1. Visão geral do aço criogênico
1) Os requisitos técnicos para aço de baixa temperatura são geralmente: resistência suficiente e tenacidade suficiente em um ambiente de baixa temperatura, bom desempenho de soldagem, desempenho de processamento e resistência à corrosão, etc. prevenir a ocorrência e expansão de fraturas frágeis em baixa temperatura é o fator mais importante. Portanto, os países geralmente estipulam um certo valor de resistência ao impacto na temperatura mais baixa.
2) Entre os componentes do aço de baixa temperatura, geralmente acredita-se que elementos como carbono, silício, fósforo, enxofre e nitrogênio deterioram a tenacidade a baixa temperatura, e o fósforo é o mais prejudicial, portanto, a desfosforização precoce em baixa temperatura deve ser realizado durante a fundição. Elementos como manganês e níquel podem melhorar a resistência a baixas temperaturas. Para cada aumento de 1% no teor de níquel, a temperatura crítica de transição frágil pode ser reduzida em cerca de 20°C.
3) O processo de tratamento térmico tem influência decisiva na estrutura metalográfica e no tamanho do grão do aço de baixa temperatura, o que também afeta a tenacidade do aço em baixa temperatura. Após o tratamento de têmpera e revenido, a tenacidade a baixas temperaturas é obviamente melhorada.
4) De acordo com os diferentes métodos de conformação a quente, o aço de baixa temperatura pode ser dividido em aço fundido e aço laminado. De acordo com a diferença de composição e estrutura metalográfica, o aço de baixa temperatura pode ser dividido em: aço de baixa liga, aço 6% níquel, aço 9% níquel, aço austenítico cromo-manganês ou cromo-manganês-níquel e aço inoxidável austenítico cromo-níquel espere. O aço de baixa liga é geralmente usado em uma faixa de temperatura de cerca de -100°C para a fabricação de equipamentos de refrigeração, equipamentos de transporte, salas de armazenamento de vinil e equipamentos petroquímicos. Nos Estados Unidos, Reino Unido, Japão e outros países, o aço com 9% de níquel é amplamente utilizado em estruturas de baixa temperatura a 196°C, como tanques de armazenamento para armazenamento e transporte de biogás liquefeito e metano, equipamentos para armazenamento de oxigênio líquido e fabricação de oxigênio líquido e nitrogênio líquido. O aço inoxidável austenítico é um material estrutural muito bom para baixas temperaturas. Possui boa tenacidade a baixas temperaturas, excelente desempenho de soldagem e baixa condutividade térmica. É amplamente utilizado em campos de baixa temperatura, como navios-tanque de transporte e tanques de armazenamento de hidrogênio líquido e oxigênio líquido. Porém, por conter mais cromo e níquel, é mais caro.
2. Visão geral da construção de soldagem de aço de baixa temperatura
Ao selecionar o método de construção por soldagem e as condições de construção do aço de baixa temperatura, o foco do problema está nos dois aspectos a seguir: prevenir a deterioração da tenacidade a baixa temperatura da junta soldada e prevenir a ocorrência de trincas de soldagem.
1) Processamento de bisel
A forma da ranhura das juntas soldadas de aço de baixa temperatura não é diferente, em princípio, daquela do aço carbono comum, aço de baixa liga ou aço inoxidável e pode ser tratada normalmente. Mas para 9Ni Gang, o ângulo de abertura da ranhura é preferencialmente não inferior a 70 graus, e a borda romba é preferencialmente não inferior a 3 mm.
Todos os aços de baixa temperatura podem ser cortados com maçarico oxiacetileno. Acontece que a velocidade de corte é um pouco mais lenta no corte a gás do aço 9Ni do que no corte a gás do aço estrutural de carbono comum. Se a espessura do aço exceder 100 mm, a aresta de corte pode ser pré-aquecida a 150-200°C antes do corte a gás, mas não mais que 200°C.
