1. Descripción general del acero criogénico
1) Los requisitos técnicos para el acero de baja temperatura son generalmente: suficiente resistencia y suficiente tenacidad en un entorno de baja temperatura, buen rendimiento de soldadura, rendimiento de procesamiento y resistencia a la corrosión, etc. Entre ellos, la tenacidad a baja temperatura, es decir, la capacidad El factor más importante es prevenir la aparición y expansión de fracturas frágiles a baja temperatura.Por lo tanto, los países suelen estipular un cierto valor de resistencia al impacto a la temperatura más baja.
2) Entre los componentes del acero de baja temperatura, generalmente se cree que elementos como el carbono, el silicio, el fósforo, el azufre y el nitrógeno deterioran la tenacidad a baja temperatura, y el fósforo es el más dañino, por lo que se debe realizar una desfosforación temprana a baja temperatura. realizado durante la fundición.Elementos como el manganeso y el níquel pueden mejorar la tenacidad a baja temperatura.Por cada 1% de aumento en el contenido de níquel, la temperatura de transición crítica frágil se puede reducir en aproximadamente 20°C.
3) El proceso de tratamiento térmico tiene una influencia decisiva en la estructura metalográfica y el tamaño de grano del acero a baja temperatura, lo que también afecta la tenacidad a baja temperatura del acero.Después del tratamiento de templado y revenido, la tenacidad a baja temperatura obviamente mejora.
4) Según los diferentes métodos de conformado en caliente, el acero de baja temperatura se puede dividir en acero fundido y acero laminado.De acuerdo con la diferencia de composición y estructura metalográfica, el acero de baja temperatura se puede dividir en: acero de baja aleación, acero al 6% de níquel, acero al 9% de níquel, acero austenítico al cromo-manganeso o al cromo-manganeso-níquel y acero inoxidable austenítico al cromo-níquel. esperar.El acero de baja aleación se utiliza generalmente en un rango de temperatura de alrededor de -100 °C para la fabricación de equipos de refrigeración, equipos de transporte, salas de almacenamiento de vinilo y equipos petroquímicos.En los Estados Unidos, el Reino Unido, Japón y otros países, el acero al 9 % de níquel se usa ampliamente en estructuras de baja temperatura a 196 °C, como tanques de almacenamiento para almacenar y transportar biogás licuado y metano, equipos para almacenar oxígeno líquido y fabricación de oxígeno líquido y nitrógeno líquido.El acero inoxidable austenítico es un muy buen material estructural a baja temperatura.Tiene buena tenacidad a baja temperatura, excelente rendimiento de soldadura y baja conductividad térmica.Es ampliamente utilizado en campos de baja temperatura, como camiones cisterna de transporte y tanques de almacenamiento de hidrógeno líquido y oxígeno líquido.Sin embargo, debido a que contiene más cromo y níquel, es más caro.
2. Descripción general de la construcción de soldadura de acero a baja temperatura
Al seleccionar el método de construcción de soldadura y las condiciones de construcción del acero de baja temperatura, el enfoque del problema está en los siguientes dos aspectos: prevenir el deterioro de la tenacidad a baja temperatura de la junta soldada y prevenir la aparición de grietas de soldadura.
1) procesamiento de bisel
La forma de la ranura de las uniones soldadas de acero de baja temperatura no es diferente en principio de la del acero al carbono ordinario, el acero de baja aleación o el acero inoxidable, y puede tratarse como de costumbre.Pero para 9Ni Gang, el ángulo de apertura de la ranura es preferiblemente de no menos de 70 grados, y el borde romo es preferiblemente de no menos de 3 mm.
Todos los aceros de baja temperatura se pueden cortar con un soplete de oxiacetileno.Es solo que la velocidad de corte es ligeramente más lenta cuando se corta acero 9Ni con gas que cuando se corta acero estructural al carbono común.Si el espesor del acero supera los 100 mm, el borde de corte se puede precalentar a 150-200 °C antes del corte con gas, pero no más de 200 °C.
