niklową i austenityczną stal nierdzewną chromowo-niklową Czekać.Stal niskostopowa jest zwykle stosowana w zakresie temperatur około -100°C do produkcji urządzeń chłodniczych, sprzętu transportowego, magazynów winylowych i sprzętu petrochemicznego.W Stanach Zjednoczonych, Wielkiej Brytanii, Japonii i innych krajach stal o zawartości 9% niklu jest szeroko stosowana w konstrukcjach niskotemperaturowych do 196°C, takich jak zbiorniki do przechowywania i transportu skroplonego biogazu i metanu, urządzenia do przechowywania ciekłego tlenu oraz produkcja ciekłego tlenu i ciekłego azotu.Austenityczna stal nierdzewna jest bardzo dobrym niskotemperaturowym materiałem konstrukcyjnym.Ma dobrą wytrzymałość w niskich temperaturach, doskonałe właściwości spawalnicze i niską przewodność cieplną.Jest szeroko stosowany w obszarach niskotemperaturowych, takich jak cysterny transportowe i zbiorniki do przechowywania ciekłego wodoru i ciekłego tlenu.Jednak ponieważ zawiera więcej chromu i niklu, jest droższy.
2. Omówienie konstrukcji spawanych ze stali niskotemperaturowej
Przy doborze metody spawania konstrukcji i warunków konstruowania stali niskotemperaturowych problem koncentruje się na dwóch aspektach: zapobieganiu pogorszeniu się niskotemperaturowej udarności złącza spawanego oraz zapobieganiu powstawaniu pęknięć spawalniczych.
1) Obróbka ukośna
Kształt rowka złączy spawanych ze stali niskotemperaturowej zasadniczo nie różni się od kształtu złącza ze zwykłej stali węglowej, stali niskostopowej lub stali nierdzewnej i może być traktowany jak zwykle.Ale w przypadku zespołu 9Ni kąt otwarcia rowka jest korzystnie nie mniejszy niż 70 stopni, a tępa krawędź jest korzystnie nie mniejsza niż 3 mm.
Wszystkie stale niskotemperaturowe można ciąć palnikiem acetylenowo-tlenowym.Po prostu prędkość cięcia jest nieco mniejsza podczas cięcia gazowego stali 9Ni niż podczas cięcia gazowego zwykłej węglowej stali konstrukcyjnej.Jeśli grubość stali przekracza 100 mm, ostrze można przed cięciem gazowym podgrzać do temperatury 150-200°C, ale nie więcej niż 200°C.
Cięcie gazowe nie ma negatywnego wpływu na obszary narażone na ciepło spawania.Jednak ze względu na właściwości samoutwardzalne stali zawierającej nikiel powierzchnia cięcia stwardnieje.Aby zapewnić zadowalające wykonanie złącza spawanego, najlepiej przed spawaniem przeszlifować do czysta powierzchnię ciętej powierzchni za pomocą ściernicy.
Żłobienie łukowe można zastosować, jeśli ścieg spoiny lub metal nieszlachetny mają zostać usunięte podczas spawania konstrukcji.Jednak przed ponownym nałożeniem należy jeszcze przeszlifować powierzchnię karbu.
Nie należy stosować żłobienia tlenowo-acetylenowego ze względu na niebezpieczeństwo przegrzania stali.
2) Wybór metody spawania
Typowe metody spawania dostępne dla stali niskotemperaturowej obejmują spawanie łukowe, spawanie łukiem krytym i spawanie łukowe argonem elektrodą stopioną.
Spawanie łukowe jest najczęściej stosowaną metodą spawania stali niskotemperaturowych i może być spawane w różnych pozycjach spawania.Wejście ciepła spawania wynosi około 18-30 KJ/cm.W przypadku zastosowania elektrody o niskiej zawartości wodoru można uzyskać całkowicie zadowalające połączenie spawane.Nie tylko właściwości mechaniczne są dobre, ale wytrzymałość na karb jest również całkiem dobra.Ponadto spawarka łukowa jest prosta i tania, a inwestycja w sprzęt jest niewielka i nie ma na nią wpływu pozycja i kierunek.zalety, takie jak ograniczenia.
