1. Pregled kriogenega jekla
1) Tehnične zahteve za nizkotemperaturno jeklo so na splošno: zadostna trdnost in zadostna žilavost v nizkotemperaturnem okolju, dobra varilna zmogljivost, zmogljivost obdelave in odpornost proti koroziji itd. Med njimi je nizkotemperaturna žilavost, to je sposobnost preprečevanje pojava in širjenja krhkega loma pri nizki temperaturi je najpomembnejši dejavnik.Zato države običajno določajo določeno vrednost udarne žilavosti pri najnižji temperaturi.
2) Med komponentami nizkotemperaturnega jekla se na splošno verjame, da elementi, kot so ogljik, silicij, fosfor, žveplo in dušik, poslabšajo nizkotemperaturno žilavost, fosfor pa je najbolj škodljiv, zato je treba zgodnjo nizkotemperaturno defosforizacijo izvajajo med taljenjem.Elementi, kot sta mangan in nikelj, lahko izboljšajo žilavost pri nizkih temperaturah.Za vsak 1 % povečanje vsebnosti niklja se lahko kritična temperatura krhkega prehoda zniža za približno 20 °C.
3) Postopek toplotne obdelave odločilno vpliva na metalografsko strukturo in velikost zrn nizkotemperaturnega jekla, kar vpliva tudi na nizkotemperaturno žilavost jekla.Po obdelavi kaljenja in popuščanja se nizkotemperaturna žilavost očitno izboljša.
4) Glede na različne metode vročega oblikovanja lahko nizkotemperaturno jeklo razdelimo na lito jeklo in valjano jeklo.Glede na razliko v sestavi in metalografski strukturi lahko nizkotemperaturno jeklo razdelimo na: nizko legirano jeklo, 6% nikljevo jeklo, 9% nikljevo jeklo, krom-manganovo ali krom-manganovo-nikelj avstenitno jeklo in krom-nikelj avstenitno nerjavno jeklo čakati.Nizkolegirano jeklo se običajno uporablja v temperaturnem območju okoli -100 °C za proizvodnjo hladilne opreme, transportne opreme, prostorov za shranjevanje vinila in petrokemične opreme.V Združenih državah, Združenem kraljestvu, na Japonskem in v drugih državah se jeklo z 9% niklja pogosto uporablja v nizkotemperaturnih strukturah pri 196 °C, kot so skladiščni rezervoarji za shranjevanje in transport utekočinjenega bioplina in metana, oprema za shranjevanje tekočega kisika in proizvodnjo tekočega kisika in tekočega dušika.Avstenitno nerjavno jeklo je zelo dober nizkotemperaturni konstrukcijski material.Ima dobro nizkotemperaturno žilavost, odlično varilno zmogljivost in nizko toplotno prevodnost.Široko se uporablja v nizkotemperaturnih poljih, kot so transportni tankerji in skladiščni rezervoarji za tekoči vodik in tekoči kisik.Ker pa vsebuje več kroma in niklja, je dražji.
2. Pregled nizkotemperaturne jeklene varjene konstrukcije
Pri izbiri metode varjenja in pogojev gradnje nizkotemperaturnega jekla se problem osredotoča na dva vidika: preprečevanje poslabšanja nizkotemperaturne žilavosti zvarnega spoja in preprečevanje nastanka varilnih razpok.
1) Poševna obdelava
Oblika utora zvarjenih spojev nizkotemperaturnega jekla se načeloma ne razlikuje od običajnega ogljikovega jekla, nizkolegiranega jekla ali nerjavnega jekla in se lahko obravnava kot običajno.Toda za 9Ni Gang kot odpiranja utora po možnosti ni manjši od 70 stopinj, top rob pa po možnosti ni manjši od 3 mm.
Vsa nizkotemperaturna jekla je mogoče rezati z oksiacetilenskim gorilnikom.Samo, da je hitrost rezanja nekoliko nižja pri plinskem rezanju 9Ni jekla kot pri plinskem rezanju navadnega ogljikovega konstrukcijskega jekla.Če debelina jekla presega 100 mm, lahko rezalni rob pred plinskim rezanjem predhodno segrejemo na 150-200 °C, vendar ne več kot 200 °C.
