خلاصه روش های عملیاتی دقیق برای جوشکاری فولاد با دمای پایین

1. مروری بر فولاد برودتی

1) الزامات فنی برای فولاد با دمای پایین به طور کلی عبارتند از: استحکام کافی و چقرمگی کافی در محیط با دمای پایین، عملکرد جوش خوب، عملکرد پردازش و مقاومت در برابر خوردگی و غیره. از جمله آنها، چقرمگی دمای پایین، یعنی توانایی برای جلوگیری از وقوع و گسترش شکستگی شکننده در دمای پایین مهمترین عامل است. بنابراین، کشورها معمولاً مقدار چقرمگی ضربه خاصی را در کمترین دما تعیین می کنند.

2) در میان اجزای فولاد با دمای پایین، عموماً اعتقاد بر این است که عناصری مانند کربن، سیلیکون، فسفر، گوگرد و نیتروژن باعث کاهش چقرمگی در دمای پایین می‌شوند و فسفر مضرترین آنهاست، بنابراین فسفرزدایی اولیه در دمای پایین باید انجام شود. در حین ذوب انجام می شود. عناصری مانند منگنز و نیکل می توانند چقرمگی در دمای پایین را بهبود بخشند. به ازای هر 1% افزایش در محتوای نیکل، دمای انتقال بحرانی شکننده را می توان حدود 20 درجه سانتی گراد کاهش داد.

3) فرآیند عملیات حرارتی تأثیر تعیین کننده ای بر ساختار متالوگرافی و اندازه دانه فولاد با دمای پایین دارد که بر چقرمگی فولاد در دمای پایین نیز تأثیر می گذارد. پس از عملیات خاموش کردن و تمپر کردن، چقرمگی دمای پایین به وضوح بهبود می یابد.

4) با توجه به روش های مختلف شکل دهی گرم، فولاد با دمای پایین را می توان به فولاد ریخته گری و فولاد نورد تقسیم کرد. با توجه به تفاوت ترکیب و ساختار متالوگرافی، فولاد با دمای پایین را می توان به: فولاد کم آلیاژ، فولاد نیکل 6 درصد، فولاد نیکل 9 درصد، فولاد آستنیتی کروم- منگنز یا فولاد آستنیتی کروم- منگنز- نیکل و فولاد زنگ نزن آستنیتی کروم- نیکل تقسیم کرد. صبر کن فولاد کم آلیاژ به طور کلی در محدوده دمایی حدود -100 درجه سانتیگراد برای ساخت تجهیزات تبرید، تجهیزات حمل و نقل، اتاق های ذخیره سازی وینیل و تجهیزات پتروشیمی استفاده می شود. در ایالات متحده، انگلستان، ژاپن و سایر کشورها، فولاد نیکل 9% به طور گسترده در سازه های با دمای پایین در 196 درجه سانتیگراد، مانند مخازن ذخیره سازی برای ذخیره سازی و حمل و نقل بیوگاز مایع و متان، تجهیزات ذخیره سازی اکسیژن مایع استفاده می شود. ، و تولید اکسیژن مایع و نیتروژن مایع. فولاد ضد زنگ آستنیتی یک ماده ساختاری بسیار خوب در دمای پایین است. چقرمگی خوب در دمای پایین، عملکرد جوشکاری عالی و هدایت حرارتی پایین دارد. این به طور گسترده ای در زمینه های با دمای پایین، مانند تانکرهای حمل و نقل و مخازن ذخیره سازی هیدروژن مایع و اکسیژن مایع استفاده می شود. با این حال، چون حاوی کروم و نیکل بیشتری است، گران تر است.

2. مروری بر ساختار جوشکاری فولاد با دمای پایین

هنگام انتخاب روش ساخت جوش و شرایط ساخت فولاد با دمای پایین، تمرکز مشکل بر دو جنبه زیر است: جلوگیری از بدتر شدن چقرمگی در دمای پایین اتصال جوش داده شده و جلوگیری از بروز ترک های جوشکاری.