Dopływ ciepła spawania łukiem krytym stali niskotemperaturowej wynosi około 10-22 KJ/cm.Ze względu na proste wyposażenie, wysoką wydajność spawania i wygodną obsługę jest szeroko stosowany.Jednak ze względu na efekt termoizolacyjny topnika szybkość chłodzenia zostanie spowolniona, więc istnieje większa tendencja do generowania gorących pęknięć.Ponadto zanieczyszczenia i Si mogą często przedostawać się do metalu spoiny z topnika, co dodatkowo sprzyja tej tendencji.Dlatego podczas spawania łukiem krytym należy zwrócić uwagę na dobór drutu spawalniczego i topnika oraz postępować ostrożnie.
Połączenia spawane metodą spawania w osłonie gazu CO2 mają niską ciągliwość, dlatego nie są stosowane do spawania stali niskotemperaturowych.
Spawanie łukiem argonowym wolframu (spawanie TIG) jest zwykle wykonywane ręcznie, a wprowadzane ciepło spawania jest ograniczone do 9-15 KJ/cm.Dlatego, chociaż złącza spawane mają całkowicie zadowalające właściwości, to zupełnie nie nadają się, gdy grubość stali przekracza 12 mm.
Spawanie MIG jest najczęściej stosowaną automatyczną lub półautomatyczną metodą spawania stali w niskich temperaturach.Jego wejście ciepła spawania wynosi 23-40 KJ / cm.Zgodnie z metodą przenoszenia kropel można go podzielić na trzy typy: proces przenoszenia zwarciowego (mniejszy dopływ ciepła), proces transferu strumienia (wyższy dopływ ciepła) i proces transferu strumienia pulsacyjnego (najwyższy dopływ ciepła).Przejście zwarciowe Spawanie MIG ma problem z niedostatecznym wtopem i może wystąpić wada słabego wtopienia.Podobne problemy występują w przypadku innych topników MIG, ale w różnym stopniu.Aby łuk był bardziej skoncentrowany w celu uzyskania zadowalającej penetracji, kilka do kilkudziesięciu procent CO2 lub O2 można infiltrować do czystego argonu jako gazu osłonowego.Odpowiednie wartości procentowe należy określić, przeprowadzając badania dla konkretnej spawanej stali.
3) Dobór materiałów spawalniczych
Materiały spawalnicze (w tym drut spawalniczy, drut spawalniczy i topnik itp.) powinny zasadniczo opierać się na zastosowanej metodzie spawania.Wspólna forma i kształt rowka oraz inne niezbędne cechy do wyboru.W przypadku stali niskotemperaturowej najważniejszą rzeczą, na którą należy zwrócić uwagę, jest sprawienie, aby metal spoiny miał wystarczającą udarność w niskich temperaturach, aby pasował do metalu podstawowego i zminimalizować w nim zawartość wodoru dyfuzyjnego.
Spawanie Xinfa ma doskonałą jakość i dużą trwałość, aby uzyskać szczegółowe informacje, sprawdź:https://www.xinfatools.com/welding-cutting/
(1) Stal odtleniona aluminium
Stal odtleniona aluminium jest gatunkiem stali bardzo wrażliwym na wpływ szybkości chłodzenia po spawaniu.Większość elektrod stosowanych w ręcznym spawaniu łukowym stali odtlenionej aluminium to elektrody Si-Mn niskowodorowe lub elektrody 1,5% Ni i 2,0% Ni.
Aby zmniejszyć dopływ ciepła spawania, stal odtleniona aluminium na ogół przyjmuje tylko spawanie wielowarstwowe cienkimi elektrodami ≤¢3 ~ 3,2 mm, dzięki czemu wtórny cykl cieplny górnej warstwy spoiny może być wykorzystany do rozdrobnienia ziaren.
