1. Обзор криогенной стали
1) Технические требования к низкотемпературной стали обычно следующие: достаточная прочность и достаточная ударная вязкость в низкотемпературной среде, хорошие сварочные характеристики, характеристики обработки, коррозионная стойкость и т. д. Среди них низкотемпературная вязкость, то есть способность предотвращение возникновения и расширения хрупкого разрушения при низкой температуре является наиболее важным фактором. Поэтому страны обычно оговаривают определенное значение ударной вязкости при самой низкой температуре.
2) Среди компонентов низкотемпературной стали обычно считается, что такие элементы, как углерод, кремний, фосфор, сера и азот ухудшают низкотемпературную ударную вязкость, а фосфор является наиболее вредным, поэтому следует проводить раннюю низкотемпературную дефосфорацию. осуществляется во время плавки. Такие элементы, как марганец и никель, могут улучшить низкотемпературную вязкость. На каждый 1% увеличения содержания никеля критическая температура хрупкого перехода может снизиться примерно на 20°C.
3) Процесс термической обработки оказывает решающее влияние на металлографическую структуру и размер зерен низкотемпературной стали, что также влияет на низкотемпературную вязкость стали. После закалки и отпуска низкотемпературная вязкость явно улучшается.
4) В зависимости от различных методов горячей штамповки низкотемпературную сталь можно разделить на литейную сталь и прокатную сталь. По различию состава и металлографической структуры низкотемпературные стали можно разделить на: низколегированные стали, 6%-никелевые стали, 9%-никелевые стали, хромомарганцевые или хромомарганцево-никелевые аустенитные стали и хромоникелевые аустенитные нержавеющие стали. ждать. Низколегированная сталь обычно используется в диапазоне температур около -100°С для изготовления холодильного оборудования, транспортного оборудования, виниловых складов и нефтехимического оборудования. В США, Великобритании, Японии и других странах сталь с содержанием 9% никеля широко используется в низкотемпературных конструкциях при 196°С, таких как резервуары для хранения и транспортировки сжиженного биогаза и метана, оборудование для хранения жидкого кислорода. и производство жидкого кислорода и жидкого азота. Аустенитная нержавеющая сталь является очень хорошим конструкционным материалом при низких температурах. Он обладает хорошей низкотемпературной вязкостью, отличными сварочными характеристиками и низкой теплопроводностью. Он широко используется в низкотемпературных областях, таких как транспортные цистерны и резервуары для хранения жидкого водорода и жидкого кислорода. Однако, поскольку он содержит больше хрома и никеля, он дороже.
2. Обзор конструкций, свариваемых из низкотемпературной стали.
При выборе способа сварки и условий изготовления низкотемпературной стали основное внимание уделяется двум аспектам: предотвращению ухудшения низкотемпературной вязкости сварного соединения и предотвращению возникновения сварочных трещин.
1) Обработка фасок
Форма канавок сварных соединений низкотемпературных сталей принципиально не отличается от формы канавок обычной углеродистой стали, низколегированной стали или нержавеющей стали и может обрабатываться как обычно. А вот для 9Ni Gang угол раскрытия паза желательно не менее 70 градусов, а тупая кромка желательно не менее 3 мм.
Все низкотемпературные стали можно резать ацетиленовой горелкой. Просто скорость резки при газовой резке стали 9N несколько ниже, чем при газовой резке обычной углеродистой конструкционной стали. Если толщина стали превышает 100 мм, режущую кромку перед газовой резкой можно предварительно нагреть до 150-200°С, но не более 200°С.
Газовая резка не оказывает вредного воздействия на участки, подвергающиеся воздействию сварочного тепла. Однако из-за свойств самозакалки никельсодержащей стали поверхность разреза затвердевает. Чтобы обеспечить удовлетворительные характеристики сварного соединения, перед сваркой лучше всего отшлифовать поверхность разреза шлифовальным кругом.
Дуговую строжку можно использовать, если во время сварки необходимо удалить сварной шов или основной металл. Тем не менее, перед повторным нанесением поверхность насечки все равно следует отшлифовать.
Не следует применять кислородно-ацетиленовую строжку из-за опасности перегрева стали.
2) Выбор метода сварки
Типичные методы сварки низкотемпературной стали включают дуговую сварку, дуговую сварку под флюсом и аргонодуговую сварку расплавленным электродом.
Дуговая сварка является наиболее часто используемым методом сварки низкотемпературной стали, и ее можно сваривать в различных положениях. Тепловложение при сварке составляет около 18-30 кДж/см. Если использовать электрод маловодородного типа, можно получить вполне удовлетворительное сварное соединение. Не только механические свойства хорошие, но и прочность на надрез также довольно хорошая. Кроме того, аппарат для дуговой сварки прост и дешев, а инвестиции в оборудование невелики, и на него не влияют положение и направление. преимущества, такие как ограничения.