1) پردازش اریب

شکل شیار اتصالات جوشی فولادی با دمای پایین اصولاً با فولاد کربن معمولی، فولاد کم آلیاژ یا فولاد ضد زنگ تفاوتی ندارد و می توان آن را طبق معمول درمان کرد. اما برای 9Ni Gang، زاویه باز شدن شیار ترجیحاً کمتر از 70 درجه نباشد و لبه کند ترجیحاً کمتر از 3 میلی متر نباشد.

تمام فولادهای با دمای پایین را می توان با مشعل اکسی استیلن برش داد. فقط این است که سرعت برش در هنگام برش گاز فولاد 9Ni نسبت به برش گازی فولاد ساختاری کربنی معمولی کمی کندتر است. اگر ضخامت فولاد بیش از 100 میلی متر باشد، لبه برش را می توان قبل از برش گازی تا 150-200 درجه سانتیگراد گرم کرد، اما نه بیشتر از 200 درجه سانتیگراد.

برش گازی هیچ اثر نامطلوبی بر روی نواحی متاثر از حرارت جوشکاری ندارد. با این حال، به دلیل ویژگی های خود سخت شدن فولاد حاوی نیکل، سطح برش سخت می شود. به منظور اطمینان از عملکرد رضایت بخش اتصال جوش داده شده، بهتر است قبل از جوشکاری از چرخ سنگ زنی برای تمیز کردن سطح سطح برش استفاده شود.

اگر قرار باشد مهره جوش یا فلز پایه در حین ساخت و ساز جوش برداشته شود، می توان از قوس دهی استفاده کرد. با این حال، سطح بریدگی هنوز باید قبل از اعمال مجدد، تمیز شود.

به دلیل خطر گرم شدن بیش از حد فولاد نباید از شعله اکسی استیلن استفاده کرد.

2) انتخاب روش جوش

روش‌های جوشکاری معمولی موجود برای فولادهای با دمای پایین عبارتند از: جوشکاری قوس الکتریکی، جوشکاری با قوس زیر آب، و جوشکاری آرگون با الکترود مذاب.

جوشکاری قوس الکتریکی رایج ترین روش جوشکاری فولاد با دمای پایین است و می توان آن را در موقعیت های مختلف جوشکاری جوش داد. گرمای ورودی جوش حدود 18-30KJ/cm است. اگر از الکترود نوع کم هیدروژن استفاده شود، می توان یک اتصال جوشی کاملاً رضایت بخش به دست آورد. نه تنها خواص مکانیکی خوب است، بلکه چقرمگی بریدگی نیز بسیار خوب است. علاوه بر این، دستگاه جوش قوس الکتریکی ساده و ارزان است و سرمایه گذاری تجهیزات کم است و تحت تأثیر موقعیت و جهت قرار نمی گیرد. مزایایی مانند محدودیت ها

گرمای ورودی جوش قوس زیردریایی فولاد با دمای پایین حدود 10-22KJ/cm است. به دلیل تجهیزات ساده، راندمان جوشکاری بالا و عملکرد راحت، به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. با این حال، به دلیل اثر عایق حرارتی شار، سرعت خنک‌سازی کند می‌شود، بنابراین تمایل بیشتری برای ایجاد ترک‌های داغ وجود دارد. علاوه بر این، ناخالصی ها و Si اغلب ممکن است از شار وارد فلز جوش شوند که این تمایل را بیشتر تشویق می کند. بنابراین هنگام استفاده از جوشکاری زیرپودری به انتخاب سیم جوش و شار توجه کنید و با دقت عمل کنید.

اتصالات جوش داده شده توسط جوش محافظ گاز CO2 چقرمگی کمی دارند، بنابراین در جوشکاری فولاد با دمای پایین استفاده نمی شوند.

جوشکاری آرگون تنگستن (جوشکاری TIG) معمولاً به صورت دستی انجام می شود و ورودی گرمای جوشکاری آن به 9-15KJ/cm محدود می شود. بنابراین، اگرچه اتصالات جوشی دارای خواص کاملا رضایت بخش هستند، اما زمانی که ضخامت فولاد از 12 میلی متر بیشتر شود، کاملاً نامناسب هستند.

