1. Prehľad kryogénnej ocele
1) Technické požiadavky na nízkoteplotnú oceľ sú vo všeobecnosti: dostatočná pevnosť a dostatočná húževnatosť v nízkoteplotnom prostredí, dobrý zvárací výkon, spracovateľský výkon a odolnosť proti korózii atď. Medzi nimi je húževnatosť pri nízkych teplotách, to znamená schopnosť najdôležitejším faktorom je zabrániť vzniku a expanzii krehkého lomu pri nízkej teplote. Preto krajiny zvyčajne stanovujú určitú hodnotu rázovej húževnatosti pri najnižšej teplote.
2) Medzi zložkami nízkoteplotnej ocele sa vo všeobecnosti verí, že prvky ako uhlík, kremík, fosfor, síra a dusík zhoršujú nízkoteplotnú húževnatosť a fosfor je najškodlivejší, preto by sa mala začať skorá nízkoteplotná defosforizácia. vykonávané počas tavenia. Prvky ako mangán a nikel môžu zlepšiť húževnatosť pri nízkych teplotách. Na každé 1 % zvýšenie obsahu niklu sa môže kritická teplota prechodu znížiť o približne 20 °C.
3) Proces tepelného spracovania má rozhodujúci vplyv na metalografickú štruktúru a zrnitosť nízkoteplotnej ocele, čo ovplyvňuje aj nízkoteplotnú húževnatosť ocele. Po spracovaní kalením a popúšťaním sa húževnatosť pri nízkych teplotách zjavne zlepšila.
4) Podľa rôznych metód tvárnenia za tepla možno nízkoteplotnú oceľ rozdeliť na oceľ na liatinu a valcovanú oceľ. Podľa rozdielu v zložení a metalografickej štruktúre možno nízkoteplotnú oceľ rozdeliť na: nízkolegovanú oceľ, 6% niklovú oceľ, 9% niklovú oceľ, chróm-mangánovú alebo chróm-mangán-niklovú austenitickú oceľ a chrómniklovú austenitickú nehrdzavejúcu oceľ počkaj. Nízkolegovaná oceľ sa vo všeobecnosti používa v teplotnom rozsahu okolo -100 °C na výrobu chladiacich zariadení, dopravných zariadení, skladovacích priestorov vinylu a petrochemických zariadení. V Spojených štátoch, Spojenom kráľovstve, Japonsku a ďalších krajinách sa 9% niklová oceľ široko používa v nízkoteplotných konštrukciách pri 196 °C, ako sú skladovacie nádrže na skladovanie a prepravu skvapalneného bioplynu a metánu, zariadenia na skladovanie kvapalného kyslíka. a výrobu tekutého kyslíka a tekutého dusíka. Austenitická nehrdzavejúca oceľ je veľmi dobrý nízkoteplotný konštrukčný materiál. Má dobrú húževnatosť pri nízkych teplotách, vynikajúci zvárací výkon a nízku tepelnú vodivosť. Je široko používaný v nízkoteplotných oblastiach, ako sú prepravné tankery a skladovacie nádrže na kvapalný vodík a kvapalný kyslík. Keďže však obsahuje viac chrómu a niklu, je drahší.
2. Prehľad konštrukcie zvárania ocele pri nízkych teplotách
Pri výbere spôsobu konštrukcie zvárania a konštrukčných podmienok nízkoteplotnej ocele je ťažiskom problému tieto dva aspekty: zabránenie zhoršeniu nízkoteplotnej húževnatosti zvarového spoja a zabránenie vzniku trhlín pri zváraní.
1) Spracovanie skosenia
Tvar drážky zváraných spojov z nízkoteplotnej ocele sa v zásade nelíši od tvaru bežnej uhlíkovej ocele, nízkolegovanej ocele alebo nehrdzavejúcej ocele a môže byť spracovaný ako obvykle. Ale pre 9Ni Gang je uhol otvorenia drážky výhodne nie menší ako 70 stupňov a tupý okraj výhodne nie je menší ako 3 mm.
Všetky nízkoteplotné ocele je možné rezať kyslíko-acetylénovým horákom. Ide len o to, že rýchlosť rezania je o niečo nižšia pri rezaní plynu 9Ni ocele ako pri rezaní plynovou obyčajnou uhlíkovou konštrukčnou oceľou. Ak hrúbka ocele presiahne 100 mm, rezná hrana sa môže pred rezaním plynom predhriať na 150-200 °C, ale nie viac ako 200 °C.
