Падрабязныя метады зваркі нізкатэмпературнай сталі

1. Агляд крыягеннай сталі

1) Тэхнічнымі патрабаваннямі да нізкатэмпературнай сталі, як правіла, з'яўляюцца: дастатковая трываласць і дастатковая трываласць ва ўмовах нізкай тэмпературы, добрая прадукцыйнасць зваркі, прадукцыйнасць апрацоўкі і ўстойлівасць да карозіі і г.д. Сярод іх нізкатэмпературная трываласць, гэта значыць здольнасць для прадухілення ўзнікнення і пашырэння далікатнага разбурэння пры нізкай тэмпературы з'яўляецца найбольш важным фактарам. Таму краіны звычайна агаворваюць пэўнае значэнне ўдарнай глейкасці пры самай нізкай тэмпературы.

2) Сярод кампанентаў нізкатэмпературнай сталі звычайна лічыцца, што такія элементы, як вуглярод, крэмній, фосфар, сера і азот, пагаршаюць нізкатэмпературную трываласць, а фосфар з'яўляецца найбольш шкодным, таму ранняя нізкатэмпературная дэфасфарызацыя павінна быць выконваецца пры плаўленні. Такія элементы, як марганец і нікель, могуць палепшыць трываласць пры нізкіх тэмпературах. На кожны 1% павелічэння ўтрымання нікеля тэмпература крытычнага пераходу далікатнасці можа быць зніжана прыкладна на 20°C.

3) Працэс тэрмічнай апрацоўкі аказвае вырашальны ўплыў на металаграфічную структуру і памер зерня нізкатэмпературнай сталі, што таксама ўплывае на нізкатэмпературную трываласць сталі. Пасля апрацоўкі загарткай і адпускам трываласць пры нізкіх тэмпературах відавочна паляпшаецца.

4) У адпаведнасці з рознымі метадамі гарачай фармоўкі нізкатэмпературную сталь можна падзяліць на літую сталь і сталёвы пракат. У адпаведнасці з розніцай у складзе і металаграфічнай структуры, нізкатэмпературную сталь можна падзяліць на: нізкалегаваную сталь, 6% нікелевую сталь, 9% нікелевую сталь, хромамарганцевую або хроммарганцево-нікелевую аўстэнітную сталь і хроманікелевую аўстенітную нержавеючую сталь чакаць. Нізкалегаваная сталь звычайна выкарыстоўваецца ў дыяпазоне тэмператур каля -100°C для вытворчасці халадзільнага абсталявання, транспартнага абсталявання, складскіх памяшканняў для вінілу і нафтахімічнага абсталявання. У Злучаных Штатах, Вялікабрытаніі, Японіі і іншых краінах нікелевая сталь з утрыманнем 9% шырока выкарыстоўваецца ў нізкатэмпературных структурах пры 196°C, такіх як рэзервуары для захоўвання і транспарціроўкі звадкаванага біягазу і метану, абсталяванне для захоўвання вадкага кіслароду , а таксама вытворчасць вадкага кіслароду і вадкага азоту. Аўстэнітная нержавеючая сталь - вельмі добры нізкатэмпературны канструкцыйны матэрыял. Ён мае добрую нізкатэмпературную трываласць, выдатныя зварныя характарыстыкі і нізкую цеплаправоднасць. Ён шырока выкарыстоўваецца ў нізкатэмпературных галінах, такіх як транспартныя танкеры і рэзервуары для захоўвання вадкага вадароду і вадкага кіслароду. Аднак з-за большага ўтрымання хрому і нікеля ён каштуе даражэй.

2. Агляд канструкцый з нізкатэмпературнай зваркай сталі

Пры выбары спосабу зваркі канструкцыі і ўмоў канструкцыі нізкатэмпературнай сталі ў цэнтры ўвагі праблемы знаходзяцца наступныя два аспекты: прадухіленне пагаршэння нізкатэмпературнай вязкасці зварнога злучэння і прадухіленне ўзнікнення зварачных расколін.