جوشکاری MIG پرکاربردترین روش جوشکاری اتوماتیک یا نیمه اتوماتیک در جوشکاری فولاد با دمای پایین می باشد. ورودی حرارت جوش آن 23-40KJ/cm است. با توجه به روش انتقال قطره، می توان آن را به سه نوع تقسیم کرد: فرآیند انتقال اتصال کوتاه (ورودی حرارت کمتر)، فرآیند انتقال جت (ورودی حرارت بالاتر) و فرآیند انتقال جت پالس (بالاترین ورودی گرما). جوشکاری MIG انتقال اتصال کوتاه دارای مشکل نفوذ ناکافی است و ممکن است نقص فیوژن ضعیف رخ دهد. مشکلات مشابهی با دیگر فلاکس‌های MIG وجود دارد، اما به میزان متفاوت. به منظور تمرکز بیشتر قوس برای دستیابی به نفوذ رضایت بخش، چند درصد تا ده ها درصد CO2 یا O2 را می توان به عنوان یک گاز محافظ به آرگون خالص نفوذ کرد. درصدهای مناسب باید با آزمایش برای فولاد خاص در حال جوش تعیین شود.

3) انتخاب مواد جوش

مواد جوشکاری (شامل میله جوش، سیم جوش و شار و غیره) عموماً باید بر اساس روش جوشکاری مورد استفاده باشد. فرم اتصال و شکل شیار و سایر مشخصات لازم برای انتخاب. برای فولاد با دمای پایین، مهمترین چیزی که باید به آن توجه کرد این است که فلز جوش دارای چقرمگی در دمای پایین باشد تا با فلز پایه مطابقت داشته باشد و محتوای هیدروژن قابل انتشار در آن به حداقل برسد.

جوش Xinfa دارای کیفیت عالی و دوام قوی است، برای جزئیات، لطفاً بررسی کنید:https://www.xinfatools.com/welding-cutting/

(1) فولاد اکسید زدایی شده با آلومینیوم

فولاد اکسید زدایی شده با آلومینیوم یک گرید فولادی است که به تأثیر سرعت خنک کننده پس از جوشکاری بسیار حساس است. اکثر الکترودهای مورد استفاده در جوشکاری قوس دستی فولاد اکسید زدایی شده آلومینیوم، الکترودهای کم هیدروژن Si-Mn یا الکترودهای 1.5% Ni و 2.0% نیکل هستند.

به منظور کاهش ورودی گرمای جوشکاری، فولاد اکسید زدایی شده آلومینیوم به طور کلی فقط از جوشکاری چند لایه با الکترودهای نازک ≤¢3~3.2mm استفاده می کند، به طوری که چرخه حرارت ثانویه لایه بالایی جوش می تواند برای پالایش دانه ها استفاده شود.

چقرمگی ضربه فلز جوش جوش داده شده با الکترود سری Si-Mn در دمای 50 درجه سانتیگراد با افزایش گرمای ورودی به شدت کاهش می یابد. به عنوان مثال، هنگامی که گرمای ورودی از 18KJ/cm به 30KJ/cm افزایش یابد، چقرمگی بیش از 60% از دست خواهد داد. الکترودهای جوشکاری سری 1.5% Ni و سری 2.5% Ni نسبت به این امر حساسیت چندانی ندارند، بنابراین بهتر است این نوع الکترود را برای جوشکاری انتخاب کنید.

جوشکاری زیرپودری یک روش جوشکاری خودکار معمولی است که برای فولاد اکسید زدای آلومینیوم استفاده می شود. سیم جوش مورد استفاده در جوشکاری قوس زیر آب ترجیحاً نوعی است که حاوی 1.5 تا 3.5 درصد نیکل و 0.5 تا 1.0 درصد مولیبدن باشد.