Plinsko rezanje nima škodljivih učinkov na območja, ki jih prizadene varilna toplota.Vendar pa bo zaradi samokalilnih lastnosti jekla, ki vsebuje nikelj, površina reza strdila.Da bi zagotovili zadovoljivo delovanje zvarjenega spoja, je najbolje, da uporabite brusilno ploščo, da površino reza pred varjenjem čisto zbrusite.
Žlebljenje z oblokom se lahko uporablja, če je treba med varjenjem odstraniti zvar ali osnovno kovino.Vendar je treba površino zareze pred ponovnim nanosom vseeno zbrusiti.
Žlebljenja s plamenom oksiacetilena se ne sme uporabljati zaradi nevarnosti pregretja jekla.
2) Izbira metode varjenja
Tipične metode varjenja, ki so na voljo za nizkotemperaturno jeklo, vključujejo obločno varjenje, varjenje pod praškom in argonsko obločno varjenje s staljeno elektrodo.
Obločno varjenje je najpogosteje uporabljena metoda varjenja nizkotemperaturnega jekla in ga je mogoče variti v različnih položajih varjenja.Vnos toplote pri varjenju je približno 18-30KJ/cm.Če uporabimo elektrodo z nizko vsebnostjo vodika, lahko dobimo popolnoma zadovoljiv zvar.Ne le mehanske lastnosti so dobre, tudi žilavost zarez je precej dobra.Poleg tega je stroj za obločno varjenje preprost in poceni, naložba v opremo pa je majhna in nanjo ne vplivata položaj in smer.prednosti, kot so omejitve.
Vhodna toplota pri varjenju pod praškom nizkotemperaturnega jekla je približno 10-22 KJ/cm.Zaradi svoje enostavne opreme, visoke učinkovitosti varjenja in priročnega delovanja se pogosto uporablja.Vendar pa bo zaradi toplotnoizolacijskega učinka fluksa hitrost hlajenja upočasnjena, zato obstaja večja težnja po nastanku vročih razpok.Poleg tega lahko nečistoče in Si pogosto vstopijo v kovino zvara iz talila, kar bo dodatno spodbudilo to težnjo.Zato pri varjenju pod praškom bodite pozorni na izbiro varilne žice in talila ter delajte previdno.
Spoji, varjeni z varjenjem v zaščiti s plinom CO2, imajo nizko žilavost, zato se ne uporabljajo pri varjenju jekel pri nizkih temperaturah.
Varjenje z volframovim argonom (TIG varjenje) se običajno izvaja ročno, vnos toplote pri varjenju pa je omejen na 9-15KJ/cm.Čeprav imajo torej zvarni spoji povsem zadovoljive lastnosti, so pri debelini jekla nad 12 mm popolnoma neprimerni.
MIG varjenje je najbolj razširjena avtomatska ali polavtomatska metoda varjenja pri nizkotemperaturnem varjenju jekla.Njegova varilna toplota je 23-40KJ/cm.Glede na metodo kapljičnega prenosa ga lahko razdelimo na tri vrste: postopek kratkostičnega prenosa (nižji vnos toplote), proces prenosa curka (večji vnos toplote) in postopek prenosa pulznega curka (največji vnos toplote).Pri varjenju MIG s prehodom kratkega stika je problem nezadostne penetracije in lahko pride do napake slabega zlitja.Podobne težave obstajajo pri drugih tokovih MIG, vendar v drugačni meri.Da bi naredili oblok bolj koncentriran in dosegli zadovoljivo penetracijo, lahko nekaj odstotkov do deset odstotkov CO2 ali O2 infiltriramo v čisti argon kot zaščitni plin.Ustrezni odstotki se določijo s preskušanjem posameznega jekla, ki se vari.
3) Izbira varilnih materialov
Varilni materiali (vključno z varilno palico, varilno žico in talilom itd.) morajo na splošno temeljiti na uporabljeni metodi varjenja.Oblika spoja in oblika utora ter druge potrebne lastnosti po izbiri.Pri nizkotemperaturnem jeklu je najpomembnejša stvar, na katero je treba biti pozoren, da ima zvar dovolj nizkotemperaturno žilavost, da se ujema z osnovno kovino, in čim bolj zmanjšati vsebnost difuzibilnega vodika v njem.