Тепловложение при сварке низкотемпературной стали под флюсом составляет около 10-22 кДж/см. Благодаря простоте оборудования, высокой эффективности сварки и удобству эксплуатации он широко используется. Однако из-за теплоизоляционного эффекта флюса скорость охлаждения будет замедлена, поэтому существует большая тенденция к образованию горячих трещин. Кроме того, примеси и кремний часто могут попадать в металл сварного шва из флюса, что еще больше усиливает эту тенденцию. Поэтому при использовании сварки под флюсом обратите внимание на выбор сварочной проволоки и флюса и действуйте осторожно.
Соединения, сваренные сваркой в среде защитного газа CO2, имеют низкую вязкость, поэтому их не применяют при сварке низкотемпературных сталей.
Аргонодуговая сварка вольфрамом (сварка TIG) обычно выполняется вручную, а ее тепловложение ограничено 9-15 кДж/см. Поэтому, хотя сварные соединения имеют вполне удовлетворительные свойства, они совершенно непригодны при толщине стали более 12 мм.
Сварка MIG является наиболее широко используемым автоматическим или полуавтоматическим методом сварки низкотемпературной стали. Его тепловложение при сварке составляет 23-40 кДж/см. В зависимости от метода капельной передачи его можно разделить на три типа: процесс переноса короткого замыкания (меньшее подвод тепла), процесс струйного переноса (более высокий подвод тепла) и процесс импульсного струйного переноса (наивысший подвод тепла). Сварка MIG с переходом короткого замыкания имеет проблему недостаточного провара, и может возникнуть дефект плохого плавления. Подобные проблемы существуют и с другими флюсами MIG, но в другой степени. Чтобы сделать дугу более концентрированной и добиться удовлетворительного провара, в чистый аргон в качестве защитного газа можно ввести от нескольких процентов до десятков процентов CO2 или O2. Соответствующие процентные содержания определяются путем испытаний конкретной свариваемой стали.
3) Выбор сварочных материалов
Сварочные материалы (включая сварочную проволоку, сварочную проволоку, флюс и т. д.) обычно должны выбираться в зависимости от используемого метода сварки. Форма соединения, форма паза и другие необходимые характеристики на выбор. Для низкотемпературной стали самое главное, на что следует обратить внимание, — это придать металлу шва низкотемпературную вязкость, достаточную для соответствия основному металлу, и свести к минимуму содержание в нем диффузионного водорода.
Сварка Xinfa отличается превосходным качеством и долговечностью. Для получения более подробной информации проверьте:https://www.xinfatools.com/welding-cutting/
(1) Сталь, раскисленная алюминием
Сталь, раскисленная алюминием, — марка стали, очень чувствительная к влиянию скорости охлаждения после сварки. Большинство электродов, применяемых при ручной дуговой сварке раскисленной алюминием стали, представляют собой Si-Mn маловодородные электроды или электроды с содержанием 1,5% Ni и 2,0% Ni.
Чтобы уменьшить погонную теплоту при сварке, в раскисленной алюминием стали обычно применяется только многослойная сварка тонкими электродами толщиной ≤¢3~3,2 мм, так что вторичный тепловой цикл верхнего слоя сварного шва можно использовать для измельчения зерен.
Ударная вязкость металла сварного шва, сваренного электродом серии Si-Mn, резко снизится при температуре 50 ℃ с увеличением подвода тепла. Например, при увеличении подвода тепла с 18 кДж/см до 30 кДж/см ударная вязкость потеряется более чем на 60%. Сварочные электроды серии 1,5% Ni и серии 2,5% Ni не слишком чувствительны к этому, поэтому для сварки лучше всего выбирать именно такой электрод.
Дуговая сварка под флюсом — широко используемый метод автоматической сварки стали, раскисленной алюминием. Сварочная проволока, используемая при сварке под флюсом, предпочтительно содержит 1,5–3,5% никеля и 0,5–1,0% молибдена.
По данным литературы, при использовании сварочной проволоки с содержанием 2,5%Ni—0,8%Cr—0,5%Mo или 2%Ni, подобранной под соответствующий флюс, среднее значение вязкости по Шарпи металла шва при температуре -55°С может достигать 56-70 Дж (5,7). ~7,1 кгс·м). Даже при использовании сварочной проволоки с содержанием молибдена 0,5% и основного флюса из марганцевого сплава, пока тепловложение контролируется ниже 26 кДж/см, все равно можно получить металл сварного шва с ν∑-55=55 Дж (5,6 кгс·м).