1) Апрацоўка фаскі

Форма канаўкі зварных злучэнняў з нізкатэмпературнай сталі ў прынцыпе не адрозніваецца ад звычайнай вугляродзістай сталі, нізкалегаванай сталі або нержавеючай сталі, і з імі можна апрацоўваць як звычайна. Але для 9Ni Gang кут адкрыцця пазы пажадана не менш за 70 градусаў, а тупы край пераважна не менш за 3 мм.

Усе нізкатэмпературныя сталі можна рэзаць кіслародна-ацэтыленавай гарэлкай. Проста хуткасць рэзкі пры газавай рэзцы сталі 9Ni крыху меншая, чым пры газавай рэзцы звычайнай вугляродзістай канструкцыйнай сталі. Калі таўшчыня сталі перавышае 100 мм, перад газавай рэзкай рэжучую абзу можна папярэдне нагрэць да 150-200 °C, але не больш за 200 °C.

Газавая рэзка не аказвае негатыўнага ўздзеяння на ўчасткі, закранутыя зварачным цяплом. Аднак з-за ўласцівасцей самозакаливания сталі, якая змяшчае нікель, паверхня разрэзу зацвярдзее. Каб забяспечыць здавальняючыя характарыстыкі зварнога злучэння, перад зваркай лепш за ўсё выкарыстоўваць шліфавальны круг для чыстай шліфоўкі паверхні разрэзу.

Дугавая строжка можа быць выкарыстана, калі зварной шво або асноўны метал неабходна выдаліць падчас зваркі. Аднак перад паўторным нанясеннем паверхню выемкі ўсё роўна трэба адшліфаваць.

Нельга выкарыстоўваць оксиацетиленовую стражку полымем з-за небяспекі перагрэву сталі.

2) Выбар спосабу зваркі

Тыповыя метады зваркі, даступныя для нізкатэмпературнай сталі, ўключаюць дугавую зварку, зварку пад флюсам і аргонадугавую зварку расплаўленым электродам.

Дугавая зварка з'яўляецца найбольш часта выкарыстоўваным метадам зваркі нізкатэмпературнай сталі, і яе можна зварваць у розных месцах зваркі. Зварачная цеплавая магутнасць складае каля 18-30 кДж/см. Пры выкарыстанні электрода з нізкім утрыманнем вадароду можна атрымаць цалкам здавальняючае зварное злучэнне. Не толькі механічныя ўласцівасці добрыя, але і трываласць надрэзу таксама даволі добрая. Акрамя таго, апарат для дуговой зваркі просты і танны, а інвестыцыі ў абсталяванне невялікія, і на яго не ўплывае становішча і кірунак. перавагі, такія як абмежаванні.

Цеплаўкладанне пры зварцы пад флюсам нізкатэмпературнай сталі складае каля 10-22 кДж/см. З-за простага абсталявання, высокай эфектыўнасці зваркі і зручнасці эксплуатацыі ён шырока выкарыстоўваецца. Аднак з-за цеплаізаляцыйнага эфекту флюсу хуткасць астуджэння будзе запавольвацца, таму існуе большая тэндэнцыя да адукацыі гарачых расколін. Акрамя таго, прымешкі і Si часта могуць трапляць у метал зварнога шва з флюсу, што яшчэ больш спрыяе гэтай тэндэнцыі. Такім чынам, пры выкарыстанні зваркі пад флюсам звярніце ўвагу на выбар зварачнай дроту і флюсу і дзейнічайце асцярожна.

Злучэнні, звараныя зваркай у абароненым газе CO2, валодаюць нізкай трываласцю, таму іх не выкарыстоўваюць пры нізкатэмпературнай зварцы сталі.

Вальфрам-аргонадугавая зварка (зварка TIG) звычайна выконваецца ўручную, і яе цеплаўкладанне пры зварцы абмежавана 9-15 кДж/см. Такім чынам, хоць зварныя злучэнні валодаюць цалкам здавальняючымі ўласцівасцямі, яны зусім непрыдатныя, калі таўшчыня сталі перавышае 12 мм.