Xinfa varjenje ima odlično kakovost in močno vzdržljivost, za podrobnosti preverite:https://www.xinfatools.com/welding-cutting/
(1) Jeklo, deoksidirano z aluminijem
Aluminijsko deoksidirano jeklo je jeklo, ki je zelo občutljivo na vpliv hitrosti ohlajanja po varjenju.Večina elektrod, ki se uporabljajo pri ročnem obločnem varjenju aluminijevega deoksidiranega jekla, so Si-Mn elektrode z nizko vsebnostjo vodika ali elektrode z 1,5 % Ni in 2,0 % Ni.
Da bi zmanjšali vnos toplote pri varjenju, aluminijevo deoksidirano jeklo na splošno uporablja le večplastno varjenje s tankimi elektrodami ≤¢3~3,2 mm, tako da se sekundarni toplotni cikel zgornje plasti zvara lahko uporabi za prečiščevanje zrn.
Udarna žilavost zvara, varjenega z elektrodo serije Si-Mn, se bo močno zmanjšala pri 50 ℃ s povečanjem dovoda toplote.Na primer, ko se dovod toplote poveča z 18KJ/cm na 30KJ/cm, bo žilavost izgubila več kot 60 %.Varilne elektrode serije 1,5%Ni in serije 2,5%Ni na to niso preveč občutljive, zato je za varjenje najbolje izbrati tovrstne elektrode.
Varjenje pod praškom je pogosto uporabljena avtomatska metoda varjenja deoksidiranega jekla z aluminijem.Varilna žica, ki se uporablja pri varjenju pod praškom, je po možnosti takšna, da vsebuje 1,5–3,5 % niklja in 0,5–1,0 % molibdena.
Po literaturi lahko z varilno žico 2,5 %Ni—0,8 %Cr—0,5 %Mo ali 2 %Ni, usklajeno z ustreznim fluksom, povprečna vrednost Charpyjeve žilavosti zvara pri -55 °C doseže 56-70J (5,7 ~7,1 kgf.m).Tudi pri uporabi 0,5 % Mo varilne žice in osnovnega talila iz manganove zlitine, dokler je dovod toplote nadzorovan pod 26 KJ/cm, je še vedno mogoče proizvesti zvar z ν∑-55=55J (5,6 Kgf.m).
Pri izbiri talila je treba paziti na ujemanje Si in Mn v zvaru.Testni dokaz.Različne vsebnosti Si in Mn v zvaru bodo močno spremenile vrednost žilavosti po Charpyju.Vsebnosti Si in Mn z najboljšo vrednostjo žilavosti sta 0,1 ~ 0,2 % Si in 0,7 ~ 1,1 % Mn.Pri izbiri varilne žice in Bodite pozorni na to pri spajkanju.
Obločno varjenje z volframovim argonom in obločno varjenje kovinskega argona se manj uporabljata pri deoksidiranem jeklu z aluminijem.Zgornje varilne žice za varjenje pod praškom se lahko uporabljajo tudi za varjenje z argonom.
(2) 2,5Ni jeklo in 3,5Ni
Varjenje pod praškom ali MIG jeklo 2,5Ni in jeklo 3,5Ni je na splošno mogoče variti z isto varilno žico kot osnovni material.Toda tako kot kaže Wilkinsonova formula (5), je Mn element zaviralec vročih razpok za nizkotemperaturno jeklo z nizko vsebnostjo niklja.Ohranjanje vsebnosti mangana v zvaru pri približno 1,2 % je zelo koristno za preprečevanje vročih razpok, kot so razpoke obločnega kraterja.To je treba upoštevati pri izbiri kombinacije varilne žice in talila.
Jeklo 3,5Ni je običajno kaljeno in krhko, zato bo po toplotni obdelavi po varjenju (na primer 620 °C × 1 ura, nato hlajenje v peči) za odpravo preostale napetosti ν∑-100 močno padel s 3,8 Kgf.m na 2.1Kgf.m ne more več izpolnjevati zahtev.Kovinski zvar, ki nastane z varjenjem z varilno žico serije 4,5% Ni-0,2%Mo, ima veliko manjšo nagnjenost k temperamentni krhkosti.Z uporabo te varilne žice se lahko izognete zgornjim težavam.