Rezanie plynom nemá nepriaznivé účinky na oblasti ovplyvnené zváracím teplom. V dôsledku samotvrdnúcich vlastností ocele s obsahom niklu však povrch rezu stvrdne. Aby sa zabezpečil uspokojivý výkon zvarového spoja, je najlepšie použiť brúsny kotúč na brúsenie povrchu rezaného povrchu dočista pred zváraním.
Drážkovanie oblúkom sa môže použiť, ak sa má počas zvárania odstrániť zvar alebo základný kov. Pred opätovným nanesením by však mal byť povrch zárezu ešte vybrúsený.
Drážkovanie kyslíkom acetylénovým plameňom by sa nemalo používať kvôli nebezpečenstvu prehriatia ocele.
2) Výber spôsobu zvárania
Typické metódy zvárania dostupné pre nízkoteplotnú oceľ zahŕňajú oblúkové zváranie, zváranie pod tavivom a zváranie roztavenou elektródou argónovým oblúkom.
Oblúkové zváranie je najbežnejšie používaná metóda zvárania nízkoteplotnej ocele a možno ho zvárať v rôznych pozíciách zvárania. Tepelný príkon zvárania je cca 18-30KJ/cm. Ak sa použije elektróda s nízkym obsahom vodíka, možno dosiahnuť úplne vyhovujúci zvarový spoj. Dobré sú nielen mechanické vlastnosti, ale celkom dobrá je aj vrubová húževnatosť. Okrem toho je stroj na oblúkové zváranie jednoduchý a lacný a investícia do zariadenia je malá a nie je ovplyvnená polohou a smerom. výhody, ako sú obmedzenia.
Tepelný príkon zvárania nízkoteplotnej ocele pod tavivom je cca 10-22KJ/cm. Vďaka svojmu jednoduchému vybaveniu, vysokej účinnosti zvárania a pohodlnej obsluhe je široko používaný. V dôsledku tepelnoizolačného účinku taviva sa však rýchlosť ochladzovania spomalí, takže existuje väčšia tendencia vytvárať horúce trhliny. Okrem toho nečistoty a Si sa môžu často dostať do zvarového kovu z taviva, čo túto tendenciu ešte viac podporí. Preto pri zváraní pod tavivom venujte pozornosť výberu zváracieho drôtu a taviva a pracujte opatrne.
Spoje zvárané zváraním v ochrannej atmosfére CO2 majú nízku húževnatosť, preto sa nepoužívajú pri zváraní ocele pri nízkych teplotách.
Zváranie volfrámu a argónu (TIG zváranie) sa zvyčajne vykonáva ručne a jeho tepelný príkon je obmedzený na 9-15 KJ/cm. Preto, hoci majú zvarové spoje úplne vyhovujúce vlastnosti, sú úplne nevhodné, keď hrúbka ocele presahuje 12 mm.
MIG zváranie je najpoužívanejšia automatická alebo poloautomatická metóda zvárania pri nízkoteplotnom zváraní ocele. Jeho tepelný príkon zvárania je 23-40KJ/cm. Podľa spôsobu kvapôčkového prenosu ho možno rozdeliť do troch typov: proces prenosu nakrátko (nižší tepelný príkon), prúdový prenos (vyšší tepelný príkon) a pulzný prúdový prenos (najvyšší tepelný príkon). MIG zváranie s prechodom nakrátko má problém s nedostatočným prienikom a môže sa vyskytnúť porucha zlého tavenia. Podobné problémy existujú aj pri iných tokoch MIG, ale v inej miere. Aby bol oblúk koncentrovanejší, aby sa dosiahla uspokojivá penetrácia, niekoľko percent až desiatok percent CO2 alebo O2 môže byť infiltrovaných do čistého argónu ako ochranného plynu. Príslušné percentá sa určia testovaním pre konkrétnu zváranú oceľ.
3) Výber zváracích materiálov
Zváracie materiály (vrátane zváracej tyče, zváracieho drôtu a taviva atď.) by mali byť vo všeobecnosti založené na použitej metóde zvárania. Tvar spoja a tvar drážky a ďalšie potrebné vlastnosti na výber. Pri nízkoteplotnej oceli je najdôležitejšou vecou, na ktorú je potrebné dbať, aby mal zvarový kov dostatočnú húževnatosť pri nízkych teplotách, aby sa zhodoval so základným kovom, a aby sa v ňom minimalizoval obsah difúzneho vodíka.