При выборе флюса следует обратить внимание на соответствие содержания Si и Mn в металле шва. Тестовое доказательство. Различное содержание Si и Mn в металле сварного шва сильно изменит значение вязкости по Шарпи. Содержание Si и Mn с лучшим значением ударной вязкости составляет 0,1–0,2% Si и 0,7–1,1% Mn. При выборе сварочной проволоки и помните об этом при пайке.
Аргонодуговая сварка вольфрама и аргонодуговая сварка металлов реже применяются при раскислении алюминия на стали. Вышеуказанные сварочные проволоки для сварки под флюсом можно использовать и для аргонодуговой сварки.
(2) сталь 2,5Ni и 3,5Ni
Сварку под флюсом или сварку MIG стали 2,5Ni и стали 3,5Ni обычно можно сваривать той же сварочной проволокой, что и основной материал. Но, как показывает формула Уилкинсона (5), Mn является элементом-ингибитором горячего растрескивания для низконикелевых низкотемпературных сталей. Поддержание содержания марганца в металле сварного шва на уровне около 1,2% очень полезно для предотвращения горячих трещин, таких как дуговые кратеры. Это следует учитывать при выборе сочетания сварочной проволоки и флюса.
Сталь 3,5Ni имеет тенденцию к отпуску и охрупчиванию, поэтому после термообработки после сварки (например, 620°C×1 час, затем охлаждение в печи) для устранения остаточных напряжений ν∑-100 резко упадет с 3,8 кгс·м до 2.1Kgf.m больше не может соответствовать требованиям. Металл шва, полученный при сварке сварочной проволокой серии 4,5%Ni-0,2%Mo, имеет гораздо меньшую склонность к отпускному охрупчиванию. Использование этой сварочной проволоки позволяет избежать вышеперечисленных трудностей.
(3) сталь 9Н
Сталь 9Ni обычно подвергается термообработке путем закалки и отпуска или двойной нормализации и отпуска, чтобы максимизировать ее низкотемпературную вязкость. Но металл сварного шва этой стали не подлежит термообработке, как указано выше. Поэтому при использовании сварочных материалов на основе железа сложно получить металл шва с низкотемпературной вязкостью, сравнимой с вязкостью основного металла. В настоящее время в основном используются сварочные материалы с высоким содержанием никеля. Сварные швы, нанесенные такими сварочными материалами, будут полностью аустенитными. Хотя он имеет такие недостатки, как более низкая прочность, чем базовый материал из стали 9Ni, и очень высокая цена, хрупкое разрушение больше не является для него серьезной проблемой.
Из вышеизложенного можно знать, что, поскольку металл сварного шва полностью аустенитный, низкотемпературная вязкость металла сварного шва, используемого для сварки электродами и проволокой, полностью сравнима с вязкостью основного металла, но предел прочности и предел текучести равны. ниже, чем у основного металла. Никельсодержащая сталь является самозакаленной, поэтому в большинстве электродов и проволоки уделяют внимание ограничению содержания углерода, чтобы добиться хорошей свариваемости.
Mo является важным упрочняющим элементом в сварочных материалах, а Nb, Ta, Ti и W являются важными элементами, повышающими ударную вязкость, которым уделяется пристальное внимание при выборе сварочных материалов.
Когда для сварки используется одна и та же сварочная проволока, прочность и ударная вязкость металла шва при сварке под флюсом хуже, чем при сварке MIG, что может быть вызвано замедлением скорости охлаждения сварного шва и возможным проникновением примесей или Si от потока.
3. Низкотемпературная сварка стальных труб A333-GR6.
1) Анализ свариваемости стали А333-ГР6.
Сталь А333–ГР6 относится к низкотемпературным сталям, минимальная температура эксплуатации -70 ℃, обычно поставляется в нормализованном или нормализованно-отпущенном состоянии. Сталь A333-GR6 имеет низкое содержание углерода, поэтому склонность к закалке и склонность к холодному растрескиванию относительно невелики, материал обладает хорошей вязкостью и пластичностью, обычно нелегко создавать дефекты закалки и растрескивания, а также он обладает хорошей свариваемостью. Можно использовать аргонодуговую сварочную проволоку ER80S-Ni1. С электродом W707Ni используйте аргонно-электрическую сварку соединений или используйте аргонодуговую сварочную проволоку ER80S-Ni1 и используйте полную аргонодуговую сварку, чтобы обеспечить хорошую прочность сварных соединений. Марку проволоки и электрода для аргонодуговой сварки также можно выбирать изделия с такими же характеристиками, но использовать их можно только с согласия владельца.