Зварка MIG з'яўляецца найбольш шырока выкарыстоўваным аўтаматычным або паўаўтаматычным метадам зваркі пры нізкай тэмпературы зваркі сталі. Яго цеплавая здольнасць пры зварцы складае 23-40 кДж/см. У залежнасці ад кропельнага спосабу перадачы, яго можна падзяліць на тры тыпу: працэс перадачы кароткага замыкання (меншае цеплаўжыванне), струйны працэс (большае цеплаўжыванне) і імпульсны бруйны працэс (найбольшае цеплаўжыванне). Пры зварцы MIG пры пераходзе кароткага замыкання ўзнікае праблема недастатковага правару, і можа ўзнікнуць дэфект дрэннага плаўлення. Падобныя праблемы існуюць і з іншымі патокамі MIG, але ў рознай ступені. Каб зрабіць дугу больш канцэнтраванай для дасягнення здавальняючага пранікнення, ад некалькіх працэнтаў да дзесяткаў працэнтаў CO2 або O2 можна пранікнуць у чысты аргон у якасці ахоўнага газу. Адпаведныя працэнты павінны быць вызначаны шляхам выпрабаванняў канкрэтнай сталі, якая зварваецца.

3) Выбар зварачных матэрыялаў

Зварачныя матэрыялы (у тым ліку зварачны пруток, зварачны дрот і флюс і г.д.) звычайна павінны быць заснаваны на выкарыстоўваным метады зваркі. Форма злучэння і форма канаўкі і іншыя неабходныя характарыстыкі на выбар. Што тычыцца нізкатэмпературнай сталі, самае важнае, на што трэба звярнуць увагу, - гэта зрабіць так, каб метал зварнога шва меў устойлівасць пры нізкіх тэмпературах, каб яна адпавядала асноўнаму металу, і мінімізавала ўтрыманне ў ім дыфузійнага вадароду.

Зварка Xinfa мае выдатную якасць і трывалую трываласць, падрабязную інфармацыю глядзіце:https://www.xinfatools.com/welding-cutting/

(1) Алюмініевая раскісленая сталь

Алюмініевая раскісленая сталь - гэта марка сталі, вельмі адчувальная да ўплыву хуткасці астуджэння пасля зваркі. Большасць электродаў, якія выкарыстоўваюцца пры ручной дугавой зварцы раскісленай алюмініевай сталі, - гэта электроды з нізкім утрыманнем вадароду Si-Mn або электроды з утрыманнем нікелю 1,5% і 2,0% Ni.

Для зніжэння цеплавой нагрузкі на зварку алюмініевая раскісленая сталь звычайна выкарыстоўвае толькі шматслаёвую зварку з тонкімі электродамі ≤¢3~3,2 мм, так што другасны цыкл нагрэву верхняга пласта зварнога шва можна выкарыстоўваць для ачысткі збожжа.

Ударная глейкасць металу зварнога шва, зваранага электродам серыі Si-Mn, рэзка знізіцца пры 50 ℃ з павелічэннем падводу цяпла. Напрыклад, калі падвод цяпла павялічваецца з 18 кДж/см да 30 кДж/см, трываласць страціць больш чым на 60%. Зварачныя электроды серыі 1,5%Ni і 2,5%Ni не занадта адчувальныя да гэтага, таму для зваркі лепш выбіраць менавіта гэты электрод.

Дугавая зварка пад флюсам - гэта часта выкарыстоўваны аўтаматычны метад зваркі раскісленай алюмініевай сталі. Зварачны дрот, які выкарыстоўваецца пры зварцы пад флюсам, пераважна змяшчае 1,5~3,5% нікеля і 0,5~1,0% малібдэна.

Згодна з літаратурай, са зварачнай дротам 2,5%Ni—0,8%Cr—0,5%Mo або 2%Ni з адпаведным флюсам сярэдняе значэнне трываласці па Шарпі металу шва пры -55°C можа дасягаць 56-70Дж (5,7 ~7,1 кгс.м). Нават пры выкарыстанні зварачнай дроту з 0,5 % Mo і асноўнага флюсу з марганцавага сплаву, пакуль падвод цяпла кантралюецца ніжэй за 26 КДж/см, наплавлены метал з ν∑-55=55 Дж (5,6 кгс·м) усё роўна можа быць атрыманы.

