1. Pregled kriogenog čelika
1) Tehnički zahtjevi za niskotemperaturni čelik su općenito: dovoljna čvrstoća i dovoljna žilavost u okruženju niskih temperatura, dobre performanse zavarivanja, performanse obrade i otpornost na koroziju, itd. Među njima, žilavost na niskim temperaturama, tj. spriječiti nastanak i širenje krtog loma na niskim temperaturama je najvažniji faktor. Stoga zemlje obično propisuju određenu vrijednost udarne žilavosti na najnižoj temperaturi.
2) Među komponentama niskotemperaturnog čelika, općenito se vjeruje da elementi poput ugljika, silicija, fosfora, sumpora i dušika pogoršavaju niskotemperaturnu žilavost, a fosfor je najštetniji, tako da treba ranu niskotemperaturnu defosforizaciju vrši tokom topljenja. Elementi kao što su mangan i nikl mogu poboljšati otpornost na niske temperature. Za svaki 1% povećanja sadržaja nikla, kritična temperatura prijelaza može se smanjiti za oko 20°C.
3) Proces termičke obrade ima odlučujući uticaj na metalografsku strukturu i veličinu zrna niskotemperaturnog čelika, što takođe utiče na niskotemperaturnu žilavost čelika. Nakon tretmana kaljenja i temperiranja, žilavost na niskim temperaturama je očigledno poboljšana.
4) Prema različitim metodama vrućeg oblikovanja, niskotemperaturni čelik se može podijeliti na liveni čelik i valjani čelik. Prema razlici sastava i metalografske strukture, niskotemperaturni čelik se može podijeliti na: niskolegirani čelik, 6% nikl čelik, 9% nikl čelik, krom-mangan ili krom-mangan-nikl austenitni čelik i krom-nikl austenitni nerđajući čelik čekaj. Niskolegirani čelik se općenito koristi u temperaturnom rasponu od oko -100°C za proizvodnju rashladne opreme, transportne opreme, skladišta vinila i petrohemijske opreme. U Sjedinjenim Državama, Ujedinjenom Kraljevstvu, Japanu i drugim zemljama, čelik od 9% nikla se široko koristi u niskotemperaturnim konstrukcijama na 196°C, kao što su rezervoari za skladištenje i transport tečnog biogasa i metana, oprema za skladištenje tečnog kiseonika i proizvodnju tečnog kiseonika i tečnog azota. Austenitni nehrđajući čelik je vrlo dobar niskotemperaturni konstrukcijski materijal. Ima dobru žilavost pri niskim temperaturama, odlične performanse zavarivanja i nisku toplotnu provodljivost. Široko se koristi u poljima niskih temperatura, kao što su transportni tankeri i rezervoari za skladištenje tečnog vodika i tečnog kiseonika. Međutim, zbog toga što sadrži više hroma i nikla, skuplji je.
2. Pregled niskotemperaturne čelične konstrukcije za zavarivanje
Prilikom odabira načina konstrukcije zavarivanja i uslova konstrukcije niskotemperaturnog čelika fokus problema je na sljedeća dva aspekta: sprječavanje pogoršanja niskotemperaturne žilavosti zavarenog spoja i sprječavanje nastanka pukotina od zavarivanja.
1) Obrada ukoso
Oblik utora zavarenih spojeva niskotemperaturnog čelika se u principu ne razlikuje od običnog ugljičnog čelika, niskolegiranog čelika ili nehrđajućeg čelika i može se tretirati kao i obično. Ali za 9Ni Gang, ugao otvaranja žleba poželjno nije manji od 70 stepeni, a tupa ivica poželjno je ne manja od 3 mm.
Svi niskotemperaturni čelici mogu se rezati oksiacetilenskim plamenikom. Samo što je brzina rezanja nešto sporija pri plinskom rezanju 9Ni čelika nego kod plinskog rezanja običnog ugljičnog konstrukcijskog čelika. Ako je debljina čelika veća od 100 mm, rezna ivica se može prethodno zagrijati na 150-200°C prije plinskog rezanja, ali ne više od 200°C.
