1. Обзор криогенной стали
1) Технические требования к низкотемпературной стали, как правило, следующие: достаточная прочность и достаточная ударная вязкость в низкотемпературной среде, хорошие характеристики сварки, производительность обработки и коррозионная стойкость и т. д. Среди них низкотемпературная ударная вязкость, то есть способность предотвращение возникновения и распространения 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 принято считать, что такие элементы, как углерод, кремний, фосфор, сера и азот, ухудшают низкотемпературную ударную вязкость, а фосфор является наиболее вредным, поэтому раннее низкотемпературное дефосфорирование должно быть выполняемые во время плавки.Такие элементы, как марганец и никель, могут повысить ударную вязкость при низких температурах.При увеличении содержания никеля на каждый 1% критическая температура хрупкого перехода может быть снижена примерно на 20°C.
3) Процесс термической обработки оказывает решающее влияние на металлографическую структуру и размер зерна низкотемпературной стали, что также влияет на низкотемпературную ударную вязкость стали.После закалки и отпуска низкотемпературная вязкость явно улучшается.
4) В соответствии с различными методами горячей штамповки низкотемпературную сталь можно разделить на стальную отливку и стальной прокат.По разнице состава и металлографической структуры низкотемпературную сталь можно разделить на: низколегированную сталь, 6% никелевую сталь, 9% никелевую сталь, хромомарганцевую или хромомарганцево-никелевую аустенитную сталь и хромоникелевую аустенитную нержавеющую сталь. ждать.Низколегированная сталь обычно используется в диапазоне температур около -100°C для изготовления холодильного оборудования, транспортного оборудования, складских помещений для винила и нефтехимического оборудования.В США, Великобритании, Японии и других странах 9% никелевая сталь широко применяется в низкотемпературных конструкциях на 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 низкотемпературным конструкционным материалом.Он обладает хорошей низкотемпературной вязкостью, отличными сварочными характеристиками и низкой теплопроводностью.Он широко используется в низкотемпературных областях, таких как транспортные танкеры и резервуары для хранения жидкого водорода и жидкого кислорода.Однако, поскольку он содержит больше хрома и никеля, он дороже.
2. Обзор конструкции сварки низкотемпературной стали
При выборе способа сварки и режима изготовления низкотемпературной стали основное внимание уделяется двум аспектам: предотвращению ухудшения низкотемпературной вязкости сварного соединения и предотвращению образования сварочных трещин.
1) Обработка фаски
Форма разделки сварных соединений из низкотемпературной стали принципиально не отличается от формы разделки из обычной углеродистой стали, низколегированной стали или нержавеющей стали и может обрабатываться как обычно.А вот для 9Ni Gang угол раскрытия канавки желательно не менее 70 градусов, а тупая кромка желательно не менее 3мм.
Все низкотемпературные стали можно резать кислородно-ацетиленовой горелкой.Просто скорость резки при газовой резке стали 9Ni несколько ниже, чем при газовой резке обычной углеродистой конструкционной стали.Если толщина стали превышает 100 мм, перед газовой резкой режущую кромку можно предварительно подогреть до 150-200°С, но не более 200°С.
Газовая резка не оказывает неблагоприятного воздействия на участки, затронутые сварочным теплом.Однако из-за свойств самозакалки никельсодержащей стали поверхность среза затвердевает.Чтобы обеспечить удовлетворительные характеристики сварного соединения, лучше всего использовать шлифовальный круг для шлифовки поверхности разреза перед сваркой.
Дуговая строжка может использоваться, если сварной шов или основной металл должны быть удалены во время сварки конструкции.Тем не менее, перед повторным нанесением поверхность надреза следует отшлифовать.
Не следует применять строжку кислородно-ацетиленовым пламенем 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 сварки.Подвод тепла при сварке составляет около 18-30 кДж/см.При использовании электрода с низким содержанием водорода можно получить полностью удовлетворительное сварное соединение.Хорошие не только механические свойства, но и ударная вязкость.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 дуговой сварке низкотемпературной стали под флюсом составляет около 10-22 кДж/см.Благодаря простому оборудованию, высокой эффективности сварки и удобству в 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 шва из флюса, что еще больше будет способствовать этой тенденции.Поэтому при использовании дуговой сварки под флюсом обратите внимание на выбор сварочной проволоки и флюса и действуйте осторожно.
Соединения, сваренные сваркой в среде защитного газа СО2, имеют низкую ударную вязкость, поэтому их не применяют при низкотемпературной сварке сталей.
Вольфрамово-аргонодуговая сварка (сварка ВИГ) обычно выполняется вручную, а тепловложение при сварке 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 при низкотемпературной сварке стали.Тепловложение при сварке составляет 23-40 кДж/см.В соответствии с методом переноса капель его можно разделить на три типа: процесс переноса с коротким замыканием (более низкая погонная энергия), процесс переноса струей (более высокая погонная энергия) и процесс переноса импульсной струи (самая высокая погонная энергия).Сварка MIG с переходом от короткого замыкания имеет проблему недостаточного провара, и может возникнуть дефект плохого плавления.Аналогичные проблемы существуют и с другими флюсами MIG, но в разной степени.Чтобы сделать дугу более концентрированной для достижения удовлетворительного провара, в чистый аргон в качестве защитного газа можно ввести от нескольких до десятков процентов CO2 или O2.Соответствующие проценты должны быть определены путем испытаний для конкретной свариваемой стали.