Пры выбары флюсу варта звярнуць увагу на адпаведнасць Si і Mn у метале шва. Тэставы доказ. Рознае ўтрыманне Si і Mn у зварным метале значна зменіць значэнне трываласці па Шарпі. Змест Si і Mn з лепшым значэннем трываласці складае 0,1~0,2%Si і 0,7~1,1%Mn. Пры выбары зварачнай дроту і майце на ўвазе гэта пры пайцы.

Аргонадугавая зварка вальфрамам і аргонадугавая зварка металу менш выкарыстоўваюцца ў алюмініевай раскісленай сталі. Вышэйзгаданыя зварачныя дроту для зваркі пад флюсам можна таксама выкарыстоўваць для аргонодуговой зваркі.

(2) Сталь 2,5Ni і 3,5Ni

Дугавая зварка пад флюсам або MIG сталі 2,5Ni і сталі 3,5Ni звычайна могуць быць звараны той жа зварачнай дротам, што і асноўны матэрыял. Але гэтак жа, як паказвае формула Уілкінсана (5), Mn з'яўляецца інгібітарам гарачага расколіны для нізкатэмпературнай сталі з нізкім утрыманнем нікеля. Падтрыманне ўтрымання марганца ў метале шва на ўзроўні каля 1,2% вельмі карысна для прадухілення гарачых расколін, такіх як расколіны дугавога кратэра. Гэта трэба ўлічваць пры выбары спалучэння зварачнай дроту і флюсу.

Сталь 3,5Ni мае тэндэнцыю да загартоўкі і далікатнасці, таму пасля тэрмічнай апрацоўкі пасля зваркі (напрыклад, 620°C×1 гадзіна, затым астуджэнне ў печы) для ліквідацыі рэшткавага напружання ν∑-100 рэзка знізіцца з 3,8 кгс.м да 2,1 кгс.м больш не адпавядае патрабаванням. Метал шва, утвораны зваркай 4,5%Ni-0,2%Mo зварачнай дротам серыі, мае значна меншую тэндэнцыю да адпушчанай далікатнасці. З дапамогай гэтай зварачнай дроту можна пазбегнуць вышэйпералічаных цяжкасцяў.

(3) сталь 9Ni

Сталь 9Ni звычайна падвяргаецца тэрмічнай апрацоўцы шляхам загартоўкі і адпуску або двойчы нармалізацыі і адпуску, каб максымізаваць яе трываласць пры нізкіх тэмпературах. Але метал шва гэтай сталі не паддаецца тэрмічнай апрацоўцы, як паказана вышэй. Такім чынам, цяжка атрымаць метал зварнога шва з трываласцю пры нізкіх тэмпературах, параўнальнай з трываласцю асноўнага металу, калі выкарыстоўваюцца зварачныя матэрыялы на аснове жалеза. У цяперашні час у асноўным выкарыстоўваюцца зварачныя матэрыялы з высокім утрыманнем никеля. Зварныя швы, наплавленыя такімі зварачнымі матэрыяламі, будуць цалкам аўстэнітнымі. Нягледзячы на ​​​​тое, што ён мае меншую трываласць, чым базавы матэрыял са сталі 9Ni, і вельмі дарагія цэны, далікатнае разбурэнне больш не з'яўляецца для яго сур'ёзнай праблемай.

Са сказанага вышэй можна даведацца, што, паколькі метал шва з'яўляецца цалкам аўстэнітным, нізкатэмпературная трываласць металу шва, які выкарыстоўваецца для зваркі электродамі і дротам, цалкам параўнальная з трываласцю асноўнага металу, але трываласць на разрыў і мяжа цякучасці ніжэй, чым асноўны метал. Сталь, якая змяшчае нікель, самазагартоўваецца, таму большасць электродаў і правадоў звяртаюць увагу на абмежаванне ўтрымання вугляроду, каб дасягнуць добрай зварваемасці.