Udarność metalu spoiny spawanego elektrodą z serii Si-Mn gwałtownie spada przy 50 ℃ wraz ze wzrostem doprowadzonego ciepła.Na przykład, gdy dopływ ciepła wzrośnie z 18 KJ/cm do 30 KJ/cm, wytrzymałość spadnie o ponad 60%.Elektrody spawalnicze serii 1,5%Ni i 2,5%Ni nie są na to zbyt wrażliwe, dlatego do spawania najlepiej wybrać ten rodzaj elektrody.
Spawanie łukiem krytym jest powszechnie stosowaną automatyczną metodą spawania stali odtlenionej aluminium.Drut spawalniczy stosowany do spawania łukiem krytym jest korzystnie drutem zawierającym 1,5-3,5% niklu i 0,5-1,0% molibdenu.
Zgodnie z literaturą przy użyciu drutu spawalniczego o zawartości 2,5% Ni—0,8% Cr — 0,5% Mo lub 2% Ni z odpowiednim topnikiem średnia udarność stopiwa według Charpy'ego w temperaturze -55°C może osiągnąć 56-70 J (5,7 ~7,1Kgf.m).Nawet przy użyciu drutu spawalniczego o zawartości 0,5% Mo i podstawowego topnika ze stopu manganu, o ile dopływ ciepła jest kontrolowany poniżej 26 KJ/cm, nadal można wytwarzać stopiwo o ν∑-55=55J (5,6 Kgf.m).
Przy doborze topnika należy zwrócić uwagę na dopasowanie Si i Mn w stopiwie.Dowód testowy.Różne zawartości Si i Mn w stopiwie znacznie zmienią wartość udarności Charpy'ego.Zawartości Si i Mn o najlepszej wartości twardości wynoszą 0,1 ~ 0,2% Si i 0,7 ~ 1,1% Mn.Przy wyborze drutu spawalniczego i Należy o tym pamiętać podczas lutowania.
Spawanie łukowe argonem wolframowym i spawanie łukowe argonem metalowym jest rzadziej stosowane w przypadku stali odtlenionej aluminium.Powyższe druty spawalnicze do spawania łukiem krytym można również stosować do spawania łukiem argonowym.
(2) stal 2,5Ni i 3,5Ni
Spawanie łukiem krytym lub spawanie MIG stali 2,5Ni i stali 3,5Ni można generalnie spawać tym samym drutem spawalniczym, co materiał podstawowy.Ale tak jak pokazuje wzór Wilkinsona (5), Mn jest pierwiastkiem hamującym pękanie na gorąco dla niskoniklowej stali niskotemperaturowej.Utrzymywanie zawartości manganu w stopiwie na poziomie około 1,2% jest bardzo korzystne w zapobieganiu pęknięciom na gorąco, takim jak pęknięcia kraterowe łuku.Należy to wziąć pod uwagę przy wyborze kombinacji drutu spawalniczego i topnika.
Stal 3,5 Ni ma tendencję do odpuszczania i kruchości, więc po obróbce cieplnej po spawaniu (na przykład 620°C × 1 godzina, a następnie chłodzenie pieca) w celu wyeliminowania naprężeń szczątkowych, ν∑-100 gwałtownie spadnie z 3,8 Kgf.m do 2.1Kgf.m nie może już spełniać wymagań.Stopiwo powstałe w wyniku spawania drutem spawalniczym serii 4,5%Ni-0,2%Mo ma znacznie mniejszą tendencję do kruchości odpuszczania.Korzystanie z tego drutu spawalniczego pozwala uniknąć powyższych trudności.
(3) Stal 9Ni
Stal 9Ni jest zwykle poddawana obróbce cieplnej przez hartowanie i odpuszczanie lub dwukrotne normalizowanie i odpuszczanie, aby zmaksymalizować jej wytrzymałość w niskich temperaturach.Ale spoina tej stali nie może być poddawana obróbce cieplnej w sposób opisany powyżej.Dlatego trudno jest uzyskać metal spoiny o odporności na obciążenia dynamiczne w niskich temperaturach, porównywalnej z wytrzymałością metalu nieszlachetnego, jeśli stosowane są materiały spawalnicze na bazie żelaza.Obecnie stosuje się głównie materiały spawalnicze o wysokiej zawartości niklu.Spoiny osadzone przez takie materiały spawalnicze będą całkowicie austenityczne.Chociaż ma wady w postaci mniejszej wytrzymałości niż stal 9Ni i bardzo wysokich cen, kruche pękanie nie stanowi już dla niej poważnego problemu.
