1. Преглед на криогенната стомана
1) Техническите изисквания за нискотемпературна стомана обикновено са: достатъчна якост и достатъчна издръжливост в среда с ниска температура, добра производителност на заваряване, производителност на обработка и устойчивост на корозия и др. Сред тях, издръжливостта при ниска температура, тоест способността предотвратяването на появата и разширяването на крехко счупване при ниска температура е най-важният фактор.Следователно държавите обикновено определят определена стойност на ударна якост при най-ниската температура.
2) Сред компонентите на нискотемпературната стомана обикновено се смята, че елементи като въглерод, силиций, фосфор, сяра и азот влошават издръжливостта при ниски температури, а фосфорът е най-вреден, така че ранната дефосфоризация при ниска температура трябва да бъде извършени по време на топене.Елементи като манган и никел могат да подобрят издръжливостта при ниски температури.За всеки 1% увеличение на съдържанието на никел, критичната температура на крехък преход може да бъде намалена с около 20°C.
3) Процесът на топлинна обработка има решаващо влияние върху металографската структура и размера на зърното на нискотемпературната стомана, което също влияе върху нискотемпературната якост на стоманата.След закаляване и темпериране, издръжливостта при ниска температура очевидно се подобрява.
4) Според различните методи на горещо формоване, нискотемпературната стомана може да бъде разделена на лята стомана и валцована стомана.Според разликата в състава и металографската структура нискотемпературната стомана може да бъде разделена на: нисколегирана стомана, 6% никелова стомана, 9% никелова стомана, хром-манганова или хром-манган-никелова аустенитна стомана и хром-никелова аустенитна неръждаема стомана изчакайте.Нисколегираната стомана обикновено се използва в температурен диапазон от около -100°C за производството на хладилно оборудване, транспортно оборудване, помещения за съхранение на винил и нефтохимическо оборудване.В Съединените щати, Обединеното кралство, Япония и други страни 9% никелова стомана се използва широко в нискотемпературни конструкции при 196°C, като резервоари за съхранение и транспортиране на втечнен биогаз и метан, оборудване за съхранение на течен кислород и производство на течен кислород и течен азот.Аустенитната неръждаема стомана е много добър структурен материал при ниски температури.Има добра издръжливост при ниски температури, отлична производителност при заваряване и ниска топлопроводимост.Той се използва широко в нискотемпературни полета, като транспортни танкери и резервоари за съхранение на течен водород и течен кислород.Въпреки това, тъй като съдържа повече хром и никел, той е по-скъп.
2. Преглед на нискотемпературната стоманена заваръчна конструкция
При избора на метода на заваряване и условията на конструиране на нискотемпературна стомана фокусът на проблема е върху следните два аспекта: предотвратяване на влошаването на нискотемпературната якост на заварената връзка и предотвратяване на появата на заваръчни пукнатини.
1) Обработка на фаска
Формата на канала на заварените съединения от нискотемпературна стомана не се различава по принцип от тази на обикновената въглеродна стомана, нисколегирана стомана или неръждаема стомана и може да се третира както обикновено.Но за 9Ni Gang ъгълът на отваряне на жлеба е за предпочитане не по-малък от 70 градуса, а тъпият ръб е за предпочитане не по-малък от 3 мм.
Всички нискотемпературни стомани могат да се режат с оксиацетиленова горелка.Просто скоростта на рязане е малко по-бавна при газово рязане на 9Ni стомана, отколкото при газово рязане на обикновена въглеродна структурна стомана.Ако дебелината на стоманата надвишава 100 mm, режещият ръб може да бъде предварително загрят до 150-200 ° C преди газово рязане, но не повече от 200 ° C.
Газовото рязане няма неблагоприятни ефекти върху зоните, засегнати от заваръчната топлина.Въпреки това, поради свойствата на самовтвърдяване на никел-съдържащата стомана, срязаната повърхност ще се втвърди.За да се гарантира задоволителното представяне на заварената връзка, най-добре е да използвате шлифовъчно колело, за да шлайфате повърхността на срязаната повърхност преди заваряване.