طبق متون، با سیم جوش 2.5% Ni-0.8% Cr-0.5% Mo یا 2% Ni، که با شار مناسب همسان شده است، میانگین چقرمگی چارپی فلز جوش در 55- درجه سانتی گراد می تواند به 56-70J (5.7) برسد. ~ 7.1 کیلوگرم بر متر). حتی زمانی که از سیم جوش 0.5% مو و شار پایه آلیاژ منگنز استفاده می شود، تا زمانی که حرارت ورودی زیر 26KJ/cm کنترل شود، فلز جوش با ν∑-55=55J (5.6Kgf.m) همچنان می تواند تولید شود.

هنگام انتخاب شار، باید به تطابق Si و Mn در فلز جوش توجه شود. اثبات آزمایشی محتویات مختلف Si و منگنز در فلز جوش مقدار چقرمگی چارپی را تا حد زیادی تغییر می دهد. محتویات Si و منگنز با بهترین مقدار چقرمگی 0.1~0.2% Si و 0.7~1.1% منگنز است. هنگام انتخاب سیم جوش و هنگام لحیم کاری به این نکته توجه داشته باشید.

جوش آرگون تنگستن و قوس آرگون فلز کمتر در فولاد اکسید زدایی آلومینیوم استفاده می شود. سیم های جوش فوق برای جوشکاری زیرپودری نیز می توانند برای جوشکاری قوس آرگون استفاده شوند.

(2) فولاد 2.5Ni و 3.5Ni

جوشکاری زیرپودری یا جوشکاری MIG فولاد 2.5Ni و فولاد 3.5Ni را می توان به طور کلی با سیم جوشی مشابه با مواد پایه جوش داد. اما همانطور که فرمول ویلکینسون (5) نشان می‌دهد، منگنز یک عنصر بازدارنده ترک داغ برای فولاد با دمای پایین نیکل کم است. نگه داشتن محتوای منگنز در فلز جوش در حدود 1.2٪ برای جلوگیری از ترک های داغ مانند ترک های دهانه قوس بسیار مفید است. این باید هنگام انتخاب ترکیب سیم جوش و شار در نظر گرفته شود.

فولاد 3.5Ni تمایل به ترد و شکننده شدن دارد، بنابراین پس از عملیات حرارتی پس از جوش (مثلاً 620 درجه سانتیگراد × 1 ساعت، سپس خنک شدن در کوره) برای از بین بردن تنش پسماند، ν∑-100 به شدت از 3.8 کیلوگرم بر متر کاهش می یابد. 2.1Kgf.m دیگر نمی تواند الزامات را برآورده کند. فلز جوش حاصل از جوشکاری با سیم جوش سری 4.5% Ni-0.2% Mo دارای تمایل بسیار کمتری به شکنندگی مزاج است. استفاده از این سیم جوش می تواند از مشکلات فوق جلوگیری کند.

(3) فولاد 9Ni

فولاد 9Ni معمولاً با کوئنچ کردن و تمپر کردن یا دو بار نرمال کردن و تمپر کردن برای به حداکثر رساندن چقرمگی در دمای پایین، عملیات حرارتی می‌شود. اما فلز جوش این فولاد را نمی توان مانند بالا عملیات حرارتی کرد. بنابراین، در صورت استفاده از مواد مصرفی جوشکاری مبتنی بر آهن، دستیابی به یک فلز جوش با چقرمگی در دمای پایین قابل مقایسه با فلز پایه دشوار است. در حال حاضر عمدتاً از مواد جوشکاری با نیکل بالا استفاده می شود. جوش های رسوب شده توسط چنین مواد جوشکاری کاملا آستنیتی خواهند بود. اگرچه دارای معایب استحکام کمتر نسبت به مواد پایه فولادی 9Ni و قیمت بسیار گران است، شکست شکننده دیگر مشکل جدی برای آن نیست.

