1. Pregled kriogenog čelika
1) Tehnički zahtjevi za niskotemperaturni čelik općenito su: dovoljna čvrstoća i dovoljna žilavost u okruženju niske temperature, dobra izvedba zavarivanja, izvedba obrade i otpornost na koroziju, itd. Među njima, žilavost na niskim temperaturama, odnosno sposobnost za sprječavanje nastanka i širenja krtog loma na niskim temperaturama je najvažniji čimbenik.Stoga zemlje obično propisuju određenu vrijednost udarne žilavosti pri najnižoj temperaturi.
2) Među komponentama niskotemperaturnog čelika, općenito se vjeruje da elementi kao što su ugljik, silicij, fosfor, sumpor i dušik pogoršavaju niskotemperaturnu žilavost, a fosfor je najštetniji, pa bi rana niskotemperaturna defosforizacija trebala biti izvedena tijekom taljenja.Elementi poput mangana i nikla mogu poboljšati žilavost na niskim temperaturama.Za svakih 1% povećanja sadržaja nikla, kritična prijelazna temperatura krhkosti može se smanjiti za oko 20°C.
3) Proces toplinske obrade ima odlučujući utjecaj na metalografsku strukturu i veličinu zrna niskotemperaturnog čelika, što također utječe na niskotemperaturnu žilavost čelika.Nakon obrade kaljenja i popuštanja, žilavost na niskim temperaturama je očito poboljšana.
4) Prema različitim metodama toplog oblikovanja, niskotemperaturni čelik može se podijeliti na lijevani čelik i valjani čelik.Prema razlici u sastavu i metalografskoj strukturi, niskotemperaturni čelik može se podijeliti na: niskolegirani čelik, čelik sa 6% nikla, čelik sa 9% nikla, austenitni čelik krom-mangan ili krom-mangan-nikal i austenitni nehrđajući čelik krom-nikal čekati.Niskolegirani čelik općenito se koristi u temperaturnom rasponu od oko -100°C za proizvodnju rashladne opreme, transportne opreme, skladišnih prostorija za vinil i petrokemijske opreme.U Sjedinjenim Američkim Državama, Ujedinjenom Kraljevstvu, Japanu i drugim zemljama čelik s 9% nikla naširoko se koristi u niskotemperaturnim strukturama na 196°C, kao što su spremnici za skladištenje i transport ukapljenog bioplina i metana, oprema za skladištenje tekućeg kisika i proizvodnju tekućeg kisika i tekućeg dušika.Austenitni nehrđajući čelik vrlo je dobar konstrukcijski materijal za niske temperature.Ima dobru žilavost na niskim temperaturama, izvrsnu izvedbu zavarivanja i nisku toplinsku vodljivost.Naširoko se koristi u poljima niskih temperatura, kao što su transportni tankeri i spremnici za skladištenje tekućeg vodika i tekućeg kisika.Međutim, jer sadrži više kroma i nikla, skuplji je.
2. Pregled niskotemperaturnih zavarenih čeličnih konstrukcija
Pri odabiru načina konstrukcije zavarivanjem i uvjeta izrade niskotemperaturnog čelika težište problema je na sljedeća dva aspekta: sprječavanje pogoršanja niskotemperaturne žilavosti zavarenog spoja i sprječavanje nastanka zavarenih pukotina.
1) Obrada kosina
Oblik utora zavarenih spojeva niskotemperaturnog čelika u načelu se ne razlikuje od uobičajenog ugljičnog čelika, niskolegiranog čelika ili nehrđajućeg čelika i može se tretirati kao i obično.Ali za 9Ni Gang, kut otvaranja utora poželjno nije manji od 70 stupnjeva, a tupi rub poželjno nije manji od 3 mm.