Rezanje plinom nema štetnih učinaka na područja zahvaćena toplinom zavarivanja. Međutim, zbog svojstava samootvrdnjavanja čelika koji sadrži nikl, površina reza će se stvrdnuti. Kako bi se osigurala zadovoljavajuća izvedba zavarenog spoja, najbolje je koristiti brusni točak za brušenje površine reza prije zavarivanja.
Lučno izrezivanje se može koristiti ako se zavareni sloj ili osnovni metal uklanjaju tokom konstrukcije zavarivanja. Međutim, površinu zareza treba još uvijek izbrusiti prije ponovnog nanošenja.
Oksiacetilensko žljebljenje plamenom se ne smije koristiti zbog opasnosti od pregrijavanja čelika.
2) Izbor metode zavarivanja
Tipične metode zavarivanja dostupne za niskotemperaturni čelik uključuju elektrolučno zavarivanje, zavarivanje pod vodom i zavarivanje argonom rastopljenom elektrodom.
Elektrolučno zavarivanje je najčešće korištena metoda zavarivanja niskotemperaturnog čelika i može se zavarivati u različitim položajima zavarivanja. Uložena toplota zavarivanja je oko 18-30KJ/cm. Ako se koristi elektroda sa niskim sadržajem vodika, može se dobiti potpuno zadovoljavajući zavareni spoj. Ne samo da su mehanička svojstva dobra, već je i otpornost na zareze prilično dobra. Osim toga, aparat za elektrolučno zavarivanje je jednostavan i jeftin, a ulaganje u opremu je malo i na njega ne utječu položaj i smjer. prednosti kao što su ograničenja.
Unos toplote kod zavarivanja niskotemperaturnog čelika je oko 10-22KJ/cm. Zbog svoje jednostavne opreme, visoke efikasnosti zavarivanja i praktičnog rada, široko se koristi. Međutim, zbog efekta toplotne izolacije fluksa, brzina hlađenja će biti usporena, tako da postoji veća tendencija stvaranja vrućih pukotina. Osim toga, nečistoće i Si mogu često ući u metal šava iz fluksa, što će dodatno potaknuti ovu tendenciju. Stoga, kada koristite zavarivanje pod vodom, obratite pažnju na odabir žice za zavarivanje i fluksa i radite pažljivo.
Spojevi zavareni zavarivanjem zaštićenim CO2 gasom imaju nisku žilavost, tako da se ne koriste kod niskotemperaturnog zavarivanja čelika.
Zavarivanje volfram argonom (TIG zavarivanje) se obično izvodi ručno, a njegov unos toplote za zavarivanje je ograničen na 9-15KJ/cm. Stoga, iako zavareni spojevi imaju potpuno zadovoljavajuća svojstva, potpuno su neprikladni kada debljina čelika prelazi 12 mm.
MIG zavarivanje je najčešće korišćena automatska ili poluautomatska metoda zavarivanja kod niskotemperaturnog zavarivanja čelika. Uložena toplota zavarivanja je 23-40KJ/cm. Prema metodi prijenosa kapljica, može se podijeliti u tri tipa: proces kratkog spoja (manji unos topline), proces prijenosa mlaza (veći unos topline) i proces prijenosa impulsnog mlaza (najveći unos topline). Kratkospojno prelazno MIG zavarivanje ima problem nedovoljne penetracije, a može doći i do kvara lošeg spajanja. Slični problemi postoje i sa drugim MIG fluksovima, ali u različitom stepenu. Kako bi se luk učinio koncentriranijim kako bi se postigla zadovoljavajuća penetracija, nekoliko posto do desetina posto CO2 ili O2 može se infiltrirati u čisti argon kao zaštitni plin. Odgovarajući procenti će se odrediti ispitivanjem za određeni čelik koji se zavari.
3) Izbor materijala za zavarivanje
Materijali za zavarivanje (uključujući šipku za zavarivanje, žicu za zavarivanje i fluks, itd.) općenito bi trebali biti zasnovani na korištenoj metodi zavarivanja. Oblik spoja i oblik žlijeba i druge potrebne karakteristike koje možete izabrati. Za niskotemperaturni čelik, najvažnija stvar na koju treba obratiti pažnju je da metal šava ima dovoljno žilavost na niskoj temperaturi da odgovara osnovnom metalu i minimizira sadržaj difuzijskog vodika u njemu.