Zváranie Xinfa má vynikajúcu kvalitu a vysokú odolnosť, podrobnosti nájdete na:https://www.xinfatools.com/welding-cutting/
(1) Oceľ deoxidovaná hliníkom
Oceľ deoxidovaná hliníkom je oceľ, ktorá je veľmi citlivá na vplyv rýchlosti ochladzovania po zváraní. Väčšina elektród používaných pri ručnom oblúkovom zváraní hliníka deoxidovanej ocele sú Si-Mn elektródy s nízkym obsahom vodíka alebo elektródy 1,5 % Ni a 2,0 % Ni.
Aby sa znížil tepelný príkon zvárania, hliníková deoxidovaná oceľ vo všeobecnosti používa iba viacvrstvové zváranie s tenkými elektródami ≤¢3~3,2 mm, takže sekundárny tepelný cyklus hornej vrstvy zvaru sa môže použiť na zjemnenie zŕn.
Rázová húževnatosť zvarového kovu zváraného elektródou série Si-Mn prudko klesá pri 50 °C so zvyšujúcim sa tepelným príkonom. Napríklad, keď sa príkon tepla zvýši z 18 KJ/cm na 30 KJ/cm, húževnatosť stratí viac ako 60 %. Zváracie elektródy radu 1,5%Ni a 2,5%Ni nie sú na to príliš citlivé, preto je najlepšie zvoliť na zváranie tento druh elektródy.
Zváranie pod tavivom je bežne používaná metóda automatického zvárania ocele deoxidovanej hliníkom. Zvárací drôt používaný pri zváraní pod tavivom je výhodne taký, ktorý obsahuje 1,5 až 3,5 % niklu a 0,5 až 1,0 % molybdénu.
Podľa literatúry so zváracím drôtom 2,5 %Ni—0,8%Cr—0,5%Mo alebo 2%Ni, prispôsobeným vhodnému tavivu, môže priemerná hodnota Charpyho húževnatosti zvarového kovu pri -55 °C dosiahnuť 56-70 J (5,7 ~7,1 kgf.m). Aj pri použití 0,5% Mo zváracieho drôtu a základného taviva zo zliatiny mangánu, pokiaľ je tepelný príkon regulovaný pod 26KJ/cm, je stále možné vyrábať zvarový kov s ν∑-55=55J (5,6Kgf.m).
Pri výbere taviva je potrebné venovať pozornosť zhode Si a Mn vo zvarovom kove. Skúšobný dôkaz. Rozdielne obsahy Si a Mn vo zvarovom kove výrazne zmenia hodnotu Charpyho húževnatosti. Obsahy Si a Mn s najlepšou hodnotou húževnatosti sú 0,1 až 0,2 % Si a 0,7 až 1,1 % Mn. Pri výbere zváracieho drôtu a Uvedomte si to pri spájkovaní.
Zváranie volfrámovým argónovým oblúkom a oblúkové zváranie kovov argónom sa menej používa v oceli deoxidovanej hliníkom. Vyššie uvedené zváracie drôty na zváranie pod tavivom možno použiť aj na zváranie argónom.
(2) 2,5Ni oceľ a 3,5Ni
Zváranie pod tavivom alebo zváranie MIG ocele 2,5Ni a ocele 3,5Ni možno vo všeobecnosti zvárať rovnakým zváracím drôtom ako základný materiál. Ale ako ukazuje Wilkinsonov vzorec (5), Mn je prvok inhibítora praskania za tepla pre nízkoteplotnú oceľ s nízkym obsahom niklu. Udržiavanie obsahu mangánu vo zvarovom kove na úrovni približne 1,2 % je veľmi prospešné na predchádzanie horúcim trhlinám, ako sú trhliny v oblúkových kráteroch. Toto je potrebné vziať do úvahy pri výbere kombinácie zváracieho drôtu a taviva.
Oceľ 3,5Ni má tendenciu byť temperovaná a skrehnutá, takže po tepelnom spracovaní po zváraní (napríklad 620 °C × 1 hodina, potom ochladenie pece), aby sa eliminovalo zvyškové napätie, ν∑-100 prudko klesne z 3,8 kgf.m na 2,1 kgf.m už nemôže spĺňať požiadavky. Zvarový kov vytvorený zváraním zváracím drôtom série 4,5%Ni-0,2%Mo má oveľa menší sklon k popúšťaniu krehnutia. Použitím tohto zváracieho drôtu sa môžete vyhnúť vyššie uvedeným ťažkostiam.
