1. Panoramica dell'acciaio criogenico
1) I requisiti tecnici per l'acciaio a bassa temperatura sono generalmente: resistenza sufficiente e tenacità sufficiente in un ambiente a bassa temperatura, buone prestazioni di saldatura, prestazioni di lavorazione e resistenza alla corrosione, ecc. Tra questi, la tenacità a bassa temperatura, ovvero la capacità prevenire il verificarsi e l'espansione di fratture fragili a bassa temperatura è il fattore più importante. Pertanto, i paesi di solito stabiliscono un determinato valore di resilienza alla temperatura più bassa.
2) Tra i componenti dell'acciaio a bassa temperatura, si ritiene generalmente che elementi come carbonio, silicio, fosforo, zolfo e azoto deteriorino la tenacità a bassa temperatura e il fosforo è il più dannoso, quindi dovrebbe essere effettuata una defosforizzazione precoce a bassa temperatura eseguita durante la fusione. Elementi come manganese e nichel possono migliorare la tenacità alle basse temperature. Per ogni aumento dell'1% del contenuto di nichel, la temperatura di transizione critica fragile può essere ridotta di circa 20°C.
3) Il processo di trattamento termico ha un'influenza decisiva sulla struttura metallografica e sulla dimensione del grano dell'acciaio a bassa temperatura, che influisce anche sulla tenacità dell'acciaio a bassa temperatura. Dopo il trattamento di tempra e rinvenimento, la tenacità alle basse temperature è ovviamente migliorata.
4) Secondo i diversi metodi di formatura a caldo, l'acciaio a bassa temperatura può essere suddiviso in acciaio fuso e acciaio laminato. In base alla differenza di composizione e struttura metallografica, l'acciaio a bassa temperatura può essere suddiviso in: acciaio bassolegato, acciaio al nichel 6%, acciaio al nichel 9%, acciaio austenitico al cromo-manganese o cromo-manganese-nichel e acciaio inossidabile austenitico al cromo-nichel Aspettare. L'acciaio bassolegato viene generalmente utilizzato in un intervallo di temperature di circa -100°C per la produzione di apparecchiature di refrigerazione, attrezzature di trasporto, magazzini di vinile e apparecchiature petrolchimiche. Negli Stati Uniti, nel Regno Unito, in Giappone e in altri paesi, l'acciaio al nichel 9% è ampiamente utilizzato in strutture a bassa temperatura (196°C), come serbatoi di stoccaggio per lo stoccaggio e il trasporto di biogas e metano liquefatti, apparecchiature per lo stoccaggio di ossigeno liquido e produzione di ossigeno liquido e azoto liquido. L'acciaio inossidabile austenitico è un ottimo materiale strutturale a bassa temperatura. Ha una buona tenacità alle basse temperature, eccellenti prestazioni di saldatura e bassa conduttività termica. È ampiamente utilizzato in campi a bassa temperatura, come cisterne da trasporto e serbatoi di stoccaggio per idrogeno liquido e ossigeno liquido. Tuttavia, poiché contiene più cromo e nichel, è più costoso.
2. Panoramica della costruzione di saldature in acciaio a bassa temperatura
Quando si seleziona il metodo di costruzione della saldatura e le condizioni di costruzione dell'acciaio a bassa temperatura, il focus del problema si concentra sui due aspetti seguenti: prevenire il deterioramento della tenacità a bassa temperatura del giunto saldato e prevenire il verificarsi di cricche di saldatura.
1) Lavorazione smussata
La forma della scanalatura dei giunti saldati in acciaio a bassa temperatura non è diversa in linea di principio da quella del normale acciaio al carbonio, acciaio a bassa lega o acciaio inossidabile e può essere trattata come al solito. Ma per 9Ni Gang, l'angolo di apertura della scanalatura non è preferibilmente inferiore a 70 gradi e il bordo smussato non è preferibilmente inferiore a 3 mm.
Tutti gli acciai a bassa temperatura possono essere tagliati con un cannello ossiacetilenico. È solo che la velocità di taglio è leggermente inferiore quando si taglia a gas l'acciaio 9Ni rispetto a quando si taglia a gas l'acciaio strutturale al carbonio ordinario. Se lo spessore dell'acciaio supera i 100 mm, il tagliente può essere preriscaldato a 150-200°C prima del taglio a gas, ma non più di 200°C.