O corte a gás não tem efeitos adversos nas áreas afetadas pelo calor da soldagem. No entanto, devido às propriedades de autoendurecimento do aço contendo níquel, a superfície de corte irá endurecer. Para garantir o desempenho satisfatório da junta soldada, é melhor usar um rebolo para lixar a superfície cortada antes da soldagem.
A goivagem por arco pode ser usada se o cordão de solda ou o metal base for removido durante a construção da soldagem. No entanto, a superfície do entalhe ainda deve ser lixada antes de reaplicar.
A goivagem com chama de oxiacetileno não deve ser usada devido ao perigo de superaquecimento do aço.
2) Seleção do método de soldagem
Os métodos típicos de soldagem disponíveis para aço de baixa temperatura incluem soldagem a arco, soldagem a arco submerso e soldagem a arco de argônio com eletrodo fundido.
A soldagem a arco é o método de soldagem mais comumente usado para aço de baixa temperatura e pode ser soldada em várias posições de soldagem. A entrada de calor de soldagem é de cerca de 18-30KJ/cm. Se for utilizado um eletrodo do tipo com baixo teor de hidrogênio, uma junta soldada completamente satisfatória pode ser obtida. Não apenas as propriedades mecânicas são boas, mas a tenacidade do entalhe também é bastante boa. Além disso, a máquina de solda a arco é simples e barata, o investimento no equipamento é pequeno e não é afetado pela posição e direção. vantagens como limitações.
A entrada de calor da soldagem por arco submerso de aço de baixa temperatura é de cerca de 10-22KJ/cm. Devido ao seu equipamento simples, alta eficiência de soldagem e operação conveniente, é amplamente utilizado. Porém, devido ao efeito de isolamento térmico do fluxo, a taxa de resfriamento será desacelerada, havendo maior tendência à geração de trincas a quente. Além disso, impurezas e Si podem frequentemente entrar no metal de solda a partir do fluxo, o que incentivará ainda mais esta tendência. Portanto, ao usar soldagem por arco submerso, preste atenção à seleção do fio e fluxo de soldagem e opere com cuidado.
As juntas soldadas por soldagem com proteção de gás CO2 apresentam baixa tenacidade, portanto não são utilizadas na soldagem de aço em baixa temperatura.
A soldagem a arco de tungstênio e argônio (soldagem TIG) geralmente é realizada manualmente e sua entrada de calor de soldagem é limitada a 9-15KJ/cm. Portanto, embora as juntas soldadas tenham propriedades completamente satisfatórias, elas são completamente inadequadas quando a espessura do aço excede 12mm.
A soldagem MIG é o método de soldagem automática ou semiautomática mais amplamente utilizado na soldagem de aço em baixa temperatura. Sua entrada de calor de soldagem é de 23-40KJ/cm. De acordo com o método de transferência de gotículas, ele pode ser dividido em três tipos: processo de transferência por curto-circuito (menor aporte de calor), processo de transferência a jato (maior aporte de calor) e processo de transferência por jato pulsado (maior aporte de calor). A soldagem MIG de transição de curto-circuito tem o problema de penetração insuficiente e pode ocorrer defeito de fusão deficiente. Existem problemas semelhantes com outros fluxos MIG, mas em graus diferentes. A fim de tornar o arco mais concentrado para alcançar uma penetração satisfatória, vários por cento a dezenas de por cento de CO2 ou O2 podem ser infiltrados no argônio puro como gás de proteção. As porcentagens apropriadas serão determinadas através de testes para o aço específico que está sendo soldado.
3) Seleção de materiais de soldagem
Os materiais de soldagem (incluindo haste de soldagem, fio de soldagem e fluxo, etc.) geralmente devem ser baseados no método de soldagem utilizado. Forma da junta e formato da ranhura e outras características necessárias para escolher. Para aço de baixa temperatura, a coisa mais importante a se prestar atenção é fazer com que o metal de solda tenha tenacidade a baixa temperatura suficiente para corresponder ao metal base e minimizar o conteúdo de hidrogênio difusível nele.
