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 per prevenire il verificarsi e l'espansione della frattura fragile 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 sia il più dannoso, quindi la defosforazione precoce a bassa temperatura dovrebbe essere eseguita durante la fusione.Elementi come manganese e nichel possono migliorare la resistenza alle basse temperature.Per ogni aumento dell'1% del contenuto di nichel, la fragile temperatura di transizione critica può essere ridotta di circa 20°C.
3) Il processo di trattamento termico ha un'influenza decisiva sulla struttura metallografica e sulla granulometria dell'acciaio a bassa temperatura, che influisce anche sulla tenacità dell'acciaio a bassa temperatura.Dopo il trattamento di tempra e rinvenimento, la tenacità a bassa temperatura 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.A seconda della differenza di composizione e struttura metallografica, l'acciaio a bassa temperatura può essere suddiviso in: acciaio bassolegato, acciaio al 6% di nichel, acciaio al 9% di nichel, acciaio austenitico al cromo-manganese o al cromo-manganese-nichel e acciaio inossidabile austenitico al cromo-nichel Aspettare.L'acciaio bassolegato viene generalmente utilizzato in un intervallo di temperatura di circa -100°C per la produzione di apparecchiature di refrigerazione, attrezzature per il trasporto, magazzini di vinili 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 a 196°C, come serbatoi di stoccaggio per lo stoccaggio e il trasporto di biogas liquefatto e metano, attrezzature 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 a bassa temperatura, eccellenti prestazioni di saldatura e bassa conduttività termica.È ampiamente utilizzato in campi a bassa temperatura, come cisterne di 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 saldatura 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 è sui seguenti due aspetti: prevenire il deterioramento della tenacità a bassa temperatura del giunto saldato e prevenire il verificarsi di cricche di saldatura.
1) Lavorazione bisello
La forma della scanalatura dei giunti saldati in acciaio a bassa temperatura non è diversa in linea di principio da quella dell'acciaio al carbonio ordinario, dell'acciaio a bassa lega o dell'acciaio inossidabile e può essere trattata come di consueto.Ma per 9Ni Gang, l'angolo di apertura della scanalatura è preferibilmente non inferiore a 70 gradi e il bordo smussato è preferibilmente non inferiore a 3 mm.
Tutti gli acciai a bassa temperatura possono essere tagliati con 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 il normale acciaio strutturale al carbonio.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 a gas non ha effetti negativi sulle zone interessate dal calore della saldatura.Tuttavia, a causa delle proprietà autoindurenti dell'acciaio contenente nichel, la superficie di taglio si indurirà.Al fine di garantire prestazioni soddisfacenti del giunto saldato, è meglio utilizzare una mola per levigare la superficie della superficie di taglio pulita 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 ancora levigata prima di riapplicare.
La scriccatura a 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 18-30KJ/cm.Se si utilizza un elettrodo del tipo a basso contenuto di idrogeno, è possibile 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 in attrezzature è ridotto e non è influenzato dalla posizione e dalla direzione.vantaggi come limiti.
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 sarà rallentata, quindi c'è una maggiore tendenza a generare cricche a caldo.Inoltre, le impurità e il silicio possono spesso entrare 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 di saldatura e del flusso e operare con attenzione.
I giunti saldati con saldatura protetta da gas CO2 hanno una bassa tenacità, quindi non vengono utilizzati nella saldatura dell'acciaio a bassa temperatura.
La saldatura ad arco di tungsteno e argon (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 d'impulso (massimo apporto di calore).La saldatura MIG con transizione in cortocircuito presenta il problema di una penetrazione insufficiente e può verificarsi il difetto di una fusione scadente.Problemi simili esistono con altri flussi MIG, ma in misura diversa.Per rendere l'arco più concentrato per ottenere una penetrazione soddisfacente, è possibile infiltrare nell'argon puro come gas di protezione da diverse percentuali a decine di percento di CO2 o O2.Le percentuali appropriate devono essere determinate mediante prove per il particolare acciaio da saldare.
3) Selezione dei materiali di saldatura
I materiali di saldatura (inclusi bacchetta di saldatura, filo di saldatura e flusso, ecc.) dovrebbero generalmente essere basati sul metodo di saldatura utilizzato.Forma del giunto 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 adattarsi al metallo di base e ridurre al minimo il contenuto di idrogeno diffusibile in esso.
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(1) Acciaio disossidato 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 dell'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 di alluminio generalmente adotta solo la saldatura 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 resilienza del metallo di saldatura saldato con l'elettrodo della serie Si-Mn diminuirà drasticamente a 50 ℃ con l'aumento dell'apporto di calore.Ad esempio, quando l'apporto termico aumenta da 18KJ/cm a 30KJ/cm, la tenacità perderà più del 60%.Gli elettrodi per saldatura serie 1,5% Ni e 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 in 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, accoppiato con 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 per saldatura allo 0,5% Mo e flusso basico in lega di manganese, purché l'apporto termico sia controllato al di sotto di 26 KJ/cm, è ancora 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 cambieranno 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 tenerne conto durante la saldatura.