Svi niskotemperaturni čelici mogu se rezati oksiacetilenskim plamenikom.Samo što je brzina rezanja nešto sporija kod plinskog rezanja 9Ni čelika nego kod plinskog rezanja običnog ugljičnog konstrukcijskog čelika.Ako debljina čelika prelazi 100 mm, oštrica se može prethodno zagrijati na 150-200°C prije plinskog rezanja, ali ne više od 200°C.
Plinsko rezanje nema štetnih učinaka na područja zahvaćena toplinom zavarivanja.Međutim, zbog svojstava samootvrdnjavanja čelika koji sadrži nikal, rezna površina će očvrsnuti.Kako bi se osigurala zadovoljavajuća izvedba zavarenog spoja, najbolje je koristiti brusnu ploču za brušenje površine reza prije zavarivanja.
Lučno žljebljenje može se koristiti ako treba ukloniti zavareni rub ili osnovni metal tijekom konstrukcije zavarivanja.Međutim, površinu zareza ipak treba izbrusiti prije ponovnog nanošenja.
Žljebljenje plamenom oksiacetilenom ne smije se koristiti zbog opasnosti od pregrijavanja čelika.
2) Izbor metode zavarivanja
Tipične metode zavarivanja dostupne za niskotemperaturni čelik uključuju elektrolučno zavarivanje, zavarivanje pod praškom i argonsko zavarivanje rastaljenom elektrodom.
Elektrolučno zavarivanje je najčešće korištena metoda zavarivanja čelika na niskim temperaturama, a može se zavarivati u različitim položajima zavarivanja.Unos topline zavarivanja je oko 18-30KJ/cm.Ako se koristi elektroda s niskim sadržajem vodika, može se dobiti potpuno zadovoljavajući zavareni spoj.Ne samo da su mehanička svojstva dobra, već je i žilavost zareza prilično dobra.Osim toga, stroj za elektrolučno zavarivanje je jednostavan i jeftin, a ulaganje u opremu je malo i ne utječe na položaj i smjer.prednosti kao što su ograničenja.
Unos topline kod zavarivanja pod praškom niskotemperaturnog čelika je oko 10-22KJ/cm.Zbog svoje jednostavne opreme, visoke učinkovitosti zavarivanja i praktičnog rada, naširoko se koristi.Međutim, zbog učinka toplinske izolacije fluksa, brzina hlađenja će biti usporena, tako da postoji veća tendencija stvaranja vrućih pukotina.Osim toga, nečistoće i Si često mogu ući u metal zavara iz topitelja, što će dodatno potaknuti ovu tendenciju.Stoga, kada koristite zavarivanje pod praškom, obratite pozornost na odabir žice za zavarivanje i prašak i pažljivo radite.
Spojevi zavareni zavarivanjem zaštićenim plinom CO2 imaju malu žilavost, pa se ne koriste za zavarivanje čelika na niskim temperaturama.
Zavarivanje volframovim argonom (TIG zavarivanje) obično se izvodi ručno, a unos topline pri zavarivanju ograničen je na 9-15KJ/cm.Dakle, iako zavareni spojevi imaju sasvim zadovoljavajuća svojstva, potpuno su neprikladni kada debljina čelika prelazi 12 mm.
MIG zavarivanje je najčešće korištena automatska ili poluautomatska metoda zavarivanja u niskotemperaturnom zavarivanju čelika.Njegov unos topline zavarivanja je 23-40KJ/cm.Prema metodi kapljičnog prijenosa može se podijeliti u tri tipa: kratkospojni prijenos (manji unos topline), mlazni prijenos (veći toplinski unos) i pulsni mlazni prijenos (najveći toplinski unos).Prijelaz kratkog spoja MIG zavarivanje ima problem nedovoljnog prodiranja, a može se pojaviti i greška lošeg taljenja.Slični problemi postoje i s drugim MIG tokovima, ali u različitom stupnju.Kako bi se luk učinio koncentriranijim i postigao zadovoljavajući prodor, nekoliko postotaka do desetaka postotaka CO2 ili O2 može se infiltrirati u čisti argon kao zaštitni plin.Odgovarajući postoci određuju se ispitivanjem za određeni čelik koji se zavaruje.