El corte con gas no tiene efectos adversos en las áreas afectadas por el calor de soldadura.Sin embargo, debido a las propiedades de autoendurecimiento del acero que contiene níquel, la superficie cortada se endurecerá.Para asegurar el desempeño satisfactorio de la junta soldada, es mejor usar una muela abrasiva para limpiar la superficie de la superficie cortada antes de soldar.
El ranurado por arco se puede usar si se va a quitar el cordón de soldadura o el metal base durante la construcción de la soldadura.Sin embargo, la superficie de la muesca aún debe lijarse antes de volver a aplicar.
El ranurado con llama de oxiacetileno no debe usarse debido al peligro de sobrecalentar el acero.
2) Selección del método de soldadura
Los métodos de soldadura típicos disponibles para acero de baja temperatura incluyen la soldadura por arco, la soldadura por arco sumergido y la soldadura por arco de argón con electrodo fundido.
La soldadura por arco es el método de soldadura más utilizado para acero de baja temperatura y se puede soldar en varias posiciones de soldadura.La entrada de calor de soldadura es de aproximadamente 18-30 KJ/cm.Si se utiliza un electrodo de tipo bajo en hidrógeno, se puede obtener una unión soldada completamente satisfactoria.No solo las propiedades mecánicas son buenas, sino que la tenacidad a la muesca también es bastante buena.Además, la máquina de soldadura por arco es simple y económica, y la inversión en equipos es pequeña y no se ve afectada por la posición y la dirección.ventajas como limitaciones.
El aporte de calor de la soldadura por arco sumergido de acero a baja temperatura es de aproximadamente 10-22 KJ/cm.Debido a su equipo simple, alta eficiencia de soldadura y operación conveniente, es ampliamente utilizado.Sin embargo, debido al efecto de aislamiento térmico del fundente, la velocidad de enfriamiento se ralentizará, por lo que existe una mayor tendencia a generar grietas en caliente.Además, las impurezas y el Si a menudo pueden ingresar al metal de soldadura desde el fundente, lo que fomentará aún más esta tendencia.Por lo tanto, cuando use soldadura por arco sumergido, preste atención a la selección del alambre de soldadura y el fundente y opere con cuidado.
Las uniones soldadas por soldadura con protección de gas CO2 tienen baja tenacidad, por lo que no se utilizan en la soldadura de acero a baja temperatura.
La soldadura por arco de tungsteno y argón (soldadura TIG) generalmente se realiza de forma manual y su entrada de calor de soldadura se limita a 9-15 KJ/cm.Por tanto, aunque las uniones soldadas tienen unas propiedades completamente satisfactorias, resultan totalmente inapropiadas cuando el espesor del acero supera los 12 mm.
La soldadura MIG es el método de soldadura automático o semiautomático más utilizado en la soldadura de acero a baja temperatura.Su entrada de calor de soldadura es de 23-40KJ/cm.De acuerdo con el método de transferencia de gotas, se puede dividir en tres tipos: proceso de transferencia de cortocircuito (menor aporte de calor), proceso de transferencia de chorro (mayor aporte de calor) y proceso de transferencia de pulso (mayor aporte de calor).La soldadura MIG de transición de cortocircuito tiene el problema de una penetración insuficiente y puede ocurrir el defecto de una fusión deficiente.Existen problemas similares con otros fundentes MIG, pero en un grado diferente.Para hacer que el arco sea más concentrado para lograr una penetración satisfactoria, se pueden infiltrar varios por ciento a decenas de por ciento de CO2 u O2 en argón puro como gas de protección.Los porcentajes apropiados se determinarán mediante pruebas para el acero en particular que se está soldando.
3) Selección de materiales de soldadura
Los materiales de soldadura (incluida la varilla de soldadura, el alambre y el fundente de soldadura, etc.) generalmente deben basarse en el método de soldadura utilizado.Forma conjunta y forma de ranura y otras características necesarias para elegir.Para el acero de baja temperatura, lo más importante a lo que se debe prestar atención es hacer que el metal de soldadura tenga la dureza a baja temperatura suficiente para igualar el metal base y minimizar el contenido de hidrógeno difusible en él.