Дъговото издълбаване може да се използва, ако заваръчният шев или основният метал трябва да бъдат отстранени по време на заваръчната конструкция.Въпреки това, повърхността на вдлъбнатината все пак трябва да се шлайфа преди повторно нанасяне.
Не трябва да се използва пламъчно дълбане с оксиацетилен поради опасност от прегряване на стоманата.
2) Избор на метод на заваряване
Типичните методи за заваряване, налични за нискотемпературна стомана, включват електродъгово заваряване, електродъгово заваряване под флюс и електродъгово заваряване с разтопен електрод.
Дъговото заваряване е най-често използваният метод за заваряване на нискотемпературна стомана и може да се заварява в различни позиции на заваряване.Входящата топлина при заваряване е около 18-30KJ/cm.Ако се използва електрод с ниско съдържание на водород, може да се получи напълно задоволително заварено съединение.Не само механичните свойства са добри, но издръжливостта също е доста добра.В допълнение, машината за електродъгово заваряване е проста и евтина, а инвестицията в оборудването е малка и не се влияе от позицията и посоката.предимства като ограничения.
Входящата топлина при заваряване под флюс на нискотемпературна стомана е около 10-22KJ/cm.Поради простото си оборудване, висока ефективност на заваряване и удобна работа, той е широко използван.Въпреки това, поради топлоизолационния ефект на флюса, скоростта на охлаждане ще се забави, така че има по-голяма тенденция за генериране на горещи пукнатини.В допълнение, примесите и Si могат често да навлизат в заваръчния метал от флюса, което допълнително ще насърчи тази тенденция.Ето защо, когато използвате електродъгово заваряване под флюс, обърнете внимание на избора на заваръчна тел и флюс и работете внимателно.
Съединенията, заварени чрез заваряване в защитен газ с CO2, имат ниска якост, така че не се използват при заваряване на стомана при ниска температура.
Заваряването с волфрамова аргонова дъга (TIG заваряване) обикновено се извършва ръчно и неговата входяща топлина при заваряване е ограничена до 9-15KJ/cm.Следователно, въпреки че заварените съединения имат напълно задоволителни свойства, те са напълно неподходящи, когато дебелината на стоманата надвишава 12 mm.
MIG заваряването е най-широко използваният автоматичен или полуавтоматичен метод за заваряване при нискотемпературно заваряване на стомана.Неговата заваръчна топлинна мощност е 23-40KJ/cm.Според метода на капково пренасяне той може да бъде разделен на три типа: процес на пренос на късо съединение (по-ниска вложена топлина), процес на пренос на струя (по-висока вложена топлина) и процес на пренос на импулсна струя (най-висока входяща топлина).MIG заваряването с преход при късо съединение има проблема с недостатъчното проникване и може да възникне дефект от лошо топене.Подобни проблеми съществуват и при други потоци MIG, но в различна степен.За да се направи дъгата по-концентрирана, за да се постигне задоволително проникване, няколко процента до десетки процента CO2 или O2 могат да бъдат инфилтрирани в чист аргон като защитен газ.Подходящите проценти се определят чрез изпитване за конкретната стомана, която се заварява.
3) Избор на заваръчни материали
Заваръчните материали (включително заваръчен прът, заваръчна тел и флюс и др.) обикновено трябва да се основават на използвания метод на заваряване.Форма на фугата и форма на канала и други необходими характеристики за избор.За нискотемпературната стомана най-важното нещо, на което трябва да се обърне внимание, е заваръчният метал да има достатъчно издръжливост при ниски температури, за да съответства на основния метал, и да се минимизира съдържанието на дифузионен водород в него.