 Mo з'яўляецца важным умацоўваючым элементам зварачных матэрыялаў, у той час як Nb, Ta, Ti і W з'яўляюцца важнымі ўмацоўваючымі элементамі, якім надаецца поўная ўвага пры выбары зварачных матэрыялаў.

 Калі для зваркі выкарыстоўваецца тая ж зварачная дрот, трываласць і трываласць металу шва пры зварцы пад флюсам горшыя, чым пры зварцы MIG, што можа быць выклікана запаволеннем хуткасці астуджэння шва і магчымым пранікненнем прымешак або Si ад патоку.

3. Зварка сталёвых труб з нізкай тэмпературай A333-GR6

1) Аналіз зварваемасці сталі A333-GR6

Сталь A333–GR6 належыць да нізкатэмпературнай сталі, мінімальная рабочая тэмпература складае -70 ℃, і яна звычайна пастаўляецца ў нармалізаваным або нармалізаваным і загартаваным стане. Сталь A333-GR6 мае нізкае ўтрыманне вугляроду, таму тэндэнцыя да зацвярдзення і тэндэнцыя да халодных расколін адносна невялікая, матэрыял мае добрую трываласць і пластычнасць, у цэлым няпроста стварыць дэфекты загартоўкі і расколін, і ён мае добрую зварвальнасць. Аргонадугавой зварачны дрот ER80S-Ni1 можна выкарыстоўваць з электродам W707Ni, выкарыстоўвайце аргонна-электрычную зварку злучэнняў або выкарыстоўвайце аргонадугавую зварку ER80S-Ni1 і выкарыстоўвайце дугавую аргоназварку для забеспячэння добрай трываласці зварных злучэнняў. Марка аргонодуговой зварачнай дроту і электрода таксама можа выбраць вырабы з такімі ж характарыстыкамі, але выкарыстоўваць іх можна толькі са згоды ўладальніка.

2) Працэс зваркі

Падрабязныя метады працэсу зваркі можна знайсці ў інструкцыі па працэсе зваркі або WPS. Пры зварцы труб дыяметрам менш за 76,2 мм прымяняюцца двутавровое стыкавое злучэнне і аргонадуговая зварка; для труб дыяметрам больш за 76,2 мм выконваюць V-вобразныя пазы і ўжываюць метад аргонодуговой зваркі з аргонодуговой запраўкай і шматслаёвай заліваннем або метад аргонодуговой зваркі. Канкрэтны метад заключаецца ў выбары адпаведнага метаду зваркі ў адпаведнасці з розніцай у дыяметры трубы і таўшчыні сценкі трубы ў WPS, зацверджаным уладальнікам.

3) Працэс тэрмічнай апрацоўкі

(1) Папярэдні нагрэў перад зваркай

Калі тэмпература навакольнага асяроддзя ніжэй за 5 °C, зварку неабходна папярэдне нагрэць, а тэмпература папярэдняга нагрэву складае 100-150 °C; дыяпазон папярэдняга нагрэву складае 100 мм з абодвух бакоў шва; яго награваюць кіслародна-ацэтыленавым полымем (нейтральнае полымя) і вымяраюць тэмпературу. Пяро вымярае тэмпературу на адлегласці 50-100 мм ад цэнтра зварнога шва, а кропкі вымярэння тэмпературы раўнамерна размяркоўваюцца для лепшага кантролю тэмпературы. .