Z powyższego można wywnioskować, że ponieważ stopiwo jest całkowicie austenityczne, udarność metalu spoiny użytego do spawania elektrodami i drutami w niskich temperaturach jest całkowicie porównywalna z wytrzymałością metalu nieszlachetnego, ale wytrzymałość na rozciąganie i granica plastyczności są niższy niż metal podstawowy.Stal zawierająca nikiel jest samoutwardzalna, dlatego większość elektrod i drutów zwraca uwagę na ograniczenie zawartości węgla w celu uzyskania dobrej spawalności.
Mo jest ważnym pierwiastkiem wzmacniającym w materiałach spawalniczych, podczas gdy Nb, Ta, Ti i W są ważnymi pierwiastkami hartującymi, którym poświęcono pełną uwagę przy doborze materiałów spawalniczych.
Gdy do spawania używany jest ten sam drut spawalniczy, wytrzymałość i ciągliwość metalu spoiny przy spawaniu łukiem krytym jest gorsza niż przy spawaniu metodą MIG, co może być spowodowane spowolnieniem szybkości stygnięcia spoiny i możliwym wnikaniem zanieczyszczeń lub Si od strumienia.
3. Spawanie rur ze stali niskotemperaturowej A333-GR6
1) Analiza spawalności stali A333-GR6
Stal A333–GR6 należy do stali niskotemperaturowych, minimalna temperatura pracy wynosi -70 ℃ i jest zwykle dostarczana w stanie znormalizowanym lub znormalizowanym i odpuszczonym.Stal A333-GR6 ma niską zawartość węgla, więc skłonność do utwardzania i skłonność do pękania na zimno są stosunkowo małe, materiał ma dobrą wytrzymałość i plastyczność, generalnie nie jest łatwo wytwarzać defekty utwardzania i pękania oraz ma dobrą spawalność.Można stosować drut spawalniczy ER80S-Ni1 z elektrodą W707Ni, stosować spawanie argonowo-elektryczne lub drut spawalniczy argonowy ER80S-Ni1 i stosować spawanie łukiem pełnym argonem, aby zapewnić dobrą ciągliwość złączy spawanych.Marka drutu i elektrody do spawania łukiem argonowym może również wybrać produkty o tych samych parametrach, ale można ich używać tylko za zgodą właściciela.
2) Proces spawania
Szczegółowe metody spawania można znaleźć w instrukcji procesu spawania lub WPS.Podczas spawania stosuje się złącze doczołowe typu I oraz spawanie łukiem pełnym argonu dla rur o średnicy mniejszej niż 76,2 mm;dla rur o średnicy większej niż 76,2 mm wykonuje się rowki w kształcie litery V oraz stosuje się metodę spawania kombinowanego argonem elektrycznym z podkładem łukiem argonowym i wypełnieniem wielowarstwowym lub metodą spawania łukiem pełnym argonu.Specyficzną metodą jest wybór odpowiedniej metody spawania zgodnie z różnicą średnicy rury i grubości ścianki rury w WPS zatwierdzonej przez właściciela.
3) Proces obróbki cieplnej
(1) Podgrzewanie przed spawaniem
Gdy temperatura otoczenia jest niższa niż 5 ° C, spaw musi zostać podgrzany, a temperatura podgrzewania wynosi 100-150 ° C;zakres podgrzewania wynosi 100 mm po obu stronach spoiny;ogrzewa się go płomieniem acetylenowo-tlenowym (płomień neutralny) i dokonuje pomiaru temperatury Pióro mierzy temperaturę w odległości 50-100 mm od środka spoiny, a punkty pomiaru temperatury są równomiernie rozmieszczone, aby lepiej kontrolować temperaturę .