3) Izbor materijala za zavarivanje
Materijali za zavarivanje (uključujući šipku za zavarivanje, žicu za zavarivanje i prašak, itd.) općenito se trebaju temeljiti na korištenoj metodi zavarivanja.Oblik spoja i oblik utora te druge potrebne karakteristike po izboru.Za niskotemperaturni čelik, najvažnija stvar na koju treba obratiti pozornost je da metal za zavarivanje ima dovoljnu žilavost na niskim temperaturama da odgovara osnovnom metalu i minimizira sadržaj difuzibilnog vodika u njemu.
Xinfa zavarivanje ima izvrsnu kvalitetu i veliku izdržljivost, za detalje provjerite:https://www.xinfatools.com/welding-cutting/
(1) Čelik deoksidiran aluminijem
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 aluminijskih deoksidiranih čelika su Si-Mn elektrode s niskim udjelom vodika ili elektrode s 1,5% Ni i 2,0% Ni.
Kako bi se smanjio unos topline pri zavarivanju, aluminijski dezoksidirani 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 zavara zavarenog elektrodama serije Si-Mn naglo će se smanjiti na 50 ℃ s povećanjem unosa topline.Na primjer, kada se unos topline poveća s 18KJ/cm na 30KJ/cm, žilavost će izgubiti više od 60%.Elektrode za zavarivanje serije 1,5%Ni i serije 2,5%Ni nisu previše osjetljive na to, pa je najbolje izabrati ovu vrstu elektroda za zavarivanje.
Zavarivanje pod praškom je često korištena automatska metoda zavarivanja čelika deoksidiranog aluminija.Žica za zavarivanje koja se koristi u elektrolučnom zavarivanju poželjno je da 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 s odgovarajućim fluksom, prosječna vrijednost Charpyjeve žilavosti metala zavara na -55°C može doseći 56-70J (5,7 ~7,1 kgf.m).Čak i kada se koristi žica za zavarivanje s 0,5% Mo i osnovni prašak od legure mangana, sve dok se unos topline kontrolira ispod 26KJ/cm, još uvijek se može proizvesti metal za zavarivanje s ν∑-55=55J (5,6Kgf.m).
Pri odabiru topitelja treba obratiti pozornost na usklađenost Si i Mn u metalu šava.Testni dokaz.Različiti sadržaji Si i Mn u metalu zavara uvelike će promijeniti vrijednost žilavosti po Charpyju.Sadržaji Si i Mn s najboljom vrijednošću žilavosti su 0,1~0,2%Si i 0,7~1,1%Mn.Prilikom odabira žice za zavarivanje i Budite toga svjesni prilikom lemljenja.
Argonsko zavarivanje volframom i argonsko zavarivanje metala manje se koriste u deoksidiranom čeliku aluminija.Gore navedene žice za zavarivanje pod praškom mogu se koristiti i za zavarivanje argonom.
(2) 2,5Ni čelik i 3,5Ni
Zavarivanje pod praškom ili MIG zavarivanje 2,5Ni čelika i 3,5Ni čelika općenito se može zavarivati istom žicom za zavarivanje kao osnovni materijal.Ali kao što Wilkinsonova formula (5) pokazuje, Mn je element inhibitor vrućeg pucanja za niskotemperaturni čelik s niskim udjelom nikla.Održavanje sadržaja mangana u metalu zavara na oko 1,2% vrlo je korisno za sprječavanje vrućih pukotina kao što su pukotine lučnog kratera.To treba uzeti u obzir pri odabiru kombinacije žice za zavarivanje i praška.
