1. Översikt över kryogent stål
1) De tekniska kraven för lågtemperaturstål är generellt: tillräcklig hållfasthet och tillräcklig seghet i lågtemperaturmiljö, bra svetsprestanda, bearbetningsprestanda och korrosionsbeständighet etc. Bland dem lågtemperatursegheten, det vill säga förmågan att förhindra uppkomsten och expansionen av spröd fraktur vid låg temperatur är den viktigaste faktorn.Därför anger länder vanligtvis ett visst slagseghetsvärde vid den lägsta temperaturen.
2) Bland komponenterna i lågtemperaturstål tror man allmänt att element som kol, kisel, fosfor, svavel och kväve försämrar segheten vid låg temperatur, och fosfor är den mest skadliga, så tidig lågtemperaturavfosforisering bör göras utförs under smältning.Element som mangan och nickel kan förbättra segheten vid låg temperatur.För varje 1% ökning av nickelhalten kan den spröda kritiska övergångstemperaturen minskas med cirka 20°C.
3) Värmebehandlingsprocessen har en avgörande inverkan på den metallografiska strukturen och kornstorleken hos lågtemperaturstål, vilket också påverkar stålets lågtemperaturseghet.Efter härdning och härdningsbehandling förbättras uppenbarligen segheten vid låg temperatur.
4) Enligt de olika varmformningsmetoderna kan lågtemperaturstål delas upp i gjutstål och valsat stål.Beroende på skillnaden i sammansättning och metallografisk struktur kan lågtemperaturstål delas in i: låglegerat stål, 6% nickelstål, 9% nickelstål, krom-mangan eller krom-mangan-nickel austenitiskt stål och krom-nickel austenitiskt rostfritt stål vänta.Låglegerat stål används vanligtvis i ett temperaturområde på cirka -100°C för tillverkning av kylutrustning, transportutrustning, vinyllagringsrum och petrokemisk utrustning.I USA, Storbritannien, Japan och andra länder används 9 % nickelstål i stor utsträckning i lågtemperaturstrukturer vid 196°C, såsom lagringstankar för lagring och transport av flytande biogas och metan, utrustning för lagring av flytande syre och tillverkning av flytande syre och flytande kväve.Austenitiskt rostfritt stål är ett mycket bra lågtemperaturkonstruktionsmaterial.Den har god seghet vid låg temperatur, utmärkt svetsprestanda och låg värmeledningsförmåga.Det används ofta i lågtemperaturfält, såsom transporttankfartyg och lagringstankar för flytande väte och flytande syre.Men eftersom den innehåller mer krom och nickel är den dyrare.
2. Översikt över lågtemperaturstålsvetskonstruktion
När man väljer svetskonstruktionsmetod och konstruktionsförhållanden för lågtemperaturstål ligger fokus på problemet på följande två aspekter: att förhindra försämring av lågtemperatursegheten hos svetsfogen och förhindra uppkomsten av svetssprickor.
1) Fasad bearbetning
Spårformen på svetsfogar av lågtemperaturstål skiljer sig i princip inte från vanligt kolstål, låglegerat stål eller rostfritt stål och kan behandlas som vanligt.Men för 9Ni Gang är öppningsvinkeln för spåret företrädesvis inte mindre än 70 grader, och den trubbiga kanten är helst inte mindre än 3 mm.
Alla lågtemperaturstål kan skäras med en oxyacetylenbrännare.Det är bara det att skärhastigheten är något lägre vid gasskärning av 9Ni-stål än vid gasskärning av vanligt kolkonstruktionsstål.Om stålets tjocklek överstiger 100 mm kan skäreggen förvärmas till 150-200°C före gasskärning, dock inte mer än 200°C.
Gasskärning har inga negativa effekter på de områden som påverkas av svetsvärme.Men på grund av de självhärdande egenskaperna hos nickelhaltigt stål kommer skärytan att härda.För att säkerställa tillfredsställande prestanda hos svetsfogen är det bäst att använda en slipskiva för att slipa ytan på skärytan ren före svetsning.
Bågmejsling kan användas om svetssträngen eller basmetallen ska tas bort under svetskonstruktionen.Ytan på skåran bör dock fortfarande slipas ren innan den appliceras igen.
Oxyacetylen-flammmejsling bör inte användas på grund av risken för överhettning av stålet.
2) Val av svetsmetod
Typiska svetsmetoder tillgängliga för lågtemperaturstål inkluderar bågsvetsning, nedsänkt bågsvetsning och argonbågsvetsning med smält elektrod.