(3) jeklo 9Ni
Jeklo 9Ni je običajno toplotno obdelano s kaljenjem in popuščanjem ali dvakratno normalizacijo in popuščanjem, da se poveča njegova nizkotemperaturna žilavost.Toda zvara tega jekla ni mogoče toplotno obdelati kot zgoraj.Zato je težko pridobiti zvar z nizkotemperaturno žilavostjo, ki je primerljiva z žilavostjo osnovne kovine, če se uporabljajo dodatki za varjenje na osnovi železa.Trenutno se uporabljajo predvsem materiali za varjenje z visoko vsebnostjo niklja.Zvari, naneseni s takimi varilnimi materiali, bodo popolnoma avstenitni.Čeprav ima slabosti manjšo trdnost kot osnovni material iz jekla 9Ni in zelo drage cene, krhki lom zanj ni več resen problem.
Iz zgoraj navedenega je razvidno, da ker je zvar popolnoma avsteniten, je nizkotemperaturna žilavost zvara, ki se uporablja za varjenje z elektrodami in žicami, popolnoma primerljiva z osnovno kovino, vendar sta natezna trdnost in meja tečenja. nižje od navadne kovine.Jeklo, ki vsebuje nikelj, je samokalilno, zato večina elektrod in žic posveča pozornost omejitvi vsebnosti ogljika, da bi dosegli dobro varivost.
Mo je pomemben ojačitveni element v varilnih materialih, medtem ko so Nb, Ta, Ti in W pomembni ojačitveni elementi, ki jim je bila posvečena vsa pozornost pri izbiri varilnih materialov.
Ko se za varjenje uporablja ista varilna žica, sta trdnost in žilavost zvara pri varjenju pod praškom slabši kot pri MIG varjenju, kar je lahko posledica upočasnitve hitrosti ohlajanja zvara in morebitnega vdora nečistoč ali Si od pretoka.
3. A333-GR6 nizkotemperaturno varjenje jeklenih cevi
1) Analiza varljivosti jekla A333-GR6
Jeklo A333–GR6 spada med nizkotemperaturna jekla, najnižja delovna temperatura je -70 ℃ in se običajno dobavlja v normaliziranem ali normaliziranem in kaljenem stanju.Jeklo A333-GR6 ima nizko vsebnost ogljika, zato sta nagnjenost kaljenju in nagnjenost k hladnemu razpokanju razmeroma majhna, material ima dobro žilavost in plastičnost, na splošno ni enostavno ustvariti napak pri kaljenju in razpokah ter ima dobro varivost.Žico za argonsko obločno varjenje ER80S-Ni1 lahko uporabite z elektrodo W707Ni, uporabite varjenje z argonom in električnim spojem ali uporabite argonsko obločno varilno žico ER80S-Ni1 in uporabite varjenje s polnim argonskim oblokom, da zagotovite dobro žilavost zvarjenih spojev.Blagovna znamka argonske varilne žice in elektrode lahko izbere tudi izdelke z enako zmogljivostjo, vendar se lahko uporabljajo le s soglasjem lastnika.
2) Postopek varjenja
Za podrobne metode postopka varjenja glejte knjigo z navodili za postopek varjenja ali WPS.Pri varjenju se za cevi s premerom, manjšim od 76,2 mm, uporablja sočelni spoj tipa I in varjenje s polnim argonom;za cevi s premerom večjim od 76,2 mm se izdelajo utori v obliki črke V in se uporablja metoda argon-elektrokombiniranega varjenja z argonskim polnjenjem in večslojnim polnjenjem ali metoda polnoargonskega varjenja.Posebna metoda je izbira ustrezne metode varjenja glede na razliko v premeru cevi in debelini stene cevi v WPS, ki ga je odobril lastnik.