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(1) acero desoxidado de aluminio
El acero desoxidado con aluminio es un grado de acero que es muy sensible a la influencia de la velocidad de enfriamiento después de la soldadura.La mayoría de los electrodos utilizados en la soldadura por arco manual de acero desoxidado con aluminio son electrodos de bajo hidrógeno Si-Mn o electrodos de 1,5% Ni y 2,0% Ni.
Para reducir la entrada de calor de soldadura, el acero desoxidado con aluminio generalmente solo adopta soldadura multicapa con electrodos delgados de ≤¢3~3,2 mm, de modo que el ciclo de calor secundario de la capa superior de soldadura se puede usar para refinar los granos.
La resistencia al impacto del metal de soldadura soldado con electrodos de la serie Si-Mn disminuirá drásticamente a 50 ℃ con el aumento de la entrada de calor.Por ejemplo, cuando la entrada de calor aumenta de 18 KJ/cm a 30 KJ/cm, la tenacidad perderá más del 60 %.Los electrodos de soldadura de la serie 1,5% Ni y la serie 2,5% Ni no son demasiado sensibles a esto, por lo que es mejor elegir este tipo de electrodo para soldar.
La soldadura por arco sumergido es un método de soldadura automática de uso común para acero desoxidado con aluminio.El alambre de soldadura utilizado en la soldadura por arco sumergido es preferiblemente del tipo que contiene 1,5~3,5% de níquel y 0,5~1,0% de molibdeno.
De acuerdo con la literatura, con alambre de soldadura de 2,5 % Ni—0,8 % Cr—0,5 % Mo o 2 % Ni, combinado con el fundente apropiado, el valor promedio de tenacidad Charpy del metal de soldadura a -55 °C puede alcanzar 56-70 J (5,7 ~7.1Kgf.m).Incluso cuando se usa alambre de soldadura con 0,5 % Mo y fundente básico de aleación de manganeso, siempre que la entrada de calor se controle por debajo de 26 KJ/cm, aún se puede producir metal de soldadura con ν∑-55=55J (5,6 Kgf.m).
Al seleccionar el fundente, se debe prestar atención a la coincidencia de Si y Mn en el metal de soldadura.Prueba de prueba.Los diferentes contenidos de Si y Mn en el metal de soldadura cambiarán en gran medida el valor de tenacidad Charpy.Los contenidos de Si y Mn con el mejor valor de tenacidad son 0.1~0.2%Si y 0.7~1.1%Mn.Al seleccionar alambre de soldadura y Tenga esto en cuenta al soldar.
La soldadura por arco de argón y tungsteno y la soldadura por arco de argón metálico se usan menos en el acero desoxidado con aluminio.Los alambres de soldadura anteriores para soldadura por arco sumergido también se pueden usar para soldadura por arco de argón.
(2) acero 2.5Ni y 3.5Ni
La soldadura por arco sumergido o soldadura MIG de acero 2.5Ni y acero 3.5Ni generalmente se puede soldar con el mismo alambre de soldadura que el material base.Pero tal como muestra la fórmula de Wilkinson (5), el manganeso es un elemento inhibidor del agrietamiento en caliente para el acero de baja temperatura con bajo contenido de níquel.Mantener el contenido de manganeso en el metal de soldadura en alrededor del 1,2 % es muy beneficioso para evitar grietas en caliente, como las grietas de cráter de arco.Esto debe tenerse en cuenta al elegir la combinación de alambre de soldadura y fundente.
El acero 3.5Ni tiende a templarse y fragilizarse, por lo que después del tratamiento térmico posterior a la soldadura (por ejemplo, 620 °C × 1 hora, luego se enfría el horno) para eliminar la tensión residual, ν∑-100 caerá bruscamente de 3,8 Kgf.m a 2.1Kgf.m ya no puede cumplir con los requisitos.El metal de soldadura formado por soldadura con alambre de soldadura de la serie 4.5% Ni-0.2% Mo tiene una tendencia mucho menor a la fragilización por temple.El uso de este alambre de soldadura puede evitar las dificultades anteriores.
