סיכום שיטות פעולה מפורטות לריתוך פלדה בטמפרטורה נמוכה

1. סקירה של פלדה קריוגנית

1) הדרישות הטכניות לפלדה בטמפרטורה נמוכה הן בדרך כלל: חוזק מספק וקשיחות מספקת בסביבה בטמפרטורה נמוכה, ביצועי ריתוך טובים, ביצועי עיבוד ועמידות בפני קורוזיה וכו'. ביניהן, הקשיחות בטמפרטורה נמוכה, כלומר, היכולת כדי למנוע התרחשות והתרחבות של שבר שביר בטמפרטורה נמוכה הוא הגורם החשוב ביותר. לכן, מדינות בדרך כלל קובעות ערך קשיחות השפעה מסוימת בטמפרטורה הנמוכה ביותר.

2) בין המרכיבים של פלדה בטמפרטורה נמוכה, מקובל להאמין שאלמנטים כמו פחמן, סיליקון, זרחן, גופרית וחנקן פוגעים בקשיחות בטמפרטורות נמוכות, והזרחן הוא המזיק ביותר, ולכן יש לבצע דה-זרחן מוקדם בטמפרטורה נמוכה. מבוצע במהלך ההתכה. אלמנטים כמו מנגן וניקל יכולים לשפר את הקשיחות בטמפרטורה נמוכה. על כל עלייה של 1% בתכולת הניקל, ניתן להפחית את טמפרטורת המעבר הקריטית השבירה בכ-20 מעלות צלזיוס.

3) לתהליך הטיפול בחום יש השפעה מכרעת על המבנה המטאלוגרפי וגודל הגרגירים של פלדה בטמפרטורה נמוכה, מה שמשפיע גם על קשיחות הפלדה בטמפרטורה נמוכה. לאחר טיפול הרוויה וטמפרור, קשיחות הטמפרטורה הנמוכה משתפרת ללא ספק.

4) על פי שיטות היצירה החמה השונות, ניתן לחלק פלדה בטמפרטורה נמוכה לפלדה יצוקה ופלדה מגולגלת. על פי ההבדל בהרכב והמבנה המטאלוגרפי, ניתן לחלק פלדה בטמפרטורה נמוכה ל: פלדה מסגסוגת נמוכה, פלדת ניקל 6%, פלדת ניקל 9%, פלדה אוסטניטית כרום-מנגן או כרום-מנגן-ניקל ופלדת אל-חלד אוסטניטית כרום-ניקל לַחֲכוֹת. פלדה סגסוגת נמוכה משמשת בדרך כלל בטווח טמפרטורות של כ-100 מעלות צלזיוס לייצור ציוד קירור, ציוד תחבורה, חדרי אחסון ויניל וציוד פטרוכימי. בארצות הברית, בריטניה, יפן ומדינות נוספות, נעשה שימוש נרחב בפלדת ניקל 9% במבנים בטמפרטורה נמוכה ב-196 מעלות צלזיוס, כגון מיכלי אחסון לאחסון והובלה של ביוגז נוזלי ומתאן, ציוד לאחסון חמצן נוזלי , וייצור חמצן נוזלי וחנקן נוזלי. נירוסטה אוסטינית היא חומר מבני טוב מאוד בטמפרטורה נמוכה. יש לו קשיחות טובה בטמפרטורה נמוכה, ביצועי ריתוך מצוינים ומוליכות תרמית נמוכה. הוא נמצא בשימוש נרחב בשדות בטמפרטורה נמוכה, כגון מכליות הובלה ומיכלי אחסון למימן נוזלי וחמצן נוזלי. עם זאת, מכיוון שהוא מכיל יותר כרום וניקל, הוא יקר יותר.

2. סקירה של בניית ריתוך פלדה בטמפרטורה נמוכה

בבחירת שיטת בניית הריתוך ותנאי הבנייה של פלדה בטמפרטורה נמוכה, מוקד הבעיה הוא בשני ההיבטים הבאים: מניעת הידרדרות הקשיחות בטמפרטורה נמוכה של המפרק המרותך ומניעת התרחשות סדקי ריתוך.

1) עיבוד שפוע

צורת החריץ של חיבורי פלדה מרותכים בטמפרטורה נמוכה אינה שונה עקרונית מזו של פלדת פחמן רגילה, פלדת סגסוגת נמוכה או נירוסטה, וניתן להתייחס אליה כרגיל. אבל עבור 9Ni Gang, זווית הפתיחה של החריץ היא רצוי לא פחות מ-70 מעלות, והקצה הקהה רצוי לא פחות מ-3 מ"מ.

ניתן לחתוך את כל הפלדות בטמפרטורה נמוכה עם לפיד אוקסיאצטילן. רק שמהירות החיתוך מעט יותר איטית בעת חיתוך גז פלדת 9Ni מאשר בעת חיתוך גז פלדה מבנית פחמן רגילה. אם עובי הפלדה עולה על 100 מ"מ, ניתן לחמם את קצה החיתוך ל-150-200 מעלות צלזיוס לפני חיתוך גז, אך לא יותר מ-200 מעלות צלזיוס.

לחיתוך גז אין השפעות שליליות על האזורים המושפעים מחום הריתוך. עם זאת, בשל תכונות ההתקשות העצמית של פלדה המכילה ניקל, משטח החתך יתקשה. על מנת להבטיח ביצועים משביעי רצון של המפרק המרותך, עדיף להשתמש בגלגל השחזה כדי לטחון את פני השטח של משטח החתך נקי לפני הריתוך.

ניתן להשתמש בניקור קשת אם יש להסיר את חרוז הריתוך או מתכת הבסיס במהלך בניית הריתוך. עם זאת, עדיין יש לשייף את פני החריץ לפני היישום מחדש.

אין להשתמש בניקור להבה אוקