1. Přehled kryogenní oceli
1) Technické požadavky na nízkoteplotní ocel jsou obecně: dostatečná pevnost a dostatečná houževnatost v nízkoteplotním prostředí, dobrý svařovací výkon, zpracovatelský výkon a odolnost proti korozi atd. Mezi ně patří houževnatost za nízkých teplot, tedy schopnost nejdůležitějším faktorem je prevence vzniku a expanze křehkého lomu při nízké teplotě. Země proto obvykle stanoví určitou hodnotu rázové houževnatosti při nejnižší teplotě.
2) Mezi složkami nízkoteplotní oceli se obecně má za to, že prvky jako uhlík, křemík, fosfor, síra a dusík zhoršují nízkoteplotní houževnatost a fosfor je nejškodlivější, proto by měla být časná nízkoteplotní defosforizace prováděné při tavení. Prvky jako mangan a nikl mohou zlepšit houževnatost při nízkých teplotách. Na každé 1% zvýšení obsahu niklu může být kritická teplota přechodu snížena o přibližně 20 °C.
3) Proces tepelného zpracování má rozhodující vliv na metalografickou strukturu a zrnitost nízkoteplotní oceli, což ovlivňuje i nízkoteplotní houževnatost oceli. Po zpracování kalením a popouštěním se houževnatost při nízkých teplotách zjevně zlepšila.
4) Podle různých metod tváření za tepla lze nízkoteplotní ocel rozdělit na ocelolitinu a válcovanou ocel. Podle rozdílu složení a metalografické struktury lze nízkoteplotní ocel rozdělit na: nízkolegovanou ocel, 6% niklovou ocel, 9% niklovou ocel, chrommanganovou nebo chrom-mangan-niklovou austenitická ocel a chromniklovou austenitické nerezové oceli Počkejte. Nízkolegovaná ocel se obecně používá v teplotním rozsahu asi -100 °C pro výrobu chladicích zařízení, dopravních zařízení, skladů vinylu a petrochemických zařízení. Ve Spojených státech, Spojeném království, Japonsku a dalších zemích se 9% niklová ocel široce používá v nízkoteplotních konstrukcích při 196 °C, jako jsou skladovací nádrže pro skladování a přepravu zkapalněného bioplynu a metanu, zařízení pro skladování kapalného kyslíku a výrobu kapalného kyslíku a kapalného dusíku. Austenitická nerezová ocel je velmi dobrý nízkoteplotní konstrukční materiál. Má dobrou houževnatost při nízkých teplotách, vynikající svařovací výkon a nízkou tepelnou vodivost. Je široce používán v nízkoteplotních oblastech, jako jsou přepravní tankery a skladovací nádrže na kapalný vodík a kapalný kyslík. Protože však obsahuje více chromu a niklu, je dražší.
2. Přehled konstrukce svařování nízkoteplotní oceli
Při volbě konstrukční metody svařování a konstrukčních podmínek nízkoteplotní oceli je těžištěm problému následující dva aspekty: zabránění zhoršení nízkoteplotní houževnatosti svarového spoje a zabránění vzniku trhlin při svařování.
1) Zpracování úkosu
Tvar drážky svarových spojů z nízkoteplotní oceli se v zásadě neliší od svaru běžné uhlíkové oceli, nízkolegované oceli nebo nerezové oceli a může být zpracován jako obvykle. Ale pro 9Ni Gang není úhel otevření drážky s výhodou menší než 70 stupňů a tupý okraj s výhodou není menší než 3 mm.
Všechny nízkoteplotní oceli lze řezat kyslíkoacetylenovým hořákem. Jde jen o to, že řezná rychlost je při plynovém řezání oceli 9Ni o něco nižší než při řezání plynem z běžné uhlíkové konstrukční oceli. Pokud tloušťka oceli přesahuje 100 mm, lze řeznou hranu před řezáním plynem předehřát na 150-200 °C, ale ne více než 200 °C.