(3) acero 9Ni
El acero 9Ni generalmente se trata térmicamente mediante enfriamiento y revenido o normalización y revenido dos veces para maximizar su tenacidad a baja temperatura.Pero el metal de soldadura de este acero no puede tratarse térmicamente como se indicó anteriormente.Por lo tanto, es difícil obtener un metal de soldadura con una tenacidad a baja temperatura comparable a la del metal base si se utilizan consumibles de soldadura a base de hierro.En la actualidad, se utilizan principalmente materiales de soldadura con alto contenido de níquel.Las soldaduras depositadas por tales materiales de soldadura serán completamente austeníticas.Aunque tiene las desventajas de una menor resistencia que el material base de acero 9Ni y precios muy altos, la fractura frágil ya no es un problema grave para él.
De lo anterior, se puede saber que debido a que el metal de soldadura es completamente austenítico, la tenacidad a baja temperatura del metal de soldadura utilizado para soldar con electrodos y alambres es completamente comparable a la del metal base, pero la resistencia a la tracción y el límite elástico son más bajo que el metal base.El acero que contiene níquel es autoendurecible, por lo que la mayoría de los electrodos y alambres prestan atención a limitar el contenido de carbono para lograr una buena soldabilidad.
Mo es un elemento de refuerzo importante en los materiales de soldadura, mientras que Nb, Ta, Ti y W son elementos de endurecimiento importantes, a los que se les ha prestado toda la atención en la selección de materiales de soldadura.
Cuando se usa el mismo alambre de soldadura para soldar, la resistencia y tenacidad del metal de soldadura de la soldadura por arco sumergido son peores que las de la soldadura MIG, lo que puede deberse a la ralentización de la velocidad de enfriamiento de la soldadura y la posible infiltración de impurezas o Si del flujo de.
3. Soldadura de tubería de acero a baja temperatura A333-GR6
1) Análisis de soldabilidad del acero A333-GR6
El acero A333–GR6 pertenece al acero de baja temperatura, la temperatura de servicio mínima es de -70 ℃ y generalmente se suministra en estado normalizado o normalizado y templado.El acero A333-GR6 tiene un bajo contenido de carbono, por lo que la tendencia al endurecimiento y al agrietamiento en frío son relativamente pequeñas, el material tiene buena tenacidad y plasticidad, generalmente no es fácil producir defectos de endurecimiento y agrietamiento, y tiene buena soldabilidad.El alambre de soldadura por arco de argón ER80S-Ni1 se puede usar con el electrodo W707Ni, use soldadura de unión eléctrica con argón o use alambre de soldadura por arco de argón ER80S-Ni1 y use soldadura por arco de argón completo para garantizar una buena tenacidad de las juntas soldadas.La marca de alambre y electrodo de soldadura por arco de argón también puede elegir productos con el mismo rendimiento, pero solo se pueden usar con el consentimiento del propietario.
2) Proceso de soldadura
Para conocer los métodos detallados del proceso de soldadura, consulte el libro de instrucciones del proceso de soldadura o WPS.Durante la soldadura, se adoptan juntas a tope tipo I y soldadura por arco de argón completo para tuberías con un diámetro inferior a 76,2 mm;para tuberías con un diámetro superior a 76,2 mm, se realizan ranuras en forma de V y se utiliza el método de soldadura combinada argón-eléctrica con cebado por arco de argón y relleno multicapa o El método de soldadura por arco de argón completo.El método específico es seleccionar el método de soldadura correspondiente de acuerdo con la diferencia en el diámetro de la tubería y el espesor de la pared de la tubería en el WPS aprobado por el propietario.
3) proceso de tratamiento térmico
(1) Precalentamiento antes de soldar
Cuando la temperatura ambiente es inferior a 5 °C, la soldadura debe precalentarse y la temperatura de precalentamiento es de 100-150 °C;el rango de precalentamiento es de 100 mm en ambos lados de la soldadura;se calienta con una llama de oxiacetileno (llama neutra) y se mide la temperatura La pluma mide la temperatura a una distancia de 50-100 mm del centro de la soldadura, y los puntos de medición de temperatura se distribuyen uniformemente para controlar mejor la temperatura .