3,5Ni čelik ima tendenciju kaljenja i krtosti, pa će nakon toplinske obrade nakon zavarivanja (na primjer, 620°C×1 sat, zatim hlađenje peći) kako bi se uklonio zaostali napon, ν∑-100 naglo pasti s 3,8 Kgf.m na 2.1Kgf.m više ne može zadovoljiti zahtjeve.Zavareni metal formiran zavarivanjem sa 4,5%Ni-0,2%Mo žicom za zavarivanje serije ima mnogo manju tendenciju temperirane krtosti.Korištenjem ove žice za zavarivanje mogu se izbjeći gore navedene poteškoće.
(3) 9Ni čelik
Čelik 9Ni obično se toplinski obrađuje kaljenjem i kaljenjem ili dvaput normaliziranjem i kaljenjem kako bi se povećala njegova žilavost na niskim temperaturama.Ali metal za zavarivanje ovog čelika ne može se toplinski obraditi kao gore.Stoga je teško dobiti metal za zavarivanje s niskotemperaturnom žilavošću koja se može usporediti s onom osnovnog metala ako se koriste dodaci za zavarivanje na bazi željeza.Trenutno se uglavnom koriste materijali za zavarivanje s visokim sadržajem nikla.Varovi naneseni takvim materijalima za zavarivanje bit će potpuno austenitni.Iako ima nedostatke manje čvrstoće od osnovnog materijala od čelika 9Ni i vrlo skupe cijene, krti lom više nije ozbiljan problem za njega.
Iz gore navedenog može se znati da je, budući da je metal zavara potpuno austenitan, niskotemperaturna žilavost metala zavara koji se koristi za zavarivanje elektrodama i žicama potpuno usporediva s onom osnovnog metala, ali vlačna čvrstoća i granica tečenja su niži od osnovnog metala.Čelik koji sadrži nikal je samostvrdnjavajući, tako da većina elektroda i žica obraća pozornost 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 pozornost pri izboru materijala za zavarivanje.
Kada se za zavarivanje koristi ista žica za zavarivanje, čvrstoća i žilavost metala šava kod zavarivanja pod praškom su lošiji od onih kod MIG zavarivanja, što može biti uzrokovano usporavanjem brzine hlađenja zavara i mogućim prodorom nečistoća ili Si od toka od.
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 normaliziranom ili normaliziranom i kaljenom stanju.Čelik A333-GR6 ima nizak sadržaj ugljika, tako da su sklonost otvrdnjavanju i sklonost hladnom pucanju relativno male, materijal ima dobru žilavost i plastičnost, općenito nije lako proizvesti nedostatke otvrdnjavanja i pukotina i ima dobru zavarljivost.ER80S-Ni1 argon-lučna žica za zavarivanje može se koristiti s W707Ni elektrodom, koristiti argon-električno zavarivanje spojeva, ili upotrijebiti ER80S-Ni1 argon-lučnu žicu za zavarivanje, i koristiti puni argon-lučno zavarivanje kako bi se osigurala dobra žilavost zavarenih spojeva.Marka žice i elektrode za zavarivanje argonskim lukom također može odabrati proizvode s istim učinkom, ali se mogu koristiti samo uz suglasnost vlasnika.
2) Postupak zavarivanja
Za detaljne metode postupka zavarivanja, pogledajte knjižicu s uputama za postupak zavarivanja ili WPS.Tijekom zavarivanja, I-tip sučeonog spoja i zavarivanje punim argonskim lukom primjenjuje se za cijevi promjera manjeg od 76,2 mm;za cijevi promjera većeg od 76,2 mm izrađuju se utori u obliku slova V, a koristi se metoda argon-elektrokombiniranog zavarivanja s pripremom argonom i višeslojnim punjenjem ili metoda zavarivanja punim argonom.Posebna metoda je odabir odgovarajuće metode zavarivanja prema razlici u promjeru cijevi i debljini stijenke cijevi u WPS-u koji je odobrio vlasnik.