3) Выбор сварочных материалов
Сварочные материалы (включая сварочную проволоку, сварочную проволоку, флюс и т. д.), как правило, должны основываться на используемом методе сварки.Форма соединения и форма паза и другие необходимые характеристики на выбор.Для низкотемпературной стали самое главное, на что следует обратить внимание, это чтобы металл шва имел низкотемпературную вязкость, достаточную для соответствия основному металлу, и минимизировал содержание в нем диффузионного водорода.
Сварка Xinfa имеет отличное качество и высокую долговечность, для получения подробной информации, пожалуйста, проверьте:https://www.xinfatools.com/welding-cutting/
(1) Сталь, раскисленная алюминием
Сталь, раскисленная алюминием, представляет собой марку стали, которая очень чувствительна к влиянию скорости охлаждения после сварки.Большинство электродов, используемых при ручной дуговой сварке раскисленной алюминием стали, представляют собой электроды с низким содержанием водорода Si-Mn или электроды с содержанием 1,5% Ni и 2,0% Ni.
Чтобы уменьшить тепловложение при сварке, раскисленная алюминием сталь обычно применяет только многослойную сварку тонкими электродами ≤¢3 ~ 3,2 мм, так что цикл вторичного нагрева верхнего слоя сварного шва можно использовать для измельчения зерен.
Ударная вязкость металла шва, сваренного электродом серии Si-Mn, резко снижается при 50 ℃ с увеличением подводимой теплоты.Например, когда погонная энергия увеличивается с 18 кДж/см до 30 кДж/см, ударная вязкость снижается 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 является широко используемым методом автоматической сварки раскисленной алюминием стали.Сварочная проволока, используемая при дуговой сварке под флюсом, предпочтительно должна содержать 1,5~3,5% никеля и 0,5~1,0% молибдена.
Согласно литературным данным, при использовании сварочной проволоки 2,5%Ni—0,8%Cr—0,5%Mo или 2%Ni с соответствующим флюсом среднее значение ударной вязкости по Шарпи металла шва при температуре -55°C может достигать 56-70 Дж (5,7). ~7.1кгс.м).Даже если используется сварочная проволока с содержанием молибдена 0,5% и основной флюс из марганцевого сплава, при условии, что погонная энергия не превышает 26 кДж/см, можно получить металл сварного шва с ν∑-55=55 Дж (5,6 кгс·м).
При выборе флюса следует обращать внимание на соответствие содержания Si и Mn в металле шва.Тестовое доказательство.Различное содержание Si и Mn в металле сварного шва сильно изменит значение ударной 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.
Вольфрамово-аргонодуговая сварка и металлическая аргонодуговая сварка в меньшей степени применяются для раскисленной алюминием стали.Вышеуказанные сварочные проволоки для сварки под флюсом также могут быть использованы для аргонодуговой сварки.
(2) Сталь 2,5Ni и 3,5Ni
Дуговая сварка под флюсом или сварка MIG стали 2,5Ni и стали 3,5Ni, как правило, могут выполняться той же сварочной проволокой, что и основной материал.Но, как показывает формула Уилкинсона (5), Mn является ингибитором горячих трещин для низкотемпературной стали с низким содержанием никеля.Поддержание содержания марганца в металле сварного шва на уровне около 1,2% очень полезно для предотвращения горячих трещин, таких как дуговые кратерные трещины.Это следует учитывать при выборе сочетания сварочной проволоки и флюса.
Сталь 3,5Ni склонна к закалке 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 2.1Кгс.м уже не может соответствовать требованиям.Металл шва, образованный при сварке сварочной проволокой серии 4,5%Ni-0,2%Mo, имеет значительно меньшую склонность к отпускному охрупчиванию.Использование этой сварочной проволоки позволяет избежать вышеуказанных трудностей.
(3) сталь 9Ni
Сталь 9Ni обычно подвергается термообработке путем закалки и отпуска или двукратной нормализации и отпуска для достижения максимальной ее низкотемпературной вязкости.Но металл шва этой стали нельзя подвергать термической обработке, как указано выше.Поэтому трудно получить металл шва с низкотемпературной ударной вязкостью, сравнимой с ударной вязкостью основного металла, если используются сварочные материалы на основе железа.В настоящее время в основном используются высоконикелевые сварочные материалы.Сварные швы, наплавленные такими сварочными материалами, будут полностью аустенитными.Хотя он имеет недостатки, заключающиеся в более низкой прочности, чем основной материал из стали 9Ni, и очень высокой цене, хрупкое разрушение больше не является для него серьезной проблемой.