(2) Tratamiento térmico posterior a la soldadura
Para mejorar la tenacidad a la muesca del acero de baja temperatura, los materiales generalmente utilizados han sido templados y revenidos.El tratamiento térmico posterior a la soldadura inadecuado a menudo deteriora su rendimiento a baja temperatura, al que se debe prestar suficiente atención.Por lo tanto, a excepción de las condiciones de gran espesor de soldadura o condiciones de restricción muy severas, el tratamiento térmico posterior a la soldadura generalmente no se lleva a cabo para el acero de baja temperatura.Por ejemplo, la soldadura de nuevas tuberías de GLP en CSPC no requiere tratamiento térmico posterior a la soldadura.Si en algunos proyectos se requiere un tratamiento térmico posterior a la soldadura, la velocidad de calentamiento, el tiempo de temperatura constante y la velocidad de enfriamiento del tratamiento térmico posterior a la soldadura deben cumplir estrictamente con las siguientes normas:
Cuando la temperatura supera los 400 ℃, la tasa de calentamiento no debe exceder los 205 × 25/δ ℃/h y no debe exceder los 330 ℃/h. El tiempo de temperatura constante debe ser de 1 hora por cada 25 mm de espesor de pared y no menos de 15 minutos.Durante el período de temperatura constante, la diferencia de temperatura entre la temperatura más alta y la más baja debe ser inferior a 65 ℃.
Después de una temperatura constante, la tasa de enfriamiento no debe ser superior a 65 × 25/δ ℃/h y no debe ser superior a 260 ℃/h.Se permite el enfriamiento natural por debajo de 400 ℃.Equipo de tratamiento térmico tipo TS-1 controlado por ordenador.
4) Precauciones
(1) Precaliente estrictamente de acuerdo con las regulaciones y controle la temperatura de la capa intermedia, y la temperatura de la capa intermedia se controla a 100-200 ℃.Cada cordón de soldadura se soldará a la vez y, si se interrumpe, se tomarán medidas de enfriamiento lento.
(2) Está estrictamente prohibido que el arco raye la superficie de la soldadura.El cráter del arco debe rellenarse y los defectos deben rectificarse con una muela abrasiva cuando el arco está cerrado.Las uniones entre capas de soldadura multicapa deben estar al tresbolillo.
(3) Controle estrictamente la energía de la línea, adopte corriente pequeña, bajo voltaje y soldadura rápida.La longitud de soldadura de cada electrodo W707Ni con un diámetro de 3,2 mm debe ser superior a 8 cm.
(4) Debe adoptarse el modo de operación de arco corto y sin balanceo.
(5) Se debe adoptar el proceso de penetración total y debe llevarse a cabo en estricta conformidad con los requisitos de la especificación del proceso de soldadura y la tarjeta del proceso de soldadura.
(6) El refuerzo de la soldadura es de 0 ~ 2 mm y el ancho de cada lado de la soldadura es ≤ 2 mm.
(7) Las pruebas no destructivas se pueden realizar al menos 24 horas después de calificar la inspección visual de la soldadura.Las soldaduras a tope de tuberías estarán sujetas a JB 4730-94.
(8) Norma “Recipientes a Presión: Pruebas no destructivas de Recipientes a Presión”, calificada Clase II.
(9) La reparación de soldadura debe realizarse antes del tratamiento térmico posterior a la soldadura.Si es necesaria la reparación después del tratamiento térmico, la soldadura debe volver a calentarse después de la reparación.
(10) Si la dimensión geométrica de la superficie de la soldadura excede el estándar, se permite el esmerilado y el espesor después del esmerilado no debe ser menor que el requisito de diseño.
(11) Para defectos generales de soldadura, se permite un máximo de dos reparaciones.Si las dos reparaciones aún no están calificadas, la soldadura debe cortarse y volver a soldarse de acuerdo con el proceso de soldadura completo.
Hora de publicación: 21-jun-2023