Řezání plynem nemá žádné nepříznivé účinky na oblasti ovlivněné teplem svařování. Díky samotvrdnoucím vlastnostem oceli obsahující nikl však povrch řezu ztvrdne. Aby byl zajištěn uspokojivý výkon svarového spoje, je nejlepší použít brusný kotouč pro broušení povrchu řezu do čistého před svařováním.
Drážkování obloukem lze použít, pokud se má během svařování odstranit svarová housenka nebo základní kov. Před opětovným nanesením by však měl být povrch zářezu stále čistě obroušen.
Drážkování kyslíkoacetylenovým plamenem by se nemělo používat kvůli nebezpečí přehřátí oceli.
2) Volba metody svařování
Typické metody svařování dostupné pro nízkoteplotní oceli zahrnují obloukové svařování, svařování pod tavidlem a obloukové svařování roztavenou elektrodou argonem.
Obloukové svařování je nejběžněji používanou metodou svařování nízkoteplotní oceli a lze jej svařovat v různých svařovacích polohách. Tepelný příkon svařování je cca 18-30KJ/cm. Pokud se použije elektroda s nízkým obsahem vodíku, lze získat zcela vyhovující svarový spoj. Dobré jsou nejen mechanické vlastnosti, ale docela dobrá je i vrubová houževnatost. Kromě toho je stroj pro obloukové svařování jednoduchý a levný a investice do zařízení je malá a není ovlivněna polohou a směrem. výhody, jako jsou omezení.
Tepelný příkon svařování nízkoteplotní oceli pod tavidlem je cca 10-22KJ/cm. Pro své jednoduché vybavení, vysokou účinnost svařování a pohodlné ovládání je široce používán. V důsledku tepelně izolačního účinku tavidla se však rychlost ochlazování zpomalí, takže existuje větší tendence vytvářet horké trhliny. Kromě toho se do svarového kovu mohou z tavidla často dostávat nečistoty a Si, což tuto tendenci dále podpoří. Proto při použití svařování pod tavidlem věnujte pozornost výběru svařovacího drátu a tavidla a pracujte opatrně.
Spoje svařované svařováním v ochranné atmosféře CO2 mají nízkou houževnatost, proto se nepoužívají při nízkoteplotním svařování oceli.
Svařování wolframem a argonem (TIG svařování) se obvykle provádí ručně a jeho svařovací tepelný příkon je omezen na 9-15KJ/cm. Proto, ačkoliv mají svarové spoje zcela vyhovující vlastnosti, jsou zcela nevhodné, když tloušťka oceli přesahuje 12 mm.
MIG svařování je nejrozšířenější automatická nebo poloautomatická metoda svařování při nízkoteplotním svařování oceli. Jeho tepelný příkon svařování je 23-40KJ/cm. Podle způsobu přenosu kapek jej lze rozdělit do tří typů: proces přenosu nakrátko (nižší tepelný příkon), proces přenosu paprskem (vyšší tepelný příkon) a proces přenosu pulsním paprskem (nejvyšší příkon tepla). Zkratový přechod MIG svařování má problém s nedostatečným průvarem a může dojít k defektu špatného natavení. Podobné problémy existují i u jiných tavidel MIG, ale v jiné míře. Aby byl oblouk koncentrovanější a dosáhl uspokojivého průniku, může být několik procent až desítek procent CO2 nebo O2 infiltrováno do čistého argonu jako ochranného plynu. Příslušná procenta se určí zkouškou pro konkrétní svařovanou ocel.
3) Výběr svařovacích materiálů
Svařovací materiály (včetně svařovací tyče, svařovacího drátu a tavidla atd.) by měly být obecně založeny na použité metodě svařování. Tvar spoje a tvar drážky a další potřebné vlastnosti k výběru. U nízkoteplotní oceli je nejdůležitější věnovat pozornost tomu, aby měl svarový kov dostatečnou houževnatost při nízkých teplotách, aby odpovídal základnímu kovu, a minimalizoval obsah difuzního vodíku v něm.
Svařování Xinfa má vynikající kvalitu a vysokou odolnost, podrobnosti naleznete na:https://www.xinfatools.com/welding-cutting/
(1) Dezoxidovaná hliníková ocel
Ocel dezoxidovaná hliníkem je jakost oceli, která je velmi citlivá na vliv rychlosti ochlazování po svařování. Většina elektrod používaných při ručním obloukovém svařování hliníku deoxidované oceli jsou Si-Mn nízkovodíkové elektrody nebo 1,5% Ni a 2,0% Ni elektrody.
Aby se snížil tepelný příkon svařování, ocel deoxidovaná hliníkem obecně používá pouze vícevrstvé svařování tenkými elektrodami ≤¢3~3,2 mm, takže sekundární tepelný cyklus horní vrstvy svaru lze použít k zjemnění zrn.
Rázová houževnatost svarového kovu svařovaného elektrodou řady Si-Mn prudce klesá při 50 °C se zvýšením tepelného příkonu. Například, když se příkon tepla zvýší z 18 KJ/cm na 30 KJ/cm, houževnatost ztratí více než 60 %. Svařovací elektrody řady 1,5%Ni a 2,5%Ni na to nejsou příliš citlivé, proto je nejlepší zvolit pro svařování tento druh elektrody.
Svařování pod tavidlem je běžně používaná metoda automatického svařování oceli deoxidované hliníkem. Svařovací drát používaný při svařování pod tavidlem je přednostně druh obsahující 1,5 až 3,5 % niklu a 0,5 až 1,0 % molybdenu.
Podle literatury může se svařovacím drátem 2,5%Ni—0,8%Cr—0,5%Mo nebo 2%Ni, přizpůsobeným vhodnému tavidlu, průměrná hodnota Charpyho houževnatosti svarového kovu při -55 °C dosáhnout 56-70 J (5,7 ~7,1 kgf.m). I při použití 0,5% Mo svařovacího drátu a základního tavidla z manganové slitiny, pokud je tepelný příkon regulován pod 26KJ/cm, lze stále vyrábět svarový kov s ν∑-55=55J (5,6Kgf.m).
Při výběru tavidla je třeba věnovat pozornost shodě Si a Mn ve svarovém kovu. Důkaz testu. Rozdílné obsahy Si a Mn ve svarovém kovu výrazně změní hodnotu Charpyho houževnatosti. Obsahy Si a Mn s nejlepší hodnotou houževnatosti jsou 0,1~0,2%Si a 0,7~1,1%Mn. Při výběru svařovacího drátu a Pamatujte na to při pájení.
Obloukové svařování wolframem a argonem a obloukové svařování kovů argonem se u hliníku deoxidované oceli používá méně. Výše uvedené svařovací dráty pro svařování pod tavidlem lze také použít pro svařování argonem.
(2) 2,5Ni ocel a 3,5Ni
Svařování pod tavidlem nebo svařování MIG oceli 2,5Ni a oceli 3,5Ni lze obecně svařovat stejným svařovacím drátem jako základní materiál. Ale jak ukazuje Wilkinsonův vzorec (5), Mn je prvek inhibitoru praskání za tepla pro nízkoteplotní ocel s nízkým obsahem niklu. Udržování obsahu manganu ve svarovém kovu na přibližně 1,2 % je velmi prospěšné, aby se zabránilo vzniku horkých trhlin, jako jsou trhliny v obloukových kráterech. To je třeba vzít v úvahu při výběru kombinace svařovacího drátu a tavidla.
Ocel 3,5Ni má tendenci být temperována a křehká, takže po tepelném zpracování po svařování (například 620 °C × 1 hodina, poté ochlazení pece), aby se eliminovalo zbytkové napětí, ν∑-100 prudce klesne z 3,8 kgf.m na 2,1 kgf.m již nemůže splňovat požadavky. Svarový kov vytvořený svařováním svařovacím drátem řady 4,5%Ni-0,2%Mo má mnohem menší sklon k popouštěcí křehkosti. Použitím tohoto svařovacího drátu se lze vyhnout výše uvedeným potížím.
(3) Ocel 9Ni
Ocel 9Ni je obvykle tepelně zpracována kalením a popouštěním nebo dvakrát normalizací a popouštěním, aby se maximalizovala její houževnatost při nízkých teplotách. Ale svarový kov této oceli nemůže být tepelně zpracován, jak je uvedeno výše. Proto je obtížné získat svarový kov s houževnatostí při nízkých teplotách srovnatelnou s houževnatostí základního kovu, pokud se použijí svařovací materiály na bázi železa. V současnosti se používají především svařovací materiály s vysokým obsahem niklu. Svary vytvořené takovými svařovacími materiály budou zcela austenitické. Má sice nevýhodu nižší pevnosti než základní materiál oceli 9Ni a velmi drahé ceny, ale křehký lom už pro něj nepředstavuje vážný problém.
Z výše uvedeného lze poznat, že protože svarový kov je zcela austenitický, je houževnatost svarového kovu za nízkých teplot pro svařování elektrodami a dráty zcela srovnatelná s houževnatostí základního kovu, ale pevnost v tahu a mez kluzu jsou nižší než základní kov. Ocel s obsahem niklu je samotvrdnoucí, proto většina elektrod a drátů věnuje pozornost omezení obsahu uhlíku, aby bylo dosaženo dobré svařitelnosti.
Mo je důležitým zpevňovacím prvkem ve svařovacích materiálech, zatímco Nb, Ta, Ti a W jsou důležitými zpevňujícími prvky, kterým je při výběru svařovacích materiálů věnována plná pozornost.
Při použití stejného svařovacího drátu pro svařování je pevnost a houževnatost svarového kovu při svařování pod tavidlem horší než při svařování MIG, což může být způsobeno zpomalením rychlosti ochlazování svaru a možnou infiltrací nečistot nebo Si. z toku.
3. Nízkoteplotní svařování ocelových trubek A333-GR6
1) Analýza svařitelnosti oceli A333-GR6
Ocel A333–GR6 patří mezi nízkoteplotní oceli, minimální provozní teplota je -70 ℃ a je obvykle dodávána v normalizovaném nebo normalizovaném a zušlechtěném stavu. Ocel A333-GR6 má nízký obsah uhlíku, takže tendence kalení a tendence k praskání za studena jsou relativně malé, materiál má dobrou houževnatost a plasticitu, obecně není snadné vytvářet vady kalení a trhlin a má dobrou svařitelnost. Argonový obloukový svařovací drát ER80S-Ni1 lze použít S elektrodou W707Ni použijte argon-elektrické svařování spojů nebo použijte argonový obloukový svařovací drát ER80S-Ni1 a použijte plně argonové obloukové svařování pro zajištění dobré houževnatosti svarových spojů. Značka argonového obloukového svařovacího drátu a elektrody si také může vybrat výrobky se stejným výkonem, lze je však používat pouze se souhlasem majitele.
2) Proces svařování
Podrobné metody svařovacího procesu naleznete v návodu k postupu svařování nebo ve WPS. Při svařování se používá tupý spoj typu I a svařování plným argonem pro trubky o průměru menším než 76,2 mm; u trubek o průměru větším než 76,2 mm se zhotovují drážky ve tvaru V a používá se metoda argon-elektrického kombinovaného svařování s argonovým obloukem a vícevrstvým plněním nebo Metoda plného argonového obloukového svařování. Specifickou metodou je výběr odpovídající metody svařování podle rozdílu v průměru trubky a tloušťce stěny trubky ve WPS schváleném vlastníkem.