3) Postopek toplotne obdelave
(1) Predgretje pred varjenjem
Ko je temperatura okolice nižja od 5 °C, je treba zvar predgreti, temperatura predgretja pa je 100-150 °C;območje predgretja je 100 mm na obeh straneh zvara;segreva se s plamenom oksiacetilena (nevtralni plamen) in meri se temperatura Pero meri temperaturo na razdalji 50-100 mm od središča zvara, točke merjenja temperature pa so enakomerno porazdeljene za boljši nadzor temperature .
(2) Toplotna obdelava po varjenju
Da bi izboljšali zarezno žilavost nizkotemperaturnega jekla, so bili običajno uporabljeni materiali kaljeni in popuščeni.Nepravilna toplotna obdelava po varjenju pogosto poslabša njegovo nizkotemperaturno delovanje, čemur je treba posvetiti dovolj pozornosti.Zato se toplotna obdelava po varjenju običajno ne izvaja za nizkotemperaturno jeklo, razen v pogojih velike debeline zvara ali zelo strogih zadrževalnih pogojev.Na primer, varjenje novih cevovodov za LPG v CSPC ne zahteva toplotne obdelave po varjenju.Če je pri nekaterih projektih res potrebna toplotna obdelava po varjenju, morajo biti stopnja segrevanja, čas konstantne temperature in hitrost hlajenja toplotne obdelave po varjenju strogo v skladu z naslednjimi predpisi:
Ko se temperatura dvigne nad 400 ℃, hitrost segrevanja ne sme preseči 205 × 25/δ ℃/h in ne sme preseči 330 ℃/h. Čas konstantne temperature naj bo 1 ura na 25 mm debeline stene in ne manj kot 15 minut.V obdobju stalne temperature mora biti temperaturna razlika med najvišjo in najnižjo temperaturo nižja od 65 ℃.
Po konstantni temperaturi hitrost hlajenja ne sme biti večja od 65 × 25/δ ℃/h in ne sme biti večja od 260 ℃/h.Naravno hlajenje je dovoljeno pod 400 ℃.Oprema za toplotno obdelavo tipa TS-1, ki jo krmili računalnik.
4) Varnostni ukrepi
(1) Strogo predgrejte v skladu s predpisi in nadzorujte temperaturo vmesnega sloja, temperatura vmesnega sloja pa je nadzorovana pri 100-200 ℃.Vsak varilni šiv je treba zvariti naenkrat, in če je prekinjen, je treba izvesti ukrepe za počasno hlajenje.
(2) Strogo je prepovedano, da bi oblok opraskal površino zvara.Krater obloka je treba zapolniti in napake zbrusiti z brusom, ko je oblok zaprt.Spoji med sloji večslojnega varjenja morajo biti zamaknjeni.
(3) Strogo nadzorujte omrežno energijo, uporabite majhen tok, nizko napetost in hitro varjenje.Dolžina varjenja vsake elektrode W707Ni s premerom 3,2 mm mora biti večja od 8 cm.
(4) Sprejeti je treba način delovanja s kratkim lokom in brez nihanja.
(5) Sprejeti je treba postopek popolne penetracije in ga je treba izvajati v strogem skladu z zahtevami specifikacije postopka varjenja in kartice postopka varjenja.
(6) Ojačitev zvara je 0 ~ 2 mm, širina vsake strani zvara pa je ≤ 2 mm.
(7) Neporušitvene preiskave se lahko izvajajo najmanj 24 ur po potrditvi vizualnega pregleda zvara.Čelni zvari cevovodov so predmet JB 4730-94.
(8) Standard »Tlačne posode: Neporušitveno testiranje tlačnih posod«, kvalificiran za razred II.
(9) Popravilo zvara je treba izvesti pred toplotno obdelavo po varjenju.Če je po toplotni obdelavi potrebno popravilo, je treba zvar po popravilu ponovno segreti.
(10) Če geometrijska dimenzija površine zvara presega standard, je dovoljeno brušenje, debelina po brušenju pa ne sme biti manjša od konstrukcijske zahteve.
(11) Pri splošnih napakah pri varjenju sta dovoljeni največ dve popravili.Če sta obe popravili še vedno nekvalificirani, je treba zvar odrezati in ponovno zvariti v skladu s celotnim postopkom varjenja.
Čas objave: 21. junija 2023