Из вышеизложенного можно узнать, что, поскольку металл шва полностью аустенитный, низкотемпературная вязкость металла шва, используемого для сварки электродами и проволокой, полностью сравнима с вязкостью основного металла, но предел прочности при растяжении и предел текучести ниже. ниже основного металла.Никельсодержащая сталь является самозакаливающейся, поэтому в большинстве электродов и проволоки внимание уделяется ограничению содержания углерода для достижения хорошей свариваемости.
Mo является важным упрочняющим элементом в сварочных материалах, тогда как Nb, Ta, Ti и W являются важными упрочняющими элементами, которым уделялось все внимание при выборе сварочных материалов.
Когда для сварки используется одна и та же сварочная проволока, прочность и ударная вязкость металла шва при дуговой сварке под флюсом хуже, чем при сварке МИГ, что может быть вызвано замедлением скорости охлаждения шва и возможным проникновением примесей или Si от потока.
3. Сварка низкотемпературных стальных труб A333-GR6.
1) Анализ свариваемости стали А333-ГР6
Сталь А333–ГР6 относится к низкотемпературным сталям, минимальная температура эксплуатации составляет -70 ℃, и обычно поставляется в нормализованном или нормализованном и отпущенном состоянии.Сталь A333-GR6 имеет низкое содержание углерода, поэтому склонность к закалке и склонность к холодному растрескиванию относительно невелика, материал обладает хорошей ударной вязкостью и пластичностью, как правило, нелегко получить дефекты закалки и трещин, а также имеет хорошую свариваемость.Проволоку для аргонно-дуговой сварки ER80S-Ni1 можно использовать с электродом W707Ni, использовать аргонно-электрическую сварку или использовать проволоку для аргонно-дуговой сварки ER80S-Ni1, а также использовать полную аргонно-дуговую сварку для обеспечения хорошей прочности сварных соединений.Марку проволоки и электрода для аргонодуговой сварки также можно подобрать изделия с такими же характеристиками, но применять их можно только с согласия владельца.
2) Процесс сварки
Подробные сведения о методах сварки см. в инструкции по сварке или в WPS.При сварке для труб диаметром менее 76,2 мм применяют двутавровый стык и полную аргонодуговую сварку;для труб диаметром более 76,2 мм выполняют разделки V-образной формы и применяют метод аргонно-электрической 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 в диаметре трубы и толщине стенки трубы в WPS, утвержденной владельцем.
3) Процесс термообработки
(1) Предварительный подогрев перед сваркой
При температуре окружающего воздуха ниже 5°С сварной объект необходимо предварительно подогреть, а температура предварительного нагрева составляет 100-150°С;диапазон предварительного нагрева 100 мм с обеих сторон шва;он нагревается кислородно-ацетиленовым пламенем (нейтральным пламенем) и измеряется температура Ручка измеряет температуру на расстоянии 50-100 мм от центра сварного шва, а точки измерения температуры равномерно распределяются для лучшего контроля температуры .
(2) Термическая обработка после сварки
Чтобы улучшить ударную вязкость низкотемпературной стали, обычно используемые материалы подвергают закалке и отпуску.Неправильная послесварочная термообработка часто ухудшает его низкотемпературные характеристики, на что следует обращать достаточно внимания.Поэтому, за исключением условий большой толщины сварного шва или очень жестких условий закрепления, послесварочную термообработку обычно не проводят для низкотемпературной стали.Например, сварка новых трубопроводов СУГ в КСПК не требует послесварочной термической обработки.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 постоянной температуры должно составлять 1 час на толщину стенки 25 мм и не менее 15 минут.В течение периода постоянной температуры разница температур 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 ℃.Термообрабатывающее оборудование типа ТС-1, управляемое компьютером.
4) Меры предосторожности
(1) Строгий предварительный нагрев в соответствии с правилами и контроль межслойной температуры, а межслойная температура контролируется на уровне 100-200 ℃.Каждый сварочный шов должен быть проварен за один раз, а в случае его разрыва должны быть приняты меры медленного охлаждения.
(2) Категорически запрещается царапать дугой поверхность сварного соединения.Воронка дуги должна быть заполнена, а дефекты должны быть отшлифованы шлифовальным кругом, когда дуга замкнута.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 можно проводить не менее чем через 24 часа после аттестации визуального контроля сварного шва.Стыковые сварные швы трубопроводов должны соответствовать JB 4730-94.
(8) Стандарт «Сосуды под давлением: неразрушающий контроль сосудов под давлением», класс II.
(9) Ремонт сварных швов должен выполняться до термообработки после сварки.Если ремонт необходим после термической обработки, сварной шов должен быть повторно нагрет после ремонта.
(10) Если геометрический размер поверхности сварного шва превышает норматив, допускается шлифовка, при этом толщина после шлифовки должна быть не менее расчетной.
(11) Для общих дефектов сварки допускается не более двух ремонтов.Если два ремонта все еще не соответствуют требованиям, сварной шов должен быть отрезан и заварен заново в соответствии с полным процессом сварки.
Время публикации: 21 июня 2023 г.