La saldatura ad arco di argon al tungsteno e la saldatura ad arco di argon in metallo sono meno utilizzate nell'acciaio disossidato di alluminio.I suddetti fili di saldatura per la saldatura ad arco sommerso possono essere utilizzati anche per la saldatura ad arco di argon.
(2) Acciaio 2.5Ni e 3.5Ni
La saldatura ad arco sommerso o saldatura MIG di acciaio 2.5Ni e 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), Mn è un elemento inibitore della criccatura 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 cricche a cratere d'arco.Questo dovrebbe essere preso in considerazione quando si sceglie la combinazione di filo di saldatura e flusso.
L'acciaio 3.5Ni tende a essere temprato 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 scenderà bruscamente da 3.8 Kgf.m a 2.1Kgf.m non può più soddisfare i requisiti.Il metallo saldato formato mediante saldatura con filo per saldatura 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 suddette difficoltà.
(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 a bassa temperatura.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 abbia gli svantaggi di una resistenza inferiore rispetto al materiale di base in acciaio 9Ni e prezzi molto costosi, la frattura fragile non è più un problema serio per questo.
Da quanto sopra, si può sapere che poiché il metallo di apporto è completamente austenitico, la tenacità a bassa temperatura del metallo di apporto utilizzato per la saldatura con elettrodi e fili è del tutto paragonabile a quella del metallo di base, ma la resistenza alla trazione e il limite di snervamento sono inferiore al metallo di base.L'acciaio contenente nichel è autoindurente, quindi la maggior parte degli elettrodi e dei fili presta attenzione a limitare il contenuto di carbonio per ottenere una buona saldabilità.
Mo è un importante elemento di rinforzo nei materiali di saldatura, mentre Nb, Ta, Ti e W sono importanti elementi di tenacità, 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 di saldatura della saldatura ad arco sommerso sono peggiori di quelle della saldatura MIG, che possono essere causate 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 di -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 fessurazione 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 del giunto argon-elettrico o 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, consultare il manuale di istruzioni del processo di saldatura o WPS.Durante la saldatura, per i tubi con diametro inferiore a 76,2 mm, vengono adottati il giunto di testa tipo I e la saldatura ad arco pieno di argon;per tubi con un 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 ad 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 di 100-150 °C;l'intervallo di preriscaldamento è di 100 mm su entrambi i lati della saldatura;viene riscaldato con una fiamma ossiacetilenica (fiamma neutra) e viene misurata la temperatura La penna misura la temperatura a 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 all'intaglio dell'acciaio a bassa temperatura, i materiali generalmente utilizzati sono stati temprati e rinvenuti.Un trattamento termico post-saldatura improprio spesso ne deteriora le prestazioni a bassa temperatura, a cui occorre prestare sufficiente attenzione.Pertanto, ad eccezione delle condizioni di grandi spessori di saldatura o condizioni di vincolo molto severe, il trattamento termico post-saldatura non viene solitamente eseguito per l'acciaio a bassa temperatura.Ad esempio, la saldatura di nuove tubazioni GPL in CSPC non richiede trattamenti termici post-saldatura.Se in alcuni progetti è effettivamente richiesto il trattamento termico post-saldatura, la velocità di riscaldamento, il tempo di temperatura costante e la velocità di raffreddamento del trattamento termico post-saldatura devono essere strettamente 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 25 mm di spessore della parete e non inferiore a 15 minuti.Durante il periodo di temperatura costante, la differenza di temperatura tra la temperatura più alta e quella più bassa dovrebbe essere inferiore a 65 ℃.
Dopo una 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 di trattamento termico di tipo TS-1 controllata da computer.
4) Precauzioni
(1) Preriscaldare rigorosamente secondo le normative e controllare la temperatura dello strato intermedio e la temperatura dello strato intermedio è controllata a 100-200 ℃.Ciascun cordone di saldatura deve essere saldato in una sola volta e, se viene interrotto, devono essere prese misure di raffreddamento lento.
(2) È severamente vietato graffiare la superficie della saldatura con l'arco.Il cratere dell'arco dovrebbe essere riempito e i difetti dovrebbero essere molati con una mola quando l'arco è chiuso.I giunti tra strati di saldatura multistrato devono essere sfalsati.
(3) Controllare rigorosamente l'energia della linea, adottare una piccola corrente, bassa tensione e saldatura veloce.La lunghezza di saldatura di ogni elettrodo W707Ni con diametro 3,2 mm deve essere maggiore di 8 cm.
(4) Deve essere adottata la modalità operativa di arco corto e nessuna oscillazione.
(5) Deve essere adottato 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 che l'ispezione visiva della saldatura è qualificata.Le saldature di testa della tubazione devono essere soggette a JB 4730-94.
(8) Standard “Pressure Vessels: Non-destructive Testing of Pressure Vessels”, qualificato Classe II.
(9) La riparazione della saldatura deve essere eseguita prima del trattamento termico post-saldatura.Se la riparazione è necessaria 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 al requisito di progetto.
(11) Per difetti generali di saldatura sono ammesse al massimo due riparazioni.Se le due riparazioni sono ancora non qualificate, la saldatura deve essere tagliata e risaldata secondo il processo di saldatura completo.
Tempo di pubblicazione: 21 giugno 2023