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(1) Aço desoxidado de alumínio
O aço desoxidado de alumínio é um tipo de aço muito sensível à influência da taxa de resfriamento após a soldagem. A maioria dos eletrodos usados na soldagem a arco manual de aço desoxidado de alumínio são eletrodos de baixo hidrogênio Si-Mn ou eletrodos de 1,5% Ni e 2,0% Ni.
A fim de reduzir a entrada de calor de soldagem, o aço desoxidado de alumínio geralmente adota apenas soldagem multicamadas com eletrodos finos de ≤¢3 ~ 3,2 mm, de modo que o ciclo térmico secundário da camada superior da solda possa ser usado para refinar os grãos.
A resistência ao impacto do metal de solda soldado com eletrodo da série Si-Mn diminuirá drasticamente a 50°C com o aumento da entrada de calor. Por exemplo, quando a entrada de calor aumenta de 18KJ/cm para 30KJ/cm, a tenacidade perderá mais de 60%. Os eletrodos de soldagem da série 1,5% Ni e da série 2,5% Ni não são muito sensíveis a isso, portanto, é melhor escolher esse tipo de eletrodo para soldagem.
A soldagem por arco submerso é um método de soldagem automática comumente usado para aço desoxidado de alumínio. O fio de soldagem usado na soldagem por arco submerso é preferencialmente do tipo que contém 1,5~3,5% de níquel e 0,5~1,0% de molibdênio.
De acordo com a literatura, com fio de soldagem 2,5%Ni—0,8%Cr—0,5%Mo ou 2%Ni, combinado com fluxo apropriado, o valor médio de tenacidade Charpy do metal de solda a -55°C pode atingir 56-70J (5,7 ~7,1Kgf.m). Mesmo quando são usados fio de soldagem com 0,5% Mo e fluxo básico de liga de manganês, desde que a entrada de calor seja controlada abaixo de 26KJ/cm, metal de solda com ν∑-55=55J (5,6Kgf.m) ainda pode ser produzido.
Ao selecionar o fluxo, deve-se prestar atenção à correspondência de Si e Mn no metal de solda. Prova de teste. Os diferentes teores de Si e Mn no metal de solda alterarão bastante o valor da tenacidade Charpy. Os conteúdos de Si e Mn com o melhor valor de tenacidade são 0,1 ~ 0,2% Si e 0,7 ~ 1,1% Mn. Ao selecionar o fio de soldagem e esteja ciente disso ao soldar.
A soldagem a arco de tungstênio e argônio e a soldagem a arco de argônio metálico são menos usadas em aço desoxidado de alumínio. Os fios de soldagem acima para soldagem por arco submerso também podem ser usados para soldagem por arco de argônio.
(2) aço 2,5Ni e 3,5Ni
A soldagem por arco submerso ou soldagem MIG de aço 2,5Ni e aço 3,5Ni geralmente pode ser soldada com o mesmo fio de soldagem do material de base. Mas, assim como mostra a fórmula de Wilkinson (5), o Mn é um elemento inibidor de trinca a quente para aços de baixa temperatura e baixo teor de níquel. Manter o teor de manganês no metal de solda em cerca de 1,2% é muito benéfico para evitar trincas a quente, como trincas de crateras de arco. Isto deve ser levado em consideração ao escolher a combinação de fio de soldagem e fluxo.
O aço 3,5Ni tende a ser temperado e fragilizado, portanto, após o tratamento térmico pós-soldagem (por exemplo, 620°C × 1 hora, depois resfriamento do forno) para eliminar a tensão residual, ν∑-100 cairá drasticamente de 3,8 Kgf.m para 2,1Kgf.m não consegue mais atender aos requisitos. O metal de solda formado pela soldagem com fio de soldagem da série 4,5% Ni-0,2% Mo tem tendência muito menor de fragilização por têmpera. Usar este fio de soldagem pode evitar as dificuldades acima.