Xinfa заваряването има отлично качество и голяма издръжливост, за подробности, моля, проверете:https://www.xinfatools.com/welding-cutting/
(1) Алуминиева деоксидирана стомана
Алуминиевата деоксидирана стомана е марка стомана, която е много чувствителна към влиянието на скоростта на охлаждане след заваряване.Повечето от електродите, използвани при ръчно дъгово заваряване на алуминиева деоксидирана стомана, са Si-Mn електроди с ниско съдържание на водород или електроди с 1,5% Ni и 2,0% Ni.
За да се намали входящата топлина при заваряване, алуминиевата деоксидирана стомана обикновено приема само многослойно заваряване с тънки електроди от ≤¢3~3,2 mm, така че вторичният топлинен цикъл на горния слой на заваръчния шев да може да се използва за рафиниране на зърната.
Устойчивостта на удара на заваръчния метал, заварен с електрод от серията Si-Mn, ще намалее рязко при 50 ℃ с увеличаването на вложената топлина.Например, когато вложената топлина се увеличи от 18KJ/cm до 30KJ/cm, якостта ще загуби повече от 60%.Заваръчните електроди от серия 1,5%Ni и серия 2,5%Ni не са твърде чувствителни към това, така че е най-добре да изберете този вид електрод за заваряване.
Заваряването под флюс е често използван автоматичен метод за заваряване на алуминиева деоксидирана стомана.Заваръчната тел, използвана при електродъгово заваряване под флюс, за предпочитане е от вида, съдържащ 1,5~3,5% никел и 0,5~1,0% молибден.
Според литературата, със заваръчна тел 2,5%Ni—0,8%Cr—0,5%Mo или 2%Ni, съчетана с подходящ флюс, средната стойност на якост на Шарпи на заваръчния метал при -55°C може да достигне 56-70J (5,7 ~7.1Kgf.m).Дори когато се използва 0,5% Mo заваръчна тел и основен флюс от манганова сплав, докато входящата топлина се контролира под 26KJ/cm, все още може да се произведе заваръчен метал с ν∑-55=55J (5,6Kgf.m).
При избора на флюс трябва да се обърне внимание на съвпадението на Si и Mn в заваръчния метал.Тестово доказателство.Различното съдържание на Si и Mn в заваръчния метал значително ще промени стойността на якостта на Шарпи.Съдържанията на Si и Mn с най-добра стойност на якост са 0,1~0,2%Si и 0,7~1,1%Mn.Когато избирате заваръчна тел и Имайте предвид това, когато запоявате.
Заваряването с волфрамова аргонова дъга и заваряването с метална аргонова дъга се използват по-малко в алуминиева деоксидирана стомана.Горните заваръчни телове за заваряване под флюс могат да се използват и за заваряване с аргонова дъга.
(2) 2.5Ni стомана и 3.5Ni
Заваряването под флюс или MIG заваряването на 2,5Ni стомана и 3,5Ni стомана обикновено може да се заварява със същата заваръчна тел като основния материал.Но точно както показва формулата на Wilkinson (5), Mn е инхибитор на горещо напукване за нискотемпературна стомана с ниско съдържание на никел.Поддържането на съдържанието на манган в заваръчния метал на около 1,2% е много полезно за предотвратяване на горещи пукнатини, като пукнатини от дъгови кратери.Това трябва да се има предвид при избора на комбинация от заваръчна тел и флюс.
Стоманата 3.5Ni има склонност към темпериране и крехкост, така че след топлинна обработка след заваряване (например 620°C×1 час, след това охлаждане в пещта), за да се елиминира остатъчното напрежение, ν∑-100 ще спадне рязко от 3,8 Kgf.m до 2.1Kgf.m вече не отговаря на изискванията.Заваръчният метал, образуван чрез заваряване със заваръчна тел от серия 4,5% Ni-0,2% Mo, има много по-малка склонност към крехкост при темпериране.Използването на тази заваръчна тел може да избегне горните трудности.