(3) Oceľ 9Ni
Oceľ 9Ni je zvyčajne tepelne spracovaná kalením a popúšťaním alebo dvojnásobnou normalizáciou a popúšťaním, aby sa maximalizovala jej húževnatosť pri nízkych teplotách. Ale zvarový kov tejto ocele nemôže byť tepelne spracovaný ako je uvedené vyššie. Preto je ťažké získať zvarový kov s nízkoteplotnou húževnatosťou porovnateľnou s húževnatosťou základného kovu, ak sa použije zvárací prídavný materiál na báze železa. V súčasnosti sa používajú najmä zváracie materiály s vysokým obsahom niklu. Zvary nanesené takýmito zváracími materiálmi budú úplne austenitické. Má síce nevýhodu nižšej pevnosti ako základný materiál z ocele 9Ni a veľmi drahé ceny, ale krehký lom už preň nepredstavuje vážny problém.
Z vyššie uvedeného je možné vedieť, že vzhľadom na to, že zvarový kov je úplne austenitický, húževnatosť zvarového kovu používaného na zváranie elektródami a drôtmi pri nízkych teplotách je úplne porovnateľná s húževnatosťou základného kovu, ale pevnosť v ťahu a medza klzu sú nižšie ako základný kov. Oceľ s obsahom niklu je samotvrdnúca, takže väčšina elektród a drôtov dbá na obmedzenie obsahu uhlíka, aby sa dosiahla dobrá zvárateľnosť.
Mo je dôležitým spevňujúcim prvkom v zváracích materiáloch, zatiaľ čo Nb, Ta, Ti a W sú dôležitými spevňovacími prvkami, ktorým bola pri výbere zváracích materiálov venovaná plná pozornosť.
Keď sa na zváranie použije rovnaký zvárací drôt, pevnosť a húževnatosť zvarového kovu pri zváraní pod tavivom je horšia ako pri zváraní MIG, čo môže byť spôsobené spomalením rýchlosti ochladzovania zvaru a možnou infiltráciou nečistôt alebo Si. z toku.
3. Nízkoteplotné zváranie oceľových rúr A333-GR6
1) Analýza zvariteľnosti ocele A333-GR6
Oceľ A333–GR6 patrí medzi nízkoteplotné ocele, minimálna prevádzková teplota je -70 ℃ a zvyčajne sa dodáva v normalizovanom alebo normalizovanom a temperovanom stave. Oceľ A333-GR6 má nízky obsah uhlíka, takže tendencia tvrdnutia a tendencia k praskaniu za studena sú relatívne malé, materiál má dobrú húževnatosť a plasticitu, vo všeobecnosti nie je ľahké vytvárať chyby vytvrdzovania a praskania a má dobrú zvárateľnosť. Argónový oblúkový zvárací drôt ER80S-Ni1 možno použiť s elektródou W707Ni, použiť argón-elektrické zváranie spojov alebo použiť argónový oblúkový zvárací drôt ER80S-Ni1 a na zabezpečenie dobrej húževnatosti zvarových spojov použiť plné argónové oblúkové zváranie. Značka argónového oblúkového zváracieho drôtu a elektródy si môže vybrať aj výrobky s rovnakým výkonom, ale je možné ich použiť len so súhlasom majiteľa.
2) Proces zvárania
Podrobné metódy procesu zvárania nájdete v príručke postupu zvárania alebo vo WPS. Počas zvárania sa používa tupý spoj typu I a zváranie plným argónom pre rúry s priemerom menším ako 76,2 mm; pre rúry s priemerom väčším ako 76,2 mm sa zhotovujú drážky v tvare V a používa sa metóda argón-elektrického kombinovaného zvárania s argónovým nanášaním a viacvrstvovým plnením alebo Metóda plného argónového oblúkového zvárania. Špecifickou metódou je výber zodpovedajúcej metódy zvárania podľa rozdielu v priemere potrubia a hrúbke steny potrubia v WPS schválenom vlastníkom.
