1. Visão geral do aço criogênico
1) Os requisitos técnicos para o aço de baixa temperatura são geralmente: resistência e tenacidade suficientes em um ambiente de baixa temperatura, bom desempenho de soldagem, desempenho de processamento e resistência à corrosão, etc. Entre eles, a tenacidade a baixa temperatura, ou seja, a capacidade prevenir a ocorrência e expansão de fratura frágil em baixa temperatura é o fator mais importante.Portanto, os países geralmente estipulam um determinado valor de tenacidade 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 desfosforação precoce a baixa temperatura deve ser realizada 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 uma influência decisiva na estrutura metalográfica e no tamanho de grão do aço de baixa temperatura, o que também afeta a tenacidade do aço em baixa temperatura.Após o tratamento de têmpera e revenimento, a tenacidade a baixa temperatura 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 cromo-manganês ou cromo-manganês-níquel austenítico 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 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 de baixa temperatura muito bom.Possui boa tenacidade a baixa temperatura, 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.No entanto, 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 de 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 de baixa temperatura da junta soldada e prevenir a ocorrência de trincas de soldagem.
1) Processamento de bisel
A forma do sulco das juntas soldadas de aço de baixa temperatura não é diferente, em princípio, do aço carbono comum, aço de baixa liga ou aço inoxidável e pode ser tratada como de costume.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 de oxiacetileno.Só que a velocidade de corte é um pouco mais lenta ao cortar aço 9Ni a gás do que ao cortar 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 auto-endurecimento do aço contendo níquel, a superfície cortada irá endurecer.Para garantir o desempenho satisfatório da junta soldada, é melhor usar um rebolo para esmerilhar a superfície da superfície cortada antes de soldar.
A goivagem a arco pode ser usada se o cordão de solda ou o metal de 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 soldado em várias posições de soldagem.A entrada de calor de soldagem é de cerca de 18-30KJ/cm.Se for usado um eletrodo de baixo teor de hidrogênio, uma junta soldada completamente satisfatória pode ser obtida.Não apenas as propriedades mecânicas são boas, mas a tenacidade ao entalhe também é muito 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 a 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 assim uma tendência maior de geração de trincas a quente.Além disso, muitas vezes impurezas e Si podem entrar no metal de solda a partir do fluxo, o que estimulará ainda mais essa tendência.Portanto, ao usar soldagem a arco submerso, preste atenção à seleção do fio de solda e do fluxo e opere com cuidado.
As juntas soldadas por soldagem com proteção de gás CO2 têm baixa tenacidade, portanto, não são usadas na soldagem de aço a baixa temperatura.
A soldagem a arco de argônio de tungstênio (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 a baixa temperatura.Sua entrada de calor de soldagem é 23-40KJ/cm.De acordo com o método de transferência de gotas, pode ser dividido em três tipos: processo de transferência de curto-circuito (menor entrada de calor), processo de transferência de jato (maior entrada de calor) e processo de transferência de jato de pulso (maior entrada de calor).A soldagem MIG de transição de curto-circuito tem o problema de penetração insuficiente e pode ocorrer o defeito de fusão ruim.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 em argônio puro como gás de proteção.As porcentagens apropriadas devem ser determinadas testando o aço particular 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 usado.Forma da junta e forma do sulco e outras características necessárias para escolher.Para o aço de baixa temperatura, a coisa mais importante a se prestar atenção é fazer com que o metal de solda tenha tenacidade de baixa temperatura o suficiente para combinar com o metal de base e minimizar o conteúdo de hidrogênio difusível nele.
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(1) Aço desoxidado de alumínio
O aço desoxidado com 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 de 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 multicamada com eletrodos finos de ≤¢3 ~ 3,2 mm, de modo que o ciclo de calor secundário da camada superior da solda possa ser usado para refinar os grãos.
A tenacidade ao impacto do metal de solda soldado com eletrodo da série Si-Mn diminuirá acentuadamente a 50 ℃ com o aumento da entrada de calor.Por exemplo, quando a entrada de calor aumenta de 18KJ/cm para 30KJ/cm, a tenacidade perde mais de 60%.Os eletrodos de soldagem das séries 1,5%Ni e 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 solda usado na soldagem a 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 arame de solda 2,5%Ni—0,8%Cr—0,5%Mo ou 2%Ni, combinado com fluxo apropriado, o valor médio da tenacidade Charpy do metal de solda a -55°C pode chegar a 56-70J (5,7 ~7,1Kgf.m).Mesmo quando são usados arames de solda de 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 combinação de Si e Mn no metal de solda.Prova de teste.Os diferentes teores de Si e Mn no metal de solda irão alterar muito o valor da tenacidade Charpy.Os teores 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 solda e Esteja ciente disso ao soldar.