Xinfa zavarivanje ima odličan kvalitet i jaku izdržljivost, za detalje, molimo provjerite:https://www.xinfatools.com/welding-cutting/
(1) Aluminij deoksidirani čelik
Aluminijski deoksidirani čelik je vrsta čelika koja je vrlo osjetljiva na utjecaj brzine hlađenja nakon zavarivanja. Većina elektroda koje se koriste u ručnom elektrolučnom zavarivanju aluminija deoksidiranog čelika su Si-Mn elektrode s niskim sadržajem vodika ili 1,5% Ni i 2,0% Ni elektrode.
Kako bi se smanjio unos topline zavarivanja, aluminijski deoksidirani čelik općenito prihvaća samo višeslojno zavarivanje s tankim elektrodama od ≤¢3~3,2 mm, tako da se sekundarni toplinski ciklus gornjeg sloja zavara može koristiti za pročišćavanje zrna.
Udarna žilavost metala šava zavarenog sa Si-Mn serijom elektroda će se naglo smanjiti na 50℃ sa povećanjem unosa toplote. Na primjer, kada se unos topline poveća sa 18KJ/cm na 30KJ/cm, žilavost će izgubiti više od 60%. Elektrode za zavarivanje serije 1,5%Ni i 2,5%Ni nisu previše osjetljive na ovo, pa je najbolje odabrati ovu vrstu elektroda za zavarivanje.
Zavarivanje pod vodom je uobičajena metoda automatskog zavarivanja za aluminij deoksidirani čelik. Žica za zavarivanje koja se koristi u zavarivanju pod vodom je poželjno ona vrsta koja sadrži 1,5~3,5% nikla i 0,5~1,0% molibdena.
Prema literaturi, sa 2,5%Ni—0,8%Cr—0,5%Mo ili 2%Ni žicom za zavarivanje, usklađenom sa odgovarajućim fluksom, prosječna vrijednost Charpy žilavosti metala šava na -55°C može doseći 56-70J (5,7 ~7,1 kgf.m). Čak i kada se koristi žica za zavarivanje od 0,5% Mo i osnovni fluks legure mangana, sve dok se unos toplote kontroliše ispod 26KJ/cm, metal šava sa ν∑-55=55J (5,6Kgf.m) i dalje se može proizvesti.
Prilikom odabira fluksa treba obratiti pažnju na podudarnost Si i Mn u metalu šava. Test dokaz. Različiti sadržaji Si i Mn u metalu šava uvelike će promijeniti vrijednost Charpyjeve žilavosti. Sadržaji Si i Mn sa najboljom vrijednošću žilavosti su 0,1~0,2%Si i 0,7~1,1%Mn. Prilikom odabira žice za zavarivanje i budite svjesni toga prilikom lemljenja.
Volfram-argon-lučno zavarivanje i metalno argon-lučno zavarivanje se manje koriste u aluminijskom deoksidiranom čeliku. Gore navedene žice za zavarivanje za zavarivanje pod vodom mogu se koristiti i za argon-lučno zavarivanje.
(2) 2,5Ni čelik i 3,5Ni
Zavarivanje pod vodom ili MIG zavarivanje 2,5Ni čelika i 3,5Ni čelika općenito se može zavariti istom žicom za zavarivanje kao i osnovni materijal. Ali baš kao što Wilkinsonova formula (5) pokazuje, Mn je element inhibitor vrućeg pucanja za čelik s niskim sadržajem nikla i niske temperature. Održavanje sadržaja mangana u metalu šava na oko 1,2% je veoma korisno za sprečavanje vrućih pukotina, kao što su pukotine kratera. To treba uzeti u obzir pri odabiru kombinacije žice za zavarivanje i fluksa.
3,5Ni čelik ima tendenciju kaljenja i krtosti, tako da nakon termičke obrade nakon zavarivanja (na primjer, 620°C×1 sat, zatim hlađenje peći) kako bi se eliminisalo zaostalo naprezanje, ν∑-100 će naglo pasti sa 3,8 Kgf.m na 2.1Kgf.m više ne može ispuniti zahtjeve. Metal šava formiran zavarivanjem sa žicom za zavarivanje serije 4,5%Ni-0,2%Mo ima mnogo manju sklonost temperamentu. Korištenjem ove žice za zavarivanje možete izbjeći gore navedene poteškoće.