Il taglio del gas non ha effetti negativi sulle aree interessate dal calore della saldatura. Tuttavia, a causa delle proprietà autoindurenti dell'acciaio contenente nichel, la superficie tagliata si indurirà. Al fine di garantire prestazioni soddisfacenti del giunto saldato, è meglio utilizzare una mola per levigare la superficie della superficie tagliata prima della saldatura.
La scriccatura ad arco può essere utilizzata se il cordone di saldatura o il metallo di base devono essere rimossi durante la costruzione della saldatura. Tuttavia, la superficie della tacca deve essere comunque levigata prima di riapplicare.
La scriccatura con fiamma ossiacetilenica non deve essere utilizzata a causa del pericolo di surriscaldamento dell'acciaio.
2) Selezione del metodo di saldatura
I metodi di saldatura tipici disponibili per l'acciaio a bassa temperatura includono la saldatura ad arco, la saldatura ad arco sommerso e la saldatura ad arco di argon con elettrodo fuso.
La saldatura ad arco è il metodo di saldatura più comunemente utilizzato per l'acciaio a bassa temperatura e può essere saldato in varie posizioni di saldatura. L'apporto termico di saldatura è di circa 18-30 KJ/cm. Se viene utilizzato un elettrodo del tipo a basso contenuto di idrogeno, si può ottenere un giunto saldato completamente soddisfacente. Non solo le proprietà meccaniche sono buone, ma anche la tenacità all'intaglio è abbastanza buona. Inoltre, la saldatrice ad arco è semplice ed economica e l'investimento nell'attrezzatura è ridotto e non è influenzato dalla posizione e dalla direzione. vantaggi come limitazioni.
L'apporto termico della saldatura ad arco sommerso dell'acciaio a bassa temperatura è di circa 10-22 KJ/cm. Grazie alla sua attrezzatura semplice, all'elevata efficienza di saldatura e al funzionamento conveniente, è ampiamente utilizzato. Tuttavia, a causa dell'effetto di isolamento termico del flusso, la velocità di raffreddamento verrà rallentata, quindi c'è una maggiore tendenza a generare cricche calde. Inoltre, impurità e Si possono spesso penetrare nel metallo saldato dal flusso, il che incoraggerà ulteriormente questa tendenza. Pertanto, quando si utilizza la saldatura ad arco sommerso, prestare attenzione alla selezione del filo e del flusso di saldatura e operare con cautela.
I giunti saldati mediante saldatura con protezione di gas CO2 hanno una bassa tenacità, quindi non vengono utilizzati nella saldatura dell'acciaio a bassa temperatura.
La saldatura ad arco di argon e tungsteno (saldatura TIG) viene solitamente eseguita manualmente e il suo apporto di calore di saldatura è limitato a 9-15 KJ/cm. Pertanto, sebbene i giunti saldati abbiano proprietà del tutto soddisfacenti, sono del tutto inadatti quando lo spessore dell'acciaio supera i 12 mm.
La saldatura MIG è il metodo di saldatura automatico o semiautomatico più utilizzato nella saldatura dell'acciaio a bassa temperatura. Il suo apporto termico di saldatura è di 23-40 KJ/cm. Secondo il metodo di trasferimento delle goccioline, può essere suddiviso in tre tipi: processo di trasferimento a corto circuito (minore apporto di calore), processo di trasferimento a getto (maggiore apporto di calore) e processo di trasferimento a getto di impulsi (massimo apporto di calore). La saldatura MIG con transizione di cortocircuito presenta il problema di una penetrazione insufficiente e può verificarsi il difetto di una scarsa fusione. Problemi simili esistono con altri flussi MIG, ma in misura diversa. Per rendere l'arco più concentrato e ottenere una penetrazione soddisfacente, è possibile infiltrare da diverse percentuali a decine di percentuali di CO2 o O2 nell'argon puro come gas di protezione. Le percentuali appropriate saranno determinate mediante prove per il particolare acciaio da saldare.
3) Scelta dei materiali di saldatura
I materiali di saldatura (inclusi bacchetta di saldatura, filo e flusso di saldatura, ecc.) dovrebbero generalmente basarsi sul metodo di saldatura utilizzato. Forma congiunta e forma della scanalatura e altre caratteristiche necessarie da scegliere. Per l'acciaio a bassa temperatura, la cosa più importante a cui prestare attenzione è fare in modo che il metallo di saldatura abbia una tenacità a bassa temperatura sufficiente per eguagliare il metallo di base e ridurre al minimo il contenuto di idrogeno diffusibile al suo interno.