2) Процесс сварки
Подробные сведения о методах сварочного процесса см. в инструкции по сварочному процессу или WPS. При сварке труб диаметром менее 76,2 мм применяют стыковое соединение I-образного типа и полноаргонодуговую сварку; для труб диаметром более 76,2 мм выполняют V-образные пазы и применяют метод аргонодуговой комбинированной сварки с аргонодуговой грунтовкой и многослойным заполнением или метод полной аргонодуговой сварки. Конкретный метод заключается в выборе соответствующего метода сварки в соответствии с разницей диаметра трубы и толщины стенки трубы в технологической документации, утвержденной владельцем.
3) Процесс термообработки
(1) Предварительный нагрев перед сваркой
Когда температура окружающей среды ниже 5 °С, сварную деталь необходимо предварительно нагреть, температура предварительного нагрева составляет 100–150 °С; диапазон предварительного подогрева — 100 мм с обеих сторон сварного шва; его нагревают кислородно-ацетиленовым пламенем (нейтральное пламя) и измеряют температуру. Ручка измеряет температуру на расстоянии 50-100 мм от центра сварного шва, при этом точки измерения температуры распределяются равномерно для лучшего контроля температуры. .
(2) Термическая обработка после сварки
Чтобы улучшить ударную вязкость низкотемпературной стали, обычно используемые материалы подвергаются закалке и отпуску. Неправильная термообработка после сварки часто ухудшает его низкотемпературные характеристики, на что следует уделять достаточно внимания. Поэтому, за исключением условий большой толщины сварного шва или условий очень жесткой фиксации, послесварочную термообработку низкотемпературных сталей обычно не проводят. Например, сварка новых трубопроводов СУГ в ЦНПК не требует послесварочной термообработки. Если в некоторых проектах действительно требуется термообработка после сварки, скорость нагрева, время постоянной температуры и скорость охлаждения при термообработке после сварки должны строго соответствовать следующим правилам:
Когда температура поднимается выше 400 ℃, скорость нагрева не должна превышать 205 × 25/δ ℃/ч и не должна превышать 330 ℃/ч. Время поддержания постоянной температуры должно составлять 1 час на толщину стены 25 мм, но не менее 15 минут. В период постоянной температуры разница между самой высокой и самой низкой температурой должна быть ниже 65 ℃.
После постоянной температуры скорость охлаждения не должна превышать 65 × 25/δ ℃/ч и не должна превышать 260 ℃/ч. Естественное охлаждение допускается ниже 400 ℃. Оборудование для термообработки типа ТС-1, управляемое компьютером.
4) Меры предосторожности
(1) Строго разогревайте в соответствии с правилами и контролируйте температуру между слоями, температура между слоями контролируется на уровне 100-200 ℃. Каждый сварочный шов должен быть сварен за один раз, а в случае его прерывания должны быть приняты меры по медленному охлаждению.
(2) На поверхности сварной детали строго запрещено царапать дугу. Кратер дуги следует заделать, а дефекты зашлифовать шлифовальным кругом при закрытой дуге. Стыки между слоями многослойной сварки должны располагаться в шахматном порядке.
(3) Строго контролируйте энергию линии, применяйте малый ток, низкое напряжение и быструю сварку. Длина сварки каждого электрода W707Ni диаметром 3,2 мм должна быть больше 8 см.
(4) Должен быть принят режим работы с короткой дугой и без качания.
(5) Должен быть принят процесс полного проплавления, и он должен выполняться в строгом соответствии с требованиями спецификации процесса сварки и карты процесса сварки.
(6) Усиление сварного шва составляет 0 ~ 2 мм, а ширина каждой стороны сварного шва составляет ≤ 2 мм.
(7) Неразрушающий контроль может проводиться не позднее чем через 24 часа после аттестации визуального контроля сварного шва. Стыковые сварные швы трубопроводов должны соответствовать стандарту JB 4730-94.
(8) Стандарт «Сосуды под давлением: неразрушающий контроль сосудов под давлением», соответствует классу II.
(9) Ремонт сварного шва следует выполнять до термообработки после сварки. Если после термообработки необходим ремонт, то после ремонта сварной шов следует повторно нагреть.
(10) Если геометрические размеры поверхности сварного шва превышают стандартные, допускается шлифовка, а толщина после шлифовки не должна быть меньше проектной.
(11) При общих дефектах сварки допускается не более двух ремонтов. Если оба ремонта по-прежнему не квалифицированы, сварной шов необходимо отрезать и повторно заварить в соответствии с полным сварочным процессом.
Время публикации: 21 июня 2023 г.