(3) 9Ni čelik
9Ni čelik se obično termički obrađuje kaljenjem i temperiranjem ili dva puta normalizacijom i temperiranjem kako bi se maksimizirala njegova žilavost na niskim temperaturama. Ali metal šava ovog čelika ne može se termički obraditi kao gore. Stoga je teško dobiti metal šava žilavosti na niskim temperaturama uporedivu s onom osnovnog metala ako se koriste potrošni materijali za zavarivanje na bazi željeza. Trenutno se uglavnom koriste materijali za zavarivanje sa visokim sadržajem nikla. Zavareni spojevi nastali takvim materijalima za zavarivanje će biti potpuno austenitni. Iako ima nedostatke manje čvrstoće od osnovnog materijala 9Ni čelika i vrlo skupe cijene, krhki lom za njega više ne predstavlja ozbiljan problem.
Iz navedenog se može znati da je zbog toga što je metal šava potpuno austenitičan, žilavost metala šava na niskim temperaturama koji se koristi za zavarivanje elektrodama i žicama u potpunosti je uporediva s onom osnovnog metala, ali su vlačna čvrstoća i granica popuštanja niže od osnovnog metala. Čelik koji sadrži nikl je samootvrdnjavajući, tako da većina elektroda i žica obraća pažnju na ograničavanje sadržaja ugljika kako bi se postigla dobra zavarljivost.
Mo je važan element za ojačavanje u materijalima za zavarivanje, dok su Nb, Ta, Ti i W važni elementi za ojačavanje, kojima je posvećena puna pažnja pri izboru materijala za zavarivanje.
Kada se za zavarivanje koristi ista žica za zavarivanje, čvrstoća i žilavost metala šava kod zavarivanja pod vodom su lošiji od onih kod MIG zavarivanja, što može biti uzrokovano usporavanjem brzine hlađenja šava i mogućom infiltracijom nečistoća ili Si od fluksa.
3. A333-GR6 niskotemperaturno zavarivanje čeličnih cijevi
1) Analiza zavarljivosti čelika A333-GR6
Čelik A333–GR6 pripada niskotemperaturnom čeliku, minimalna radna temperatura je -70 ℃, a obično se isporučuje u normalizovanom ili normalizovanom i kaljenom stanju. Čelik A333-GR6 ima nizak sadržaj ugljika, tako da su sklonost ka stvrdnjavanju i tendencija hladnog pucanja relativno male, materijal ima dobru žilavost i plastičnost, općenito nije lako proizvesti otvrdnjavanje i pukotine i ima dobru zavarljivost. ER80S-Ni1 žica za argon-lučno zavarivanje može se koristiti sa W707Ni elektrodom, koristiti argon-električno zavarivanje spojeva, ili koristiti ER80S-Ni1 argon elektrolučnu žicu za zavarivanje i koristiti zavarivanje punim argonom kako bi se osigurala dobra žilavost zavarenih spojeva. Marka žice i elektrode za argon lučno zavarivanje također može odabrati proizvode sa istim performansama, ali se mogu koristiti samo uz pristanak vlasnika.
2) Proces zavarivanja
Za detaljne metode procesa zavarivanja pogledajte priručnik sa uputama za proces zavarivanja ili WPS. Prilikom zavarivanja, za cijevi prečnika manjeg od 76,2 mm primjenjuje se čeono zavarivanje tipa I i zavarivanje punim argonom; za cijevi prečnika većeg od 76,2 mm izrađuju se žljebovi u obliku slova V, a koristi se metoda argon-električnog kombinovanog zavarivanja sa prajmerom argonom i višeslojnim punjenjem ili Metoda zavarivanja pod punim argonom. Specifična metoda je odabir odgovarajuće metode zavarivanja prema razlici u promjeru cijevi i debljini stijenke cijevi u WPS-u koji je odobrio vlasnik.
3) Proces termičke obrade
(1) Predgrijavanje prije zavarivanja
Kada je temperatura okoline niža od 5 °C, zavar je potrebno prethodno zagrijati, a temperatura predgrijavanja je 100-150 °C; opseg predgrijavanja je 100 mm na obje strane vara; zagreva se oksiacetilenskim plamenom (neutralnim plamenom), a temperatura se meri. Olovka meri temperaturu na udaljenosti od 50-100 mm od centra vara, a tačke merenja temperature su ravnomerno raspoređene radi bolje kontrole temperature .
(2) Termička obrada nakon zavarivanja
Kako bi se poboljšala žilavost niskotemperaturnog čelika, materijali koji se općenito koriste su kaljeni i kaljeni. Nepravilna termička obrada nakon zavarivanja često pogoršava njegove performanse na niskim temperaturama, čemu treba posvetiti dovoljno pažnje. Stoga se, osim u uvjetima velike debljine zavarenog spoja ili vrlo strogih uvjeta ograničenja, toplinska obrada nakon zavarivanja obično ne provodi za čelik na niskoj temperaturi. Na primjer, zavarivanje novih TNG cjevovoda u CSPC ne zahtijeva termičku obradu nakon zavarivanja. Ako je toplinska obrada nakon zavarivanja zaista potrebna u nekim projektima, brzina zagrijavanja, vrijeme konstantne temperature i brzina hlađenja toplinske obrade nakon zavarivanja moraju biti striktno u skladu sa sljedećim propisima:
Kada temperatura poraste iznad 400 ℃, brzina zagrevanja ne bi trebalo da prelazi 205 × 25/δ ℃/h, i ne bi trebalo da prelazi 330 ℃/h. Vrijeme konstantne temperature treba biti 1 sat po debljini zida od 25 mm, a ne manje od 15 minuta. Tokom perioda konstantne temperature, temperaturna razlika između najviše i najniže temperature treba da bude niža od 65 ℃.
Nakon konstantne temperature, brzina hlađenja ne smije biti veća od 65 × 25/δ ℃/h, i ne smije biti veća od 260 ℃/h. Prirodno hlađenje je dozvoljeno ispod 400 ℃. Oprema za termičku obradu tipa TS-1 upravljana kompjuterom.
4) Mere opreza
(1) Strogo prethodno zagrijte prema propisima i kontrolirajte međuslojnu temperaturu, a temperatura međusloja se kontrolira na 100-200 ℃. Svaki zavareni šav treba zavariti odjednom, a ako je prekinut, poduzeti mjere sporog hlađenja.
(2) Strogo je zabranjeno grebanje površine zavara lukom. Krater luka treba popuniti i nedostatke izbrusiti brusnim točkom kada je luk zatvoren. Spojevi između slojeva višeslojnog zavarivanja trebaju biti raspoređeni.
(3) Strogo kontrolirajte energiju linije, usvojite malu struju, niski napon i brzo zavarivanje. Dužina zavarivanja svake W707Ni elektrode prečnika 3,2 mm mora biti veća od 8 cm.
(4) Mora se usvojiti način rada kratkog luka i bez zamaha.
(5) Potpuni proces penetracije mora biti usvojen i mora se provoditi strogo u skladu sa zahtjevima specifikacije procesa zavarivanja i kartice procesa zavarivanja.
(6) Pojačanje vara je 0 ~ 2 mm, a širina svake strane vara je ≤ 2 mm.
(7) Ispitivanje bez razaranja može se izvršiti najmanje 24 sata nakon kvalifikovanog vizuelnog pregleda zavara. Čeoni zavari cevovoda podležu JB 4730-94.
(8) Standard „Sude pod pritiskom: Ispitivanje posuda pod pritiskom bez razaranja“, kvalifikovan za Klasu II.
(9) Popravak zavara treba izvršiti prije termičke obrade nakon zavarivanja. Ako je popravka neophodna nakon termičke obrade, zavar treba ponovo zagrijati nakon popravke.
(10) Ako geometrijska dimenzija površine vara premašuje normu, brušenje je dozvoljeno, a debljina nakon brušenja ne smije biti manja od projektnog zahtjeva.
(11) Za opšte greške u zavarivanju dozvoljena su najviše dva popravka. Ako su dvije popravke još uvijek nekvalificirane, zavar se mora odsjeći i ponovo zavariti u skladu s kompletnim procesom zavarivanja.
Vrijeme objave: Jun-21-2023