Bågsvetsning är den vanligaste svetsmetoden för lågtemperaturstål, och den kan svetsas i olika svetspositioner.Svetsvärmetillförseln är ca 18-30KJ/cm.Om en elektrod av lågvätetyp används kan en helt tillfredsställande svetsfog erhållas.Inte bara de mekaniska egenskaperna är bra, utan hacksegheten är också ganska bra.Dessutom är bågsvetsmaskinen enkel och billig, och utrustningsinvesteringen är liten och den påverkas inte av position och riktning.fördelar som begränsningar.
Värmetillförseln av nedsänkt bågsvetsning av lågtemperaturstål är ca 10-22KJ/cm.På grund av sin enkla utrustning, höga svetseffektivitet och bekväma drift används den i stor utsträckning.Men på grund av flödets värmeisolerande effekt kommer kylningshastigheten att saktas ner, så det finns en större tendens att generera heta sprickor.Dessutom kan föroreningar och Si ofta komma in i svetsmetallen från flussmedlet, vilket ytterligare kommer att uppmuntra denna tendens.Därför, när du använder nedsänkt bågsvetsning, var uppmärksam på valet av svetstråd och flussmedel och arbeta försiktigt.
Fogarna som svetsas med CO2-gasskyddad svetsning har låg seghet, så de används inte vid lågtemperatursvetsning av stål.
Volframargonbågsvetsning (TIG-svetsning) utförs vanligtvis manuellt och dess svetsvärmetillförsel är begränsad till 9-15KJ/cm.Därför, även om svetsfogar har helt tillfredsställande egenskaper, är de helt olämpliga när ståltjockleken överstiger 12 mm.
MIG-svetsning är den mest använda automatiska eller halvautomatiska svetsmetoden vid lågtemperatursvetsning av stål.Dess svetsvärmetillförsel är 23-40KJ/cm.Enligt droppöverföringsmetoden kan den delas in i tre typer: kortslutningsöverföringsprocess (lägre värmetillförsel), jetöverföringsprocess (högre värmetillförsel) och pulsstråleöverföringsprocess (högsta värmetillförseln).Kortslutningsövergång MIG-svetsning har problemet med otillräcklig penetration, och defekten med dålig smältning kan uppstå.Liknande problem finns med andra MIG-flöden, men i en annan grad.För att göra ljusbågen mer koncentrerad för att uppnå tillfredsställande penetration kan flera procent till tiotals procent av CO2 eller O2 infiltreras i ren argon som skyddsgas.Lämpliga procentsatser ska bestämmas genom provning för det särskilda stål som svetsas.
3) Val av svetsmaterial
Svetsmaterial (inklusive svetsstång, svetstråd och flussmedel etc.) bör i allmänhet baseras på den svetsmetod som används.Fogform och spårform och andra nödvändiga egenskaper att välja.För lågtemperaturstål är det viktigaste att vara uppmärksam på att få svetsmetallen att ha tillräckligt låg temperaturseghet för att matcha basmetallen och minimera innehållet av diffusionsbart väte i den.
Xinfa-svetsning har utmärkt kvalitet och stark hållbarhet, för detaljer, vänligen kontrollera:https://www.xinfatools.com/welding-cutting/
(1) Aluminiumdeoxiderat stål
Aluminiumdeoxiderat stål är en stålkvalitet som är mycket känslig för påverkan av kylhastigheten efter svetsning.De flesta av de elektroder som används vid manuell bågsvetsning av aluminiumdeoxiderat stål är Si-Mn elektroder med låg vätehalt eller 1,5 % Ni och 2,0 % Ni elektroder.
För att minska svetsvärmetillförseln, använder aluminiumdeoxiderat stål i allmänhet endast flerskiktssvetsning med tunna elektroder på ≤¢3~3,2 mm, så att den sekundära värmecykeln för det övre svetsskiktet kan användas för att förfina kornen.
Slagsegheten hos svetsmetallen svetsad med elektrod i Si-Mn-serien kommer att minska kraftigt vid 50 ℃ med ökningen av värmetillförseln.Till exempel, när värmetillförseln ökar från 18KJ/cm till 30KJ/cm, kommer segheten att förlora mer än 60%.Svetselektroder i 1,5 %Ni-serien och 2,5 %Ni-serien är inte alltför känsliga för detta, så det är bäst att välja denna typ av elektrod för svetsning.
Nedsänkt bågsvetsning är en vanlig automatisk svetsmetod för aluminiumdeoxiderat stål.Svetstråden som används vid nedsänkt bågsvetsning är företrädesvis den typ som innehåller 1,5-3,5 % nickel och 0,5-1,0 % molybden.
Enligt litteraturen, med 2,5%Ni—0,8%Cr—0,5%Mo eller 2%Ni svetstråd, matchad med lämpligt flussmedel, kan det genomsnittliga Charpy-seghetsvärdet för svetsmetallen vid -55°C nå 56-70J (5,7) ~7,1 kgf.m).Även när 0,5 % Mo-svetstråd och grundfluss av manganlegering används, så länge som värmetillförseln kontrolleras under 26KJ/cm, kan svetsmetall med ν∑-55=55J (5,6Kgf.m) fortfarande produceras.