3) Proces tepelného spracovania
(1) Predhrievanie pred zváraním
Keď je teplota okolia nižšia ako 5 °C, zvarenec je potrebné predhriať a teplota predohrevu je 100-150 °C; rozsah predhrievania je 100 mm na oboch stranách zvaru; zahrieva sa kyslíkoacetylénovým plameňom (neutrálny plameň) a meria sa teplota Pero meria teplotu vo vzdialenosti 50-100 mm od stredu zvaru a body merania teploty sú rovnomerne rozložené, aby sa teplota lepšie kontrolovala .
(2) Tepelné spracovanie po zváraní
Aby sa zlepšila vrubová húževnatosť nízkoteplotnej ocele, všeobecne používané materiály boli kalené a temperované. Nesprávne tepelné spracovanie po zváraní často zhoršuje jeho nízkoteplotný výkon, čomu treba venovať dostatočnú pozornosť. Preto, okrem podmienok veľkej hrúbky zvaru alebo veľmi ťažkých podmienok obmedzenia, sa tepelné spracovanie po zváraní zvyčajne nevykonáva pre nízkoteplotnú oceľ. Napríklad zváranie nových potrubí LPG v CSPC nevyžaduje tepelné spracovanie po zváraní. Ak sa v niektorých projektoch skutočne vyžaduje tepelné spracovanie po zváraní, rýchlosť ohrevu, čas konštantnej teploty a rýchlosť ochladzovania tepelného spracovania po zváraní musia byť prísne v súlade s nasledujúcimi predpismi:
Keď teplota stúpne nad 400 ℃, rýchlosť ohrevu by nemala presiahnuť 205 × 25/δ ℃/h a nemala by prekročiť 330 ℃/h. Doba konštantnej teploty by mala byť 1 hodina na hrúbku steny 25 mm a nie kratšia ako 15 minút. Počas obdobia konštantnej teploty by mal byť teplotný rozdiel medzi najvyššou a najnižšou teplotou nižší ako 65 ℃.
Po konštantnej teplote by rýchlosť chladenia nemala byť väčšia ako 65 × 25/δ ℃/h a nemala by byť väčšia ako 260 ℃/h. Prirodzené chladenie je povolené pod 400 ℃. Zariadenie na tepelné spracovanie typu TS-1 riadené počítačom.
4) Bezpečnostné opatrenia
(1) Striktne predhrievajte podľa predpisov a kontrolujte teplotu medzivrstvy a teplota medzivrstvy sa reguluje na 100-200 ℃. Každý zvarový šev sa musí zvariť naraz a ak sa preruší, prijmú sa opatrenia na pomalé chladenie.
(2) Je prísne zakázané poškriabať povrch zvarenca oblúkom. Oblúkový kráter by mal byť zaplnený a defekty by mali byť brúsené brúsnym kotúčom, keď je oblúk uzavretý. Spoje medzi vrstvami viacvrstvového zvárania by mali byť rozložené.
(3) Prísne kontrolujte energiu vedenia, používajte malý prúd, nízke napätie a rýchle zváranie. Dĺžka zvárania každej elektródy W707Ni s priemerom 3,2 mm musí byť väčšia ako 8 cm.
(4) Musí sa prijať prevádzkový režim krátkeho oblúka a bez výkyvu.
(5) Musí sa prijať úplný proces penetrácie a musí sa vykonať v prísnom súlade s požiadavkami špecifikácie procesu zvárania a karty postupu zvárania.
(6) Vystuženie zvaru je 0 ~ 2 mm a šírka každej strany zvaru je ≤ 2 mm.
(7) Nedeštruktívne skúšanie možno vykonať najmenej 24 hodín po kvalifikácii vizuálnej kontroly zvaru. Tupé zvary potrubia podliehajú JB 4730-94.
(8) Norma „Tlakové nádoby: Nedeštruktívne testovanie tlakových nádob“, kvalifikovaná pre triedu II.
(9) Oprava zvaru by sa mala vykonať pred tepelným spracovaním po zváraní. Ak je po tepelnom spracovaní potrebná oprava, zvar by sa mal po oprave znova zahriať.
(10) Ak geometrický rozmer zvarovej plochy presahuje normu, je povolené brúsenie, pričom hrúbka po brúsení nesmie byť menšia ako konštrukčná požiadavka.
(11) Pri všeobecných chybách zvárania sú povolené najviac dve opravy. Ak sú dve opravy stále nekvalifikované, zvar sa musí odrezať a znovu zvariť podľa úplného procesu zvárania.
Čas odoslania: 21. júna 2023