با توجه به موارد فوق می توان فهمید که چون فلز جوش کاملا آستنیتی است، چقرمگی دمای پایین فلز جوش مورد استفاده برای جوشکاری با الکترود و سیم کاملاً با فلز پایه قابل مقایسه است، اما مقاومت کششی و نقطه تسلیم آن است. پایین تر از فلز پایه فولاد حاوی نیکل خود سخت‌شدنی است، بنابراین اغلب الکترودها و سیم‌ها به محدود کردن محتوای کربن برای دستیابی به جوش‌پذیری خوب توجه می‌کنند.

 Mo یک عنصر تقویت کننده مهم در مواد جوشکاری است، در حالی که Nb، Ta، Ti و W عناصر سخت کننده مهمی هستند که در انتخاب مواد جوشکاری مورد توجه کامل قرار گرفته اند.

 هنگامی که برای جوشکاری از همان سیم جوش استفاده می شود، استحکام و چقرمگی فلز جوش جوشکاری زیرپودری بدتر از جوشکاری MIG است که ممکن است به دلیل کاهش سرعت خنک شدن جوش و نفوذ احتمالی ناخالصی ها یا Si ایجاد شود. از شار.

3. جوش لوله فولادی با دمای پایین A333-GR6

1) تجزیه و تحلیل جوش پذیری فولاد A333-GR6

فولاد A333–GR6 متعلق به فولاد با دمای پایین است، حداقل دمای سرویس 70- درجه سانتیگراد است و معمولاً در حالت نرمال یا نرمال و معتدل عرضه می شود. فولاد A333-GR6 دارای محتوای کربن کم است، بنابراین تمایل به سخت شدن و تمایل به ترک سرد نسبتاً کوچک است، این ماده دارای چقرمگی و انعطاف پذیری خوبی است، به طور کلی ایجاد سختی و نقص ترک آسان نیست و جوش پذیری خوبی دارد. سیم جوش آرگون ER80S-Ni1 را می توان با الکترود W707Ni، از جوشکاری مشترک آرگون-الکتریکی استفاده کرد، یا از سیم جوش آرگون ER80S-Ni1 استفاده کرد، و برای اطمینان از چقرمگی خوب اتصالات جوش داده شده، از جوشکاری قوس آرگون کامل استفاده کرد. نام تجاری سیم و الکترود جوش آرگون نیز می تواند محصولاتی با کارایی یکسان انتخاب کند، اما فقط با رضایت مالک قابل استفاده است.

2) فرآیند جوشکاری

برای جزئیات دقیق روش های فرآیند جوشکاری، لطفاً به کتاب دستورالعمل فرآیند جوشکاری یا WPS مراجعه کنید. در طول جوشکاری، اتصال لب به لب نوع I و جوش آرگون کامل برای لوله های با قطر کمتر از 76.2 میلی متر استفاده می شود. برای لوله های با قطر بیشتر از 76.2 میلی متر شیارهای V شکل ایجاد می شود و از روش جوشکاری ترکیبی آرگون-الکتریک با پرایمینگ آرگون و پرکردن چند لایه استفاده می شود یا روش جوشکاری با قوس کامل آرگون. روش خاص انتخاب روش جوشکاری مربوطه با توجه به اختلاف قطر لوله و ضخامت دیواره لوله در WPS تایید شده توسط مالک است.

3) فرآیند عملیات حرارتی

(1) پیش گرم کردن قبل از جوشکاری

هنگامی که دمای محیط کمتر از 5 درجه سانتیگراد است، جوش باید از قبل گرم شود و دمای پیش گرم 100-150 درجه سانتیگراد است. محدوده پیش گرمایش 100 میلی متر در هر دو طرف جوش است. با شعله اکسی استیلن (شعله خنثی) گرم می شود و دما اندازه گیری می شود. .

(2) عملیات حرارتی پس از جوش

به منظور بهبود چقرمگی بریدگی فولاد با دمای پایین، موادی که به طور کلی مورد استفاده قرار می گیرند کوئنچ و تمپر شده اند. عملیات حرارتی نامناسب پس از جوش اغلب عملکرد آن را در دمای پایین بدتر می کند که باید به آن توجه کافی شود. بنابراین، به جز در شرایط ضخامت جوش زیاد یا شرایط مهار بسیار شدید، عملیات حرارتی پس از جوش معمولاً برای فولادهای با دمای پایین انجام نمی شود. به عنوان مثال، جوشکاری خطوط لوله LPG جدید در CSPC نیازی به عملیات حرارتی پس از جوش ندارد. اگر واقعاً در برخی از پروژه‌ها عملیات حرارتی پس از جوش مورد نیاز است، نرخ گرمایش، زمان دمای ثابت و سرعت سرمایش عملیات حرارتی پس از جوش باید کاملاً مطابق با مقررات زیر باشد:

هنگامی که دما از 400 درجه سانتیگراد بالاتر می رود، نرخ گرمایش نباید از 205 × 25 / δ ℃ / ساعت تجاوز کند و نباید از 330 ℃ در ساعت تجاوز کند.  زمان دمای ثابت باید 1 ساعت به ازای ضخامت دیواره 25 میلی متر و کمتر از 15 دقیقه نباشد. در طول دوره دمای ثابت، اختلاف دما بین بالاترین و کمترین دما باید کمتر از 65 ℃ باشد.

پس از دمای ثابت، سرعت خنک کننده نباید بیشتر از 65 × 25 / δ ℃ / ساعت باشد و نباید بیشتر از 260 ℃ / ساعت باشد. خنک کننده طبیعی زیر 400 ℃ مجاز است. تجهیزات عملیات حرارتی نوع TS-1 که توسط کامپیوتر کنترل می شود.

4) اقدامات احتیاطی

(1) طبق مقررات به شدت پیش گرم کنید و دمای بین لایه را کنترل کنید و دمای بین لایه در 100-200 ℃ کنترل می شود. هر درز جوش باید در یک نوبت جوش داده شود و در صورت قطع شدن آن باید اقدامات خنک کننده کند انجام شود.

(2) خراشیدگی سطح جوش توسط قوس اکیداً ممنوع است. دهانه قوس باید پر شود و هنگام بسته شدن قوس، عیوب با چرخ سنگ زنی آسیاب شوند. اتصالات بین لایه های جوش چند لایه باید به صورت پلکانی باشد.

(3) انرژی خط را به شدت کنترل کنید، جریان کوچک، ولتاژ پایین و جوش سریع را اتخاذ کنید. طول جوش هر الکترود W707Ni با قطر 3.2 میلی متر باید بیشتر از 8 سانتی متر باشد.

(4) حالت عملکرد قوس کوتاه و بدون نوسان باید اتخاذ شود.

(5) فرآیند نفوذ کامل باید اتخاذ شود و باید مطابق با الزامات مشخصات فرآیند جوشکاری و کارت فرآیند جوشکاری انجام شود.

(6) تقویت جوش 0 ~ 2 میلی متر است و عرض هر طرف جوش ≤ 2 میلی متر است.

(7) آزمایش غیر مخرب را می توان حداقل 24 ساعت پس از واجد شرایط بودن بازرسی بصری جوش انجام داد. جوش لب به لب خط لوله باید مشمول JB 4730-94 باشد.

(8) استاندارد " مخازن تحت فشار: آزمایش غیر مخرب مخازن تحت فشار "، واجد شرایط کلاس II.

(9) تعمیر جوش باید قبل از عملیات حرارتی پس از جوش انجام شود. اگر تعمیر پس از عملیات حرارتی ضروری باشد، جوش باید پس از تعمیر مجدداً گرم شود.

(10) اگر بعد هندسی سطح جوش بیش از حد استاندارد باشد، سنگ زنی مجاز است و ضخامت پس از سنگ زنی نباید کمتر از نیاز طراحی باشد.

(11) برای عیوب عمومی جوش، حداکثر دو تعمیر مجاز است. اگر این دو تعمیر هنوز فاقد صلاحیت باشند، جوش باید قطع شود و طبق فرآیند کامل جوشکاری مجدداً جوش داده شود.