A soldagem a arco de argônio de tungstênio e a soldagem de arco de argônio de metal são menos usadas em aço desoxidado de alumínio.Os fios de soldagem acima para soldagem a arco submerso também podem ser usados para soldagem a 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 a fórmula de Wilkinson (5) mostra, o Mn é um elemento inibidor de trincamento a quente para aço de baixa temperatura com 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 em crateras de arco.Isso deve ser levado em consideração ao escolher a combinação de arame de solda e fluxo.
O aço 3,5Ni tende a ser revenido 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 pode mais atender aos requisitos.O metal de solda formado pela soldagem com fio de solda da série 4,5%Ni-0,2%Mo tem uma tendência muito menor de fragilização por revenimento.O uso deste fio de solda pode evitar as dificuldades acima.
(3) aço 9Ni
O aço 9Ni geralmente é tratado termicamente por têmpera e revenimento ou normalização e revenimento duas vezes para maximizar sua tenacidade a baixa temperatura.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 baixa temperatura comparável à do metal base se forem usados consumíveis de soldagem à base de ferro.Atualmente, os materiais de soldagem com alto teor de níquel são usados principalmente.As soldas depositadas por tais materiais de soldagem serão completamente austeníticas.Embora tenha as desvantagens de menor resistência do que o material de base de aço 9Ni e preços muito caros, a fratura frágil não é mais um problema sério para ele.
Pelo exposto, pode-se saber que, como o metal de solda é completamente austenítico, a tenacidade a baixa temperatura do metal de solda usado para soldagem com eletrodos e fios é completamente comparável à do metal de base, mas a resistência à tração e o ponto de escoamento são inferior ao metal base.O aço contendo níquel é auto-endurecível, então a maioria dos eletrodos e fios prestam atenção para limitar o teor de carbono a fim de 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 endurecimento, que receberam total atenção na seleção de materiais de soldagem.
Quando o mesmo fio de solda é usado para soldagem, a resistência e a tenacidade do metal de solda da soldagem a 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 tubo 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 -70 ℃ e geralmente é fornecido em estado normalizado ou normalizado e revenido.O aço A333-GR6 tem baixo teor de carbono, portanto a tendência de endurecimento e trinca a frio é relativamente pequena, o material tem boa tenacidade e plasticidade, geralmente não é fácil produzir defeitos de endurecimento e trinca e tem boa soldabilidade.O fio de soldagem a arco de argônio ER80S-Ni1 pode ser usado com o eletrodo W707Ni, use soldagem de junta elétrica de argônio ou use o fio de soldagem a arco de argônio ER80S-Ni1 e use soldagem de arco de argônio completo para garantir boa resistência das juntas soldadas.A marca de arame e eletrodo de arco de argônio também pode escolher produtos com o mesmo desempenho, mas só podem ser usados com o consentimento do proprietário.
2) Processo de soldagem
Para métodos de processo de soldagem detalhados, 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 primário de arco de argônio e enchimento multicamada ou O método de soldagem a arco de argônio total.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 uma chama de 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 controle da temperatura .
(2) Tratamento térmico pós-soldagem
A fim de melhorar a tenacidade ao entalhe do aço de baixa temperatura, os materiais geralmente utilizados são temperados e revenidos.O tratamento térmico pós-soldagem inadequado geralmente deteriora seu desempenho em baixa temperatura, ao qual deve ser dada bastante atenção.Portanto, exceto para as condições de grande espessura de solda 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 novos dutos 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 por cada 25 mm de espessura de parede 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 do interlayer, e a temperatura do interlayer 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 solda 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 as camadas de soldagem multicamada 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 deve ser realizado em estrita conformidade com os requisitos da especificação do processo de soldagem e do cartão 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) Testes não destrutivos podem ser realizados pelo menos 24 horas após a qualificação da inspeção visual da solda.Soldas de topo de tubulação devem estar sujeitas a JB 4730-94.
(8) Norma “Vasos de Pressão: Ensaios Não Destrutivos de Vasos de Pressão”, Classe II qualificada.
(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 deve 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 permitidos no máximo dois reparos.Se os dois reparos ainda não forem qualificados, a solda deve ser cortada e soldada novamente de acordo com o processo de soldagem completo.
Horário da postagem: 21 de junho de 2023