(3) aço 9Ni
O aço 9Ni é geralmente tratado termicamente por têmpera e revenido ou normalização e revenido duas vezes para maximizar sua tenacidade a baixas temperaturas. Mas o metal de solda deste aço não pode ser tratado termicamente como acima. Portanto, é difícil obter um metal de solda com tenacidade a baixas temperaturas comparável à do metal base se forem utilizados consumíveis de soldagem à base de ferro. Atualmente, são usados principalmente materiais de soldagem com alto teor de níquel. As soldas depositadas por tais materiais de soldagem serão completamente austeníticas. Embora tenha as desvantagens de menor resistência do que o material base de aço 9Ni e preços muito caros, a fratura frágil não é mais um problema sério para ele.
Do exposto, pode-se saber que, como o metal de solda é completamente austenítico, a tenacidade a baixas temperaturas do metal de solda usado para soldagem com eletrodos e fios é completamente comparável à do metal base, mas a resistência à tração e o ponto de escoamento são inferior ao metal base. O aço contendo níquel é auto-endurecível, portanto a maioria dos eletrodos e fios prestam atenção à limitação do teor de carbono para obter uma boa soldabilidade.
Mo é um importante elemento de reforço em materiais de soldagem, enquanto Nb, Ta, Ti e W são importantes elementos de reforço, aos quais foi dada total atenção na seleção de materiais de soldagem.
Quando o mesmo fio de soldagem é usado para soldagem, a resistência e a tenacidade do metal de solda da soldagem por arco submerso são piores do que as da soldagem MIG, o que pode ser causado pela desaceleração da taxa de resfriamento da solda e pela possível infiltração de impurezas ou Si do fluxo de.
3. Soldagem de tubos de aço de baixa temperatura A333-GR6
1) Análise de soldabilidade do aço A333-GR6
O aço A333 – GR6 pertence ao aço de baixa temperatura, a temperatura mínima de serviço é de -70 ℃ e geralmente é fornecido no estado normalizado ou normalizado e revenido. O aço A333-GR6 tem baixo teor de carbono, portanto a tendência de endurecimento e de trinca a frio são relativamente pequenas, o material tem boa tenacidade e plasticidade, geralmente não é fácil produzir defeitos de endurecimento e trincas e tem boa soldabilidade. O fio de soldagem a arco de argônio ER80S-Ni1 pode ser usado com eletrodo W707Ni, use soldagem de junta elétrica de argônio ou use fio de soldagem a arco de argônio ER80S-Ni1 e use soldagem a arco de argônio completo para garantir boa resistência das juntas soldadas. A marca de fio e eletrodo de soldagem a arco de argônio também pode escolher produtos com o mesmo desempenho, mas só podem ser utilizados com o consentimento do proprietário.
2) Processo de soldagem
Para métodos detalhados do processo de soldagem, consulte o livro de instruções do processo de soldagem ou WPS. Durante a soldagem, a junta de topo tipo I e a soldagem a arco de argônio total são adotadas para tubos com diâmetro inferior a 76,2 mm; para tubos com diâmetro superior a 76,2 mm, são feitas ranhuras em forma de V e é usado o método de soldagem combinada argônio-elétrica com escorva de arco de argônio e enchimento multicamadas ou O método de soldagem a arco de argônio completo. O método específico é selecionar o método de soldagem correspondente de acordo com a diferença no diâmetro do tubo e na espessura da parede do tubo no WPS aprovado pelo proprietário.
3) Processo de tratamento térmico
(1) Pré-aquecimento antes da soldagem
Quando a temperatura ambiente é inferior a 5 °C, a soldagem precisa ser pré-aquecida e a temperatura de pré-aquecimento é de 100-150 °C; a faixa de pré-aquecimento é de 100 mm em ambos os lados da solda; é aquecido com chama oxiacetileno (chama neutra) e a temperatura é medida A caneta mede a temperatura a uma distância de 50-100 mm do centro da solda, e os pontos de medição de temperatura são distribuídos uniformemente para melhor controlar a temperatura .