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(1) Acciaio disossidato con alluminio
L'acciaio disossidato con alluminio è un tipo di acciaio molto sensibile all'influenza della velocità di raffreddamento dopo la saldatura. La maggior parte degli elettrodi utilizzati nella saldatura ad arco manuale di acciaio disossidato con alluminio sono elettrodi Si-Mn a basso contenuto di idrogeno o elettrodi Ni 1,5% e Ni 2,0%.
Al fine di ridurre l'apporto termico di saldatura, l'acciaio disossidato con alluminio generalmente adotta solo saldature multistrato con elettrodi sottili di ≤¢3~3,2 mm, in modo che il ciclo termico secondario dello strato superiore di saldatura possa essere utilizzato per affinare i grani.
La resistenza all'urto del metallo saldato con l'elettrodo della serie Si-Mn diminuirà drasticamente a 50 ℃ con l'aumento dell'apporto di calore. Ad esempio, quando l'apporto di calore aumenta da 18 KJ/cm a 30 KJ/cm, la tenacità perderà più del 60%. Gli elettrodi per saldatura della serie 1,5% Ni e della serie 2,5% Ni non sono troppo sensibili a questo, quindi è meglio scegliere questo tipo di elettrodo per la saldatura.
La saldatura ad arco sommerso è un metodo di saldatura automatica comunemente utilizzato per l'acciaio disossidato con alluminio. Il filo di saldatura utilizzato nella saldatura ad arco sommerso è preferibilmente del tipo contenente 1,5~3,5% di nichel e 0,5~1,0% di molibdeno.
Secondo la letteratura, con filo di saldatura 2,5%Ni—0,8%Cr—0,5%Mo o 2%Ni, abbinato a un flusso appropriato, il valore medio di tenacità Charpy del metallo saldato a -55°C può raggiungere 56-70J (5,7 ~7,1Kgf.m). Anche quando si utilizzano filo di saldatura allo 0,5% di Mo e flusso base in lega di manganese, purché l'apporto di calore sia controllato al di sotto di 26 KJ/cm, è comunque possibile produrre metallo saldato con ν∑-55=55 J (5,6 Kgf.m).
Quando si seleziona il flusso, è necessario prestare attenzione alla corrispondenza di Si e Mn nel metallo di saldatura. Prova di prova. I diversi contenuti di Si e Mn nel metallo saldato modificheranno notevolmente il valore di tenacità Charpy. I contenuti di Si e Mn con il miglior valore di tenacità sono 0,1~0,2%Si e 0,7~1,1%Mn. Quando si seleziona il filo di saldatura e prestare attenzione a ciò durante la saldatura.
La saldatura ad arco di argon di tungsteno e la saldatura ad arco di argon di metallo sono meno utilizzate nell'acciaio disossidato con alluminio. I fili per saldatura sopra indicati per la saldatura ad arco sommerso possono essere utilizzati anche per la saldatura ad arco di argon.
(2) Acciaio 2,5 Ni e 3,5 Ni
La saldatura ad arco sommerso o saldatura MIG dell'acciaio 2,5Ni e dell'acciaio 3,5Ni può generalmente essere saldata con lo stesso filo di saldatura del materiale di base. Ma proprio come mostra la formula di Wilkinson (5), il Mn è un elemento inibitore della cracking a caldo per l'acciaio a bassa temperatura a basso contenuto di nichel. Mantenere il contenuto di manganese nel metallo saldato a circa l'1,2% è molto vantaggioso per prevenire cricche calde come quelle a cratere da arco. Questo dovrebbe essere tenuto in considerazione quando si sceglie la combinazione di filo di saldatura e flusso.
L'acciaio 3,5Ni tende a essere temperato e infragilito, quindi dopo il trattamento termico post-saldatura (ad esempio, 620°C×1 ora, quindi raffreddamento in forno) per eliminare lo stress residuo, ν∑-100 diminuirà drasticamente da 3,8 Kgf.m a 2.1Kgf.m non può più soddisfare i requisiti. Il metallo di apporto formato mediante saldatura con filo di saldatura della serie 4,5% Ni-0,2% Mo ha una tendenza molto minore all'infragilimento da rinvenimento. L'utilizzo di questo filo di saldatura può evitare le difficoltà di cui sopra.