3) Proces tepelného zpracování
(1) Předehřev před svařováním
Když je okolní teplota nižší než 5 °C, je třeba svařenec předehřát a teplota předehřevu je 100-150 °C; rozsah předehřevu je 100 mm na obě strany svaru; ohřívá se kyslíkoacetylenovým plamenem (neutrální plamen) a měří se teplota Pero měří teplotu ve vzdálenosti 50-100 mm od středu svaru a body měření teploty jsou rovnoměrně rozmístěny pro lepší kontrolu teploty .
(2) Tepelné zpracování po svařování
Aby se zlepšila vrubová houževnatost nízkoteplotní oceli, byly obecně používané materiály kaleny a popouštěny. Nesprávné tepelné zpracování po svařování často zhoršuje jeho nízkoteplotní výkon, čemuž je třeba věnovat dostatečnou pozornost. Proto, kromě podmínek velké tloušťky svaru nebo velmi přísných podmínek omezení, se tepelné zpracování po svařování u nízkoteplotní oceli obvykle neprovádí. Například svařování nových LPG potrubí v CSPC nevyžaduje tepelné zpracování po svařování. Pokud je v některých projektech skutečně vyžadováno tepelné zpracování po svařování, musí být rychlost ohřevu, doba konstantní teploty a rychlost chlazení tepelného zpracování po svařování přísně v souladu s následujícími předpisy:
Když teplota stoupne nad 400 ℃, rychlost ohřevu by neměla překročit 205 × 25/δ ℃/h a neměla by překročit 330 ℃/h. Doba konstantní teploty by měla být 1 hodina na 25 mm tloušťky stěny a ne méně než 15 minut. Během období konstantní teploty by měl být teplotní rozdíl mezi nejvyšší a nejnižší teplotou nižší než 65 ℃.
Po konstantní teplotě by rychlost chlazení neměla být větší než 65 × 25/δ ℃/h a neměla by být větší než 260 ℃/h. Přirozené chlazení je povoleno pod 400 ℃. Zařízení pro tepelné zpracování typu TS-1 řízené počítačem.
4) Bezpečnostní opatření
(1) Přísně předehřívejte podle předpisů a kontrolujte teplotu mezivrstvy a teplota mezivrstvy je řízena na 100-200 ℃. Každý svar musí být svařen najednou, a pokud je přerušen, musí být přijata opatření pro pomalé chlazení.
(2) Je přísně zakázáno poškrábat povrch svařence obloukem. Obloukový kráter by měl být vyplněn a defekty by měly být broušeny brusným kotoučem, když je oblouk uzavřen. Spoje mezi vrstvami vícevrstvého svařování by měly být rozmístěny.
(3) Přísně kontrolujte energii vedení, přijměte malý proud, nízké napětí a rychlé svařování. Délka svařování každé elektrody W707Ni o průměru 3,2 mm musí být větší než 8 cm.
(4) Musí být přijat provozní režim krátkého oblouku a žádného švihu.
(5) Musí být přijat celý proces penetrace a musí být proveden v přísném souladu s požadavky specifikace procesu svařování a karty postupu svařování.
(6) Výztuž svaru je 0 ~ 2 mm a šířka každé strany svaru je ≤ 2 mm.
(7) Nedestruktivní zkoušení lze provést nejméně 24 hodin po kvalifikaci vizuální kontroly svaru. Tupé svary potrubí podléhají JB 4730-94.
(8) Norma „Tlakové nádoby: Nedestruktivní testování tlakových nádob“, kvalifikace třídy II.
(9) Oprava svaru by měla být provedena před tepelným zpracováním po svařování. Pokud je po tepelném zpracování nutná oprava, měl by být svar po opravě znovu zahřát.
(10) Pokud geometrický rozměr svarové plochy přesahuje normu, je broušení povoleno a tloušťka po broušení nesmí být menší, než je konstrukční požadavek.
(11) U obecných vad svařování jsou povoleny maximálně dvě opravy. Pokud jsou obě opravy stále nekvalifikované, musí být svar odříznut a znovu svařen podle kompletního procesu svařování.
Čas odeslání: 21. června 2023