(3) 9Ni стомана
Стоманата 9Ni обикновено се обработва топлинно чрез закаляване и темпериране или два пъти нормализиране и темпериране, за да се увеличи максимално нейната издръжливост при ниски температури.Но заваръчният метал на тази стомана не може да бъде термично обработен както по-горе.Следователно е трудно да се получи заваръчен метал с издръжливост при ниска температура, сравнима с тази на основния метал, ако се използват консумативи за заваряване на основата на желязо.Понастоящем се използват предимно материали за заваряване с високо съдържание на никел.Заваръчните шевове, отложени от такива заваръчни материали, ще бъдат напълно аустенитни.Въпреки че има недостатъците на по-ниската якост от основния материал от стомана 9Ni и много скъпи цени, крехкото счупване вече не е сериозен проблем за него.
От горното може да се разбере, че тъй като заваръчният метал е напълно аустенитен, издръжливостта при ниска температура на заваръчния метал, използван за заваряване с електроди и телове, е напълно сравнима с тази на основния метал, но якостта на опън и границата на провлачване са по-ниска от основния метал.Стоманата, съдържаща никел, се самовтвърдява, така че повечето електроди и проводници обръщат внимание на ограничаването на съдържанието на въглерод, за да се постигне добра заваряемост.
Mo е важен укрепващ елемент в заваръчните материали, докато Nb, Ta, Ti и W са важни укрепващи елементи, на които е обърнато пълно внимание при избора на заваръчни материали.
Когато същата заваръчна тел се използва за заваряване, якостта и издръжливостта на заваръчния метал при заваряване под флюс са по-лоши от тези при MIG заваряване, което може да се дължи на забавянето на скоростта на охлаждане на заваръчния шев и възможното проникване на примеси или Si от потока на.
3. Нискотемпературно заваряване на стоманени тръби A333-GR6
1) Анализ на заваряемостта на стомана A333-GR6
Стоманата A333–GR6 принадлежи към нискотемпературна стомана, минималната работна температура е -70 ℃ и обикновено се доставя в нормализирано или нормализирано и закалено състояние.Стоманата A333-GR6 има ниско съдържание на въглерод, така че тенденцията на втвърдяване и тенденцията към студено напукване са относително малки, материалът има добра издръжливост и пластичност, като цяло не е лесно да се произвеждат дефекти от втвърдяване и пукнатини и има добра заваряемост.Тел за заваряване с аргонова дъга ER80S-Ni1 може да се използва с електрод W707Ni, използвайте заваряване с аргонова електрическа фуга или използвайте тел за заваръчна дъга с аргон ER80S-Ni1 и използвайте заваряване с пълна аргонова дъга, за да осигурите добра здравина на заварените съединения.Марката аргонова заваръчна тел и електрод също могат да избират продукти със същата производителност, но те могат да се използват само със съгласието на собственика.
2) Процес на заваряване
За подробни методи на процеса на заваряване, моля, вижте книгата с инструкции за процеса на заваряване или WPS.По време на заваряване, I-тип челно съединение и заваряване с пълна аргонова дъга се приемат за тръби с диаметър по-малък от 76,2 mm;за тръби с диаметър по-голям от 76,2 mm се правят V-образни жлебове и се използва методът на комбинирано аргонно-електрическо заваряване с аргоново дъгово зареждане и многослойно запълване или Методът на пълно аргоново дъгово заваряване.Специфичният метод е да изберете съответния метод на заваряване според разликата в диаметъра на тръбата и дебелината на стената на тръбата в WPS, одобрен от собственика.
3) Процес на топлинна обработка
(1) Предварително загряване преди заваряване
Когато температурата на околната среда е по-ниска от 5 ° C, заварката трябва да бъде предварително загрята, а температурата на предварително нагряване е 100-150 ° C;обхватът на предварително загряване е 100 mm от двете страни на заваръчния шев;нагрява се с оксиацетиленов пламък (неутрален пламък) и се измерва температурата Писалката измерва температурата на разстояние 50-100 mm от центъра на заваръчния шев и точките за измерване на температурата са равномерно разпределени за по-добър контрол на температурата .