3) Postupak toplinske 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;raspon predgrijanja je 100 mm s obje strane zavara;zagrijava se oksiacetilenskim plamenom (neutralni plamen), te se mjeri temperatura Olovka mjeri temperaturu na udaljenosti od 50-100 mm od središta zavara, a točke mjerenja temperature ravnomjerno su raspoređene radi bolje kontrole temperature .
(2) Toplinska obrada nakon zavarivanja
Kako bi se poboljšala žilavost zareza niskotemperaturnog čelika, općenito korišteni materijali su kaljeni i poboljšani.Neprikladna toplinska obrada nakon zavarivanja često pogoršava njegovu niskotemperaturnu izvedbu, na što treba obratiti dovoljno pozornosti.Stoga, osim u uvjetima velike debljine zavara ili vrlo strogih uvjeta ograničenja, toplinska obrada nakon zavarivanja obično se ne provodi za niskotemperaturni čelik.Na primjer, zavarivanje novih LPG cjevovoda u CSPC-u ne zahtijeva toplinsku obradu nakon zavarivanja.Ako je u nekim projektima doista potrebna toplinska obrada nakon zavarivanja, brzina zagrijavanja, vrijeme konstantne temperature i brzina hlađenja toplinske obrade nakon zavarivanja moraju biti strogo u skladu sa sljedećim propisima:
Kada temperatura poraste iznad 400 ℃, brzina zagrijavanja ne smije prijeći 205 × 25/δ ℃/h, a ne smije prijeći 330 ℃/h. Vrijeme konstantne temperature treba biti 1 sat po 25 mm debljine stijenke, a ne manje od 15 minuta.Tijekom razdoblja konstantne temperature, temperaturna razlika između najviše i najniže temperature treba biti manja 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 dopušteno je ispod 400 ℃.Oprema za toplinsku obradu tipa TS-1 kontrolirana računalom.
4) Mjere opreza
(1) Strogo prethodno zagrijavajte u skladu s propisima i kontrolirajte temperaturu međusloja, a temperatura međusloja kontrolira se na 100-200 ℃.Svaki zavareni šav mora biti zavaren odjednom, a ako je prekinut, moraju se poduzeti mjere sporog hlađenja.
(2) Lukom je strogo zabranjeno grebanje površine zavara.Krater luka treba popuniti, a nedostatke treba izbrusiti brusnom pločom kada je luk zatvoren.Spojevi između slojeva višeslojnog zavarivanja trebaju biti raspoređeni.
(3) Strogo kontrolirajte mrežnu energiju, koristite malu struju, niski napon i brzo zavarivanje.Duljina zavarivanja svake elektrode W707Ni promjera 3,2 mm mora biti veća od 8 cm.
(4) Mora se usvojiti način rada kratkog luka i bez njihanja.
(5) Mora se usvojiti potpuni postupak prodiranja i mora se provoditi u strogom skladu sa zahtjevima specifikacije procesa zavarivanja i kartice procesa zavarivanja.
(6) Ojačanje zavara je 0 ~ 2 mm, a širina svake strane zavara je ≤ 2 mm.
(7) Ispitivanje bez razaranja može se provesti najmanje 24 sata nakon osposobljavanja vizualnog pregleda zavara.Čeoni zavari cjevovoda podliježu JB 4730-94.
(8) Standard "Tlačne posude: Ispitivanje tlačnih posuda bez razaranja", kvalificirano za klasu II.
(9) Popravak zavara treba izvesti prije toplinske obrade nakon zavarivanja.Ako je popravak neophodan nakon toplinske obrade, zavar treba ponovno zagrijati nakon popravka.
(10) Ako geometrijska dimenzija površine zavara prelazi normu, dopušteno je brušenje, a debljina nakon brušenja ne smije biti manja od projektirane.
(11) Za opće nedostatke zavarivanja dopuštena su najviše dva popravka.Ako su dva popravka i dalje nekvalificirana, zavar se mora odrezati i ponovno zavariti u skladu s cijelim postupkom zavarivanja.
Vrijeme objave: 21. lipnja 2023