(3) Acciaio 9Ni
L'acciaio 9Ni viene solitamente trattato termicamente mediante tempra e rinvenimento o due volte normalizzazione e rinvenimento per massimizzare la sua tenacità alle basse temperature. Ma il metallo saldato di questo acciaio non può essere trattato termicamente come sopra. Pertanto, è difficile ottenere un metallo di saldatura con tenacità a bassa temperatura paragonabile a quella del metallo di base se si utilizzano materiali di consumo per saldatura a base di ferro. Attualmente vengono utilizzati principalmente materiali di saldatura ad alto contenuto di nichel. Le saldature depositate da tali materiali di saldatura saranno completamente austenitiche. Sebbene presenti gli svantaggi di una resistenza inferiore rispetto al materiale di base in acciaio 9Ni e di prezzi molto elevati, la frattura fragile non è più un problema serio per questo.
Da quanto sopra si può sapere che, poiché il metallo d'apporto è completamente austenitico, la tenacità a bassa temperatura del metallo d'apporto utilizzato per la saldatura con elettrodi e fili è del tutto paragonabile a quella del metallo base, ma la resistenza alla trazione e il limite di snervamento sono inferiore al metallo base. L'acciaio contenente nichel è autotemprante, quindi la maggior parte degli elettrodi e dei fili prestano attenzione a limitare il contenuto di carbonio per ottenere una buona saldabilità.
Il Mo è un importante elemento di rinforzo nei materiali di saldatura, mentre Nb, Ta, Ti e W sono importanti elementi di tenacizzazione, a cui è stata prestata la massima attenzione nella selezione dei materiali di saldatura.
Quando lo stesso filo di saldatura viene utilizzato per la saldatura, la resistenza e la tenacità del metallo d'apporto della saldatura ad arco sommerso sono peggiori di quelle della saldatura MIG, il che può essere causato dal rallentamento della velocità di raffreddamento della saldatura e dalla possibile infiltrazione di impurità o Si dal flusso di.
3. Saldatura di tubi in acciaio a bassa temperatura A333-GR6
1) Analisi di saldabilità dell'acciaio A333-GR6
L'acciaio A333–GR6 appartiene all'acciaio a bassa temperatura, la temperatura minima di servizio è -70 ℃ e viene solitamente fornito allo stato normalizzato o normalizzato e temperato. L'acciaio A333-GR6 ha un basso contenuto di carbonio, quindi la tendenza all'indurimento e alla rottura a freddo sono relativamente piccole, il materiale ha una buona tenacità e plasticità, generalmente non è facile produrre difetti di indurimento e fessurazione e ha una buona saldabilità. È possibile utilizzare il filo per saldatura ad arco di argon ER80S-Ni1 Con l'elettrodo W707Ni, utilizzare la saldatura di giunti elettrici ad argon oppure utilizzare il filo per saldatura ad arco di argon ER80S-Ni1 e utilizzare la saldatura ad arco di argon completa per garantire una buona tenacità dei giunti saldati. Il marchio di filo ed elettrodo per saldatura ad arco di argon può anche scegliere prodotti con le stesse prestazioni, ma possono essere utilizzati solo con il consenso del proprietario.
2) Processo di saldatura
Per i metodi dettagliati del processo di saldatura, fare riferimento al manuale di istruzioni del processo di saldatura o al WPS. Durante la saldatura si adottano giunti di testa di tipo I e saldatura ad arco di argon completo per tubi con diametro inferiore a 76,2 mm; per tubi con diametro superiore a 76,2 mm, vengono realizzate scanalature a forma di V e viene utilizzato il metodo di saldatura combinata argon-elettrica con innesco dell'arco di argon e riempimento multistrato o il metodo di saldatura ad arco di argon completo. Il metodo specifico consiste nel selezionare il metodo di saldatura corrispondente in base alla differenza di diametro del tubo e spessore della parete del tubo nella WPS approvata dal proprietario.