Vid val av flussmedel bör man vara uppmärksam på matchningen av Si och Mn i svetsmetallen.Testbevis.De olika Si- och Mn-halterna i svetsmetallen kommer att kraftigt förändra Charpy-seghetsvärdet.Si- och Mn-halterna med det bästa seghetsvärdet är 0,1~0,2%Si och 0,7~1,1%Mn.Vid val av svetstråd och Var uppmärksam på detta vid lödning.
Volframargonbågsvetsning och metallargonbågsvetsning används mindre i aluminiumdeoxiderat stål.Ovanstående svetstrådar för nedsänkt bågsvetsning kan också användas för argonbågsvetsning.
(2) 2,5Ni stål och 3,5Ni
Nedsänkt bågsvetsning eller MIG-svetsning av 2,5Ni stål och 3,5Ni stål kan i allmänhet svetsas med samma svetstråd som basmaterialet.Men precis som Wilkinsons formel (5) visar, är Mn ett varmsprickningsinhibitorelement för lågnickelstål.Att hålla manganhalten i svetsmetallen på cirka 1,2 % är mycket fördelaktigt för att förhindra heta sprickor såsom bågkratersprickor.Detta bör beaktas vid val av kombination av svetstråd och flussmedel.
3,5Ni-stål tenderar att vara härdat och skört, så efter värmebehandling efter svetsning (till exempel 620°C×1 timme, sedan ugnskylning) för att eliminera kvarvarande spänning, kommer ν∑-100 att sjunka kraftigt från 3,8 Kgf.m till 2.1Kgf.m kan inte längre uppfylla kraven.Svetsmetallen som bildas genom svetsning med 4,5%Ni-0,2%Mo-svetstråd har mycket mindre tendens till försprödning.Att använda denna svetstråd kan undvika ovanstående svårigheter.
(3) 9Ni stål
9Ni-stål värmebehandlas vanligtvis genom härdning och härdning eller två gånger normalisering och anlöpning för att maximera dess seghet vid låg temperatur.Men svetsmetallen i detta stål kan inte värmebehandlas enligt ovan.Därför är det svårt att erhålla en svetsmetall med lågtemperaturseghet jämförbar med basmetallens om järnbaserade svetstillsatsmaterial används.För närvarande används huvudsakligen högnickelsvetsmaterial.Svetsarna som avsatts av sådana svetsmaterial kommer att vara helt austenitiska.Även om det har nackdelarna med lägre hållfasthet än 9Ni stålbasmaterialet och mycket dyra priser, är spröd fraktur inte längre ett allvarligt problem för den.
Av ovanstående kan man veta att eftersom svetsmetallen är helt austenitisk, är lågtemperatursegheten hos svetsmetallen som används för svetsning med elektroder och trådar helt jämförbar med basmetallens, men draghållfastheten och sträckgränsen är lägre än basmetallen.Nickelhaltigt stål är självhärdande, så de flesta elektroder och trådar är uppmärksamma på att begränsa kolhalten för att uppnå god svetsbarhet.
Mo är ett viktigt förstärkningselement i svetsmaterial, medan Nb, Ta, Ti och W är viktiga härdningselement, som har fått full uppmärksamhet i valet av svetsmaterial.
När samma svetstråd används för svetsning, är hållfastheten och segheten hos svetsmetallen vid nedsänkt bågsvetsning sämre än för MIG-svetsning, vilket kan orsakas av nedgången i svetskylningshastigheten och eventuell infiltration av föroreningar eller Si från flödet av.
3. A333-GR6 lågtemperatursvetsning av stålrör
1) Svetsbarhetsanalys av A333-GR6 stål
A333–GR6-stål tillhör lågtemperaturstål, den lägsta servicetemperaturen är -70 ℃, och det levereras vanligtvis i normaliserat eller normaliserat och härdat tillstånd.A333-GR6-stål har låg kolhalt, så härdningstendensen och kallsprickningstendensen är relativt liten, materialet har god seghet och plasticitet, det är i allmänhet inte lätt att producera härdnings- och sprickdefekter och har god svetsbarhet.ER80S-Ni1 argonsvetstråd kan användas Med W707Ni-elektroden, använd argon-elektrisk fogsvetsning, eller använd ER80S-Ni1 argonbågsvetsning, och använd helargonbågsvetsning för att säkerställa god seghet hos svetsade fogar.Märket för argonbågsvetsning och elektrod kan också välja produkter med samma prestanda, men de kan endast användas med ägarens samtycke.