(2) Термична обработка след заваряване
За да се подобри устойчивостта на прорези на нискотемпературна стомана, обикновено използваните материали са закалени и закалени.Неправилната термична обработка след заваряване често влошава нискотемпературните му характеристики, на които трябва да се обърне достатъчно внимание.Следователно, с изключение на условията на голяма дебелина на заваръчния шев или много тежки ограничителни условия, термичната обработка след заваряване обикновено не се извършва за нискотемпературна стомана.Например, заваряването на нови тръбопроводи за LPG в CSPC не изисква термична обработка след заваряване.Ако в някои проекти наистина се изисква термична обработка след заваряване, скоростта на нагряване, времето за постоянна температура и скоростта на охлаждане на термичната обработка след заваряване трябва да бъдат стриктно в съответствие със следните разпоредби:
Когато температурата се повиши над 400 ℃, скоростта на нагряване не трябва да надвишава 205 × 25/δ ℃/h и не трябва да надвишава 330 ℃/h. Времето за постоянна температура трябва да бъде 1 час на 25 mm дебелина на стената и не по-малко от 15 минути.По време на периода на постоянна температура температурната разлика между най-високата и най-ниската температура трябва да бъде по-ниска от 65 ℃.
След постоянна температура скоростта на охлаждане не трябва да надвишава 65 × 25/δ ℃/h и не трябва да надвишава 260 ℃/h.Допуска се естествено охлаждане под 400 ℃.Оборудване за термична обработка тип TS-1, управлявано от компютър.
4) Предпазни мерки
(1) Загрейте стриктно предварително в съответствие с разпоредбите и контролирайте температурата на междинния слой, като температурата на междинния слой се контролира на 100-200 ℃.Всеки заваръчен шев трябва да бъде заварен наведнъж и ако е прекъснат, трябва да се вземат мерки за бавно охлаждане.
(2) Повърхността на заварката е строго забранена от надраскване от дъгата.Кратерът на дъгата трябва да бъде запълнен и дефектите трябва да бъдат шлайфани с шлифовъчно колело, когато дъгата е затворена.Фугите между слоевете на многослойно заваряване трябва да бъдат подредени.
(3) Строго контролирайте линейната енергия, приемайте малък ток, ниско напрежение и бързо заваряване.Дължината на заваряване на всеки електрод W707Ni с диаметър 3,2 mm трябва да бъде по-голяма от 8 cm.
(4) Трябва да се приеме режим на работа на къса дъга и без люлеене.
(5) Процесът на пълно проникване трябва да бъде възприет и трябва да се извършва в строго съответствие с изискванията на спецификацията на процеса на заваряване и картата на процеса на заваряване.
(6) Усилването на заваръчния шев е 0 ~ 2 mm, а ширината на всяка страна на заваръчния шев е ≤ 2 mm.
(7) Изпитването без разрушаване може да се извърши най-малко 24 часа след квалифицирана визуална проверка на заваръчния шев.Челните заварки на тръбопроводи трябва да бъдат предмет на JB 4730-94.
(8) Стандарт „Съдове под налягане: Тестване без разрушаване на съдове под налягане“, квалифициран клас II.
(9) Ремонтът на заваръчните шевове трябва да се извърши преди топлинна обработка след заваряване.Ако е необходим ремонт след термична обработка, заваръчният шев трябва да се нагрее отново след ремонта.
(10) Ако геометричният размер на заваръчната повърхност надвишава стандарта, се допуска шлайфане, като дебелината след шлайфане не трябва да бъде по-малка от проектното изискване.
(11) За общи заваръчни дефекти се допускат най-много два ремонта.Ако двата ремонта все още не са квалифицирани, заваръчният шев трябва да бъде отрязан и заварен отново в съответствие с целия процес на заваряване.
Време на публикуване: 21 юни 2023 г