(2) Тэрмічная апрацоўка пасля зваркі

Для таго каб палепшыць трываласць нізкатэмпературнай сталі, матэрыялы, якія звычайна выкарыстоўваюцца, былі загартаваны і адпушчаны. Няправільная тэрмічная апрацоўка пасля зваркі часта пагаршае яго нізкатэмпературныя характарыстыкі, на што варта звярнуць дастатковую ўвагу. Такім чынам, за выключэннем умоў вялікай таўшчыні зварнога шва або вельмі сур'ёзных умоў абмежавання, тэрмаапрацоўка пасля зваркі звычайна не праводзіцца для нізкатэмпературнай сталі. Напрыклад, зварка новых трубаправодаў для звадкаванага газу ў CSPC не патрабуе тэрмічнай апрацоўкі пасля зваркі. Калі ў некаторых праектах сапраўды патрабуецца тэрмічная апрацоўка пасля зваркі, хуткасць нагрэву, час пастаяннай тэмпературы і хуткасць астуджэння тэрмічнай апрацоўкі пасля зваркі павінны строга адпавядаць наступным нормам:

Калі тэмпература падымаецца вышэй за 400 ℃, хуткасць нагрэву не павінна перавышаць 205 × 25/δ ℃/г і не павінна перавышаць 330 ℃/г.  Час пастаяннай тэмпературы павінен складаць 1 гадзіну на 25 мм таўшчыні сценкі і не менш за 15 хвілін. У перыяд пастаяннай тэмпературы розніца тэмператур паміж самай высокай і самай нізкай тэмпературамі павінна быць ніжэй за 65 ℃.

Пасля пастаяннай тэмпературы хуткасць астуджэння не павінна перавышаць 65 × 25/δ ℃/г і не перавышаць 260 ℃/г. Дапускаецца натуральнае астуджэнне ніжэй за 400 ℃. Абсталяванне для тэрмічнай апрацоўкі тыпу ТС-1 з кампутарным кіраваннем.

4) Меры засцярогі

(1) Строга награвайце ў адпаведнасці з правіламі і кантралюйце тэмпературу прамежкавага пласта, а тэмпература прамежкавага пласта кантралюецца на ўзроўні 100-200 ℃. Кожны зварачны шво павінен быць звараны за адзін раз, і калі ён перапынены, павінны быць прыняты меры павольнага астуджэння.

(2) Паверхню зварнога шва строга забараняецца драпаць дугой. Пры замыканні дугі кратэр неабходна засыпаць, а дэфекты зашлифовать шліфавальным кругам. Стыкі паміж пластамі шматслаёвай зваркі павінны размяшчацца ў шахматным парадку.

(3) Строга кантралюйце энергію лініі, прымайце малы ток, нізкае напружанне і хуткую зварку. Даўжыня зваркі кожнага электрода W707Ni дыяметрам 3,2 мм павінна быць больш за 8 см.

(4) Павінен быць прыняты рэжым працы па кароткай дузе і без ваганняў.

(5) Павінен быць прыняты поўны працэс праваркі, і ён павінен праводзіцца ў строгай адпаведнасці з патрабаваннямі спецыфікацыі працэсу зваркі і карты працэсу зваркі.

(6) Узмацненне зварнога шва складае 0 ~ 2 мм, а шырыня кожнага боку зварнога шва ≤ 2 мм.

(7) Неразбуральны кантроль можна праводзіць як мінімум праз 24 гадзіны пасля кваліфікацыі візуальнага кантролю зварнога шва. Стыкавыя зварныя швы трубаправодаў падпарадкоўваюцца JB 4730-94.

(8) Стандарт «Судзіны пад ціскам: неразбуральны кантроль сасудаў пад ціскам», кваліфікацыя II класа.

(9) Рамонт зварных швоў павінен праводзіцца перад тэрмічнай апрацоўкай пасля зваркі. Калі неабходны рамонт пасля тэрмічнай апрацоўкі, пасля рамонту зварны шво неабходна паўторна нагрэць.

(10) Калі геаметрычныя памеры паверхні зварнога шва перавышаюць стандартныя, шліфоўка дапускаецца, а таўшчыня пасля шліфоўкі не павінна быць меншай за праектныя патрабаванні.

(11) Для агульных дэфектаў зваркі дапускаецца максімум два рамонту. Калі два рамонты па-ранейшаму некваліфікаваныя, зварны шво трэба адрэзаць і зноў зварыць у адпаведнасці з поўным працэсам зваркі.