2) Svetsprocess
För detaljerade svetsprocessmetoder, se instruktionsboken för svetsprocessen eller WPS.Under svetsning används stumfog av I-typ och helargonbågsvetsning för rör med en diameter mindre än 76,2 mm;för rör med en diameter större än 76,2 mm görs V-formade spår, och metoden för argon-elektrisk kombinationssvetsning med argonbågsvetsning och flerskiktsfyllning används eller Metoden för helargonbågsvetsning.Den specifika metoden är att välja motsvarande svetsmetod enligt skillnaden i rördiameter och rörväggtjocklek i WPS som godkänts av ägaren.
3) Värmebehandlingsprocess
(1) Förvärmning före svetsning
När omgivningstemperaturen är lägre än 5 °C måste svetsen förvärmas och förvärmningstemperaturen är 100-150 °C;förvärmningsområdet är 100 mm på båda sidor av svetsen;den värms upp med en oxyacetylenlåga (neutral låga), och temperaturen mäts. Pennan mäter temperaturen på ett avstånd av 50-100 mm från mitten av svetsen, och temperaturmätpunkterna är jämnt fördelade för att bättre kontrollera temperaturen .
(2) Värmebehandling efter svetsning
För att förbättra hacksegheten hos lågtemperaturstål har de generellt använda materialen härdat och härdat.Felaktig värmebehandling efter svetsning försämrar ofta dess lågtemperaturprestanda, vilket bör ägnas tillräckligt med uppmärksamhet.Därför, med undantag för förhållanden med stor svetstjocklek eller mycket svåra begränsningsförhållanden, utförs värmebehandling efter svets vanligtvis inte för lågtemperaturstål.Till exempel kräver svetsning av nya gasolrörledningar i CSPC ingen värmebehandling efter svetsning.Om eftersvetsvärmebehandling verkligen krävs i vissa projekt, måste uppvärmningshastigheten, konstant temperaturtid och kylningshastigheten för eftersvetsvärmebehandling vara strikt i enlighet med följande regler:
När temperaturen stiger över 400 ℃ bör uppvärmningshastigheten inte överstiga 205 × 25/δ ℃/h och inte överstiga 330 ℃/h. Den konstanta temperaturtiden bör vara 1 timme per 25 mm väggtjocklek och inte mindre än 15 minuter.Under den konstanta temperaturperioden bör temperaturskillnaden mellan den högsta och den lägsta temperaturen vara lägre än 65 ℃.
Efter konstant temperatur bör nedkylningshastigheten inte vara större än 65 × 25/δ ℃/h, och bör inte vara större än 260 ℃/h.Naturlig kylning är tillåten under 400 ℃.Värmebehandlingsutrustning av typen TS-1 styrd av dator.
4) Försiktighetsåtgärder
(1) Förvärm strikt enligt bestämmelserna och kontrollera mellanskiktstemperaturen, och mellanskiktstemperaturen styrs till 100-200 ℃.Varje svetsfog ska svetsas på en gång, och om den avbryts ska långsamma kylningsåtgärder vidtas.
(2) Ytan på svetsen är strängt förbjuden från att repas av bågen.Bågkratern ska fyllas upp och defekterna slipas med en slipskiva när ljusbågen är stängd.Fogarna mellan skikt av flerskiktssvetsning bör vara förskjutna.
(3) Strikt kontrollera linjeenergin, anta liten ström, låg spänning och snabb svetsning.Svetslängden för varje W707Ni-elektrod med en diameter på 3,2 mm måste vara större än 8 cm.
(4) Driftläget kort båge och ingen svängning måste användas.
(5) Den fullständiga penetrationsprocessen måste antas och den måste utföras i strikt överensstämmelse med kraven i svetsprocessspecifikationen och svetsprocesskortet.
(6) Förstärkningen av svetsen är 0 ~ 2 mm, och bredden på varje sida av svetsen är ≤ 2 mm.
(7) Icke-förstörande provning kan utföras minst 24 timmar efter att den visuella svetsinspektionen är kvalificerad.Stumsvetsar i rörledningar ska omfattas av JB 4730-94.
(8) Standard för "Tryckkärl: oförstörande provning av tryckkärl", klass II-kvalificerad.
(9) Svetsreparation bör utföras före värmebehandling efter svetsning.Om reparation är nödvändig efter värmebehandling, bör svetsen värmas upp efter reparation.
(10) Om svetsytans geometriska dimension överstiger standarden är slipning tillåten och tjockleken efter slipning ska inte vara mindre än konstruktionskravet.
(11) För allmänna svetsfel tillåts högst två reparationer.Om de två reparationerna fortfarande är okvalificerade måste svetsen skäras av och svetsas om enligt hela svetsprocessen.
Posttid: 21 juni 2023