(2) Obróbka cieplna po spawaniu
Aby poprawić udarność stali niskotemperaturowej, powszechnie stosowane materiały zostały ulepszone i odpuszczone.Niewłaściwa obróbka cieplna po spawaniu często pogarsza jego właściwości niskotemperaturowe, na co należy zwrócić szczególną uwagę.Dlatego, z wyjątkiem warunków dużej grubości spoiny lub bardzo ostrych warunków utwierdzenia, zwykle nie przeprowadza się obróbki cieplnej po spawaniu stali niskotemperaturowej.Na przykład spawanie nowych rurociągów LPG w CSPC nie wymaga obróbki cieplnej po spawaniu.Jeśli w niektórych projektach rzeczywiście wymagana jest obróbka cieplna po spawaniu, szybkość nagrzewania, czas stałej temperatury i szybkość chłodzenia obróbki cieplnej po spawaniu muszą być ściśle zgodne z następującymi przepisami:
Gdy temperatura wzrośnie powyżej 400 ℃, szybkość ogrzewania nie powinna przekraczać 205 × 25/δ ℃/h i nie powinna przekraczać 330 ℃/h. Czas stałej temperatury powinien wynosić 1 godzinę na 25 mm grubości ściany i nie mniej niż 15 minut.W okresie stałej temperatury różnica temperatur między najwyższą a najniższą temperaturą powinna być mniejsza niż 65 ℃.
Po stałej temperaturze szybkość chłodzenia nie powinna być większa niż 65 × 25/δ ℃/h i nie powinna być większa niż 260 ℃/h.Naturalne chłodzenie jest dozwolone poniżej 400 ℃.Urządzenie do obróbki cieplnej typu TS-1 sterowane komputerowo.
4) Środki ostrożności
(1) Ściśle podgrzej zgodnie z przepisami i kontroluj temperaturę międzywarstwową, a temperaturę międzywarstwową kontroluje się na poziomie 100-200 ℃.Każdy szew spawalniczy powinien być spawany jednocześnie, a jeśli zostanie przerwany, należy podjąć środki powolnego chłodzenia.
(2) Surowo zabrania się zarysowywania powierzchni spawanej przez łuk.Krater łuku należy wypełnić, a ubytki zeszlifować ściernicą przy zamkniętym łuku.Połączenia między warstwami zgrzewania wielowarstwowego powinny być przesunięte.
(3) Ściśle kontroluj energię linii, stosuj mały prąd, niskie napięcie i szybkie spawanie.Długość spawania każdej elektrody W707Ni o średnicy 3,2 mm musi być większa niż 8 cm.
(4) Należy przyjąć tryb pracy z krótkim łukiem i bez wahania.
(5) Należy przyjąć proces pełnej penetracji i przeprowadzić go w ścisłej zgodności z wymaganiami specyfikacji procesu spawania i karty procesu spawania.
(6) Wzmocnienie spoiny wynosi 0 ~ 2 mm, a szerokość każdej strony spoiny wynosi ≤ 2 mm.
(7) Badania nieniszczące można przeprowadzić co najmniej po 24 godzinach od zakwalifikowania oględzin spoiny.Spoiny doczołowe rurociągów podlegają JB 4730-94.
(8) Norma „Zbiorniki ciśnieniowe: badania nieniszczące zbiorników ciśnieniowych”, kwalifikacja klasy II.
(9) Naprawę spoin należy przeprowadzić przed obróbką cieplną po spawaniu.Jeśli naprawa jest konieczna po obróbce cieplnej, spoina powinna zostać ponownie podgrzana po naprawie.
(10) Jeżeli wymiar geometryczny powierzchni spoiny przekracza normę, szlifowanie jest dozwolone, a grubość po szlifowaniu nie może być mniejsza niż wymaganie projektowe.
(11) W przypadku ogólnych wad spawalniczych dopuszczalne są maksymalnie dwie naprawy.Jeśli obie naprawy są nadal bez zastrzeżeń, spoina musi zostać odcięta i ponownie spawana zgodnie z pełnym procesem spawania.
Czas postu: 21 czerwca 2023 r