3) Processo di trattamento termico
(1) Preriscaldamento prima della saldatura
Quando la temperatura ambiente è inferiore a 5 °C, la saldatura deve essere preriscaldata e la temperatura di preriscaldamento è 100-150 °C; il campo di preriscaldamento è di 100 mm su entrambi i lati della saldatura; si riscalda con fiamma ossiacetilenica (fiamma neutra) e si misura la temperatura La penna misura la temperatura ad una distanza di 50-100 mm dal centro della saldatura e i punti di misurazione della temperatura sono distribuiti uniformemente per controllare meglio la temperatura .
(2) Trattamento termico post-saldatura
Per migliorare la tenacità dell'acciaio a bassa temperatura, i materiali generalmente utilizzati sono stati bonificati. Un trattamento termico post-saldatura improprio spesso deteriora le sue prestazioni a bassa temperatura, a cui dovrebbe essere prestata sufficiente attenzione. Pertanto, ad eccezione delle condizioni di grande spessore della saldatura o di condizioni di vincolo molto severe, il trattamento termico post-saldatura solitamente non viene effettuato per l'acciaio a bassa temperatura. Ad esempio, la saldatura di nuove tubazioni GPL in CSPC non richiede un trattamento termico post-saldatura. Se in alcuni progetti è effettivamente richiesto il trattamento termico post-saldatura, la velocità di riscaldamento, il tempo a temperatura costante e la velocità di raffreddamento del trattamento termico post-saldatura devono essere rigorosamente conformi alle seguenti normative:
Quando la temperatura supera i 400 ℃, la velocità di riscaldamento non deve superare 205 × 25/δ ℃/h e non deve superare 330 ℃/h. Il tempo di temperatura costante deve essere di 1 ora per uno spessore di parete di 25 mm e non inferiore a 15 minuti. Durante il periodo a temperatura costante, la differenza di temperatura tra la temperatura massima e quella minima dovrebbe essere inferiore a 65 ℃.
A temperatura costante, la velocità di raffreddamento non deve essere superiore a 65 × 25/δ ℃/h e non deve essere superiore a 260 ℃/h. Il raffreddamento naturale è consentito al di sotto di 400 ℃. Apparecchiatura per il trattamento termico di tipo TS-1 controllata da computer.
4) Precauzioni
(1) Preriscaldare rigorosamente secondo le normative e controllare la temperatura dell'interstrato e la temperatura dell'interstrato è controllata a 100-200 ℃. Ciascun cordone di saldatura dovrà essere saldato contemporaneamente e, in caso di interruzione, dovranno essere adottate misure di raffreddamento lento.
(2) È severamente vietato graffiare la superficie della saldatura a causa dell'arco. Il cratere dell'arco deve essere riempito e i difetti devono essere levigati con una mola quando l'arco è chiuso. Le giunzioni tra gli strati di saldatura multistrato devono essere sfalsate.
(3) Controllare rigorosamente l'energia della linea, adottare una corrente ridotta, una bassa tensione e una saldatura veloce. La lunghezza di saldatura di ciascun elettrodo W707Ni con diametro di 3,2 mm deve essere maggiore di 8 cm.
(4) È necessario adottare la modalità operativa ad arco corto e senza oscillazione.
(5) È necessario adottare il processo di penetrazione completa e deve essere eseguito in stretta conformità con i requisiti delle specifiche del processo di saldatura e della scheda del processo di saldatura.
(6) Il rinforzo della saldatura è 0 ~ 2 mm e la larghezza di ciascun lato della saldatura è ≤ 2 mm.
(7) I test non distruttivi possono essere eseguiti almeno 24 ore dopo la qualificazione dell'ispezione visiva della saldatura. Le saldature di testa delle tubazioni saranno soggette alla norma JB 4730-94.
(8) Norma "Recipienti a pressione: prove non distruttive dei recipienti a pressione", qualificata di Classe II.
(9) La riparazione della saldatura deve essere eseguita prima del trattamento termico post-saldatura. Se è necessaria una riparazione dopo il trattamento termico, la saldatura deve essere riscaldata nuovamente dopo la riparazione.
(10) Se la dimensione geometrica della superficie di saldatura supera lo standard, è consentita la molatura e lo spessore dopo la molatura non deve essere inferiore ai requisiti di progettazione.
(11) Per difetti generali di saldatura sono consentite al massimo due riparazioni. Se le due riparazioni non sono ancora qualificate, la saldatura deve essere tagliata e risaldata secondo il processo di saldatura completo.
Orario di pubblicazione: 21 giugno 2023