(2) Tratamento térmico pós-soldagem
A fim de melhorar a tenacidade ao entalhe do aço de baixa temperatura, os materiais geralmente utilizados foram temperados e revenidos. O tratamento térmico pós-soldagem inadequado geralmente deteriora seu desempenho em baixas temperaturas, ao qual deve-se prestar bastante atenção. Portanto, exceto para condições de grande espessura de soldagem ou condições de restrição muito severas, o tratamento térmico pós-soldagem geralmente não é realizado para aço de baixa temperatura. Por exemplo, a soldagem de novas tubulações de GLP em CSPC não requer tratamento térmico pós-soldagem. Se o tratamento térmico pós-soldagem for realmente necessário em alguns projetos, a taxa de aquecimento, o tempo de temperatura constante e a taxa de resfriamento do tratamento térmico pós-soldagem devem estar estritamente de acordo com os seguintes regulamentos:
Quando a temperatura sobe acima de 400 ℃, a taxa de aquecimento não deve exceder 205 × 25/δ ℃/h e não deve exceder 330 ℃/h. O tempo de temperatura constante deve ser de 1 hora para cada espessura de parede de 25 mm e não inferior a 15 minutos. Durante o período de temperatura constante, a diferença de temperatura entre a temperatura mais alta e a mais baixa deve ser inferior a 65 ℃.
Após temperatura constante, a taxa de resfriamento não deve ser superior a 65 × 25/δ ℃/h e não deve ser superior a 260 ℃/h. O resfriamento natural é permitido abaixo de 400 ℃. Equipamento de tratamento térmico tipo TS-1 controlado por computador.
4) Precauções
(1) Pré-aqueça estritamente de acordo com os regulamentos e controle a temperatura da camada intermediária, e a temperatura da camada intermediária é controlada em 100-200 ℃. Cada costura de soldagem deve ser soldada de uma só vez e, se for interrompida, devem ser tomadas medidas de resfriamento lento.
(2) A superfície da soldagem é estritamente proibida de ser arranhada pelo arco. A cratera do arco deve ser preenchida e os defeitos devem ser retificados com um rebolo quando o arco estiver fechado. As juntas entre camadas de soldagem multicamadas devem ser escalonadas.
(3) Controle estritamente a energia da linha, adote corrente pequena, baixa tensão e soldagem rápida. O comprimento de soldagem de cada eletrodo W707Ni com diâmetro de 3,2 mm deve ser superior a 8 cm.
(4) O modo de operação de arco curto e sem oscilação deve ser adotado.
(5) O processo de penetração total deve ser adotado e realizado em estrita conformidade com os requisitos da especificação do processo de soldagem e da ficha do processo de soldagem.
(6) O reforço da solda é de 0 ~ 2 mm e a largura de cada lado da solda é ≤ 2 mm.
(7) Os testes não destrutivos podem ser realizados pelo menos 24 horas após a qualificação da inspeção visual da solda. As soldas de topo de tubulações estarão sujeitas à JB 4730-94.
(8) Norma “Vasos de Pressão: Ensaios Não Destrutivos de Vasos de Pressão”, qualificada Classe II.
(9) O reparo da solda deve ser realizado antes do tratamento térmico pós-soldagem. Se o reparo for necessário após o tratamento térmico, a solda deverá ser reaquecida após o reparo.
(10) Se a dimensão geométrica da superfície de solda exceder o padrão, a retificação é permitida e a espessura após a retificação não deve ser inferior ao requisito do projeto.
(11) Para defeitos gerais de soldagem são permitidas no máximo duas reparações. Se os dois reparos ainda não forem qualificados, a solda deverá ser cortada e soldada novamente de acordo com o processo completo de soldagem.
Horário da postagem: 21 de junho de 2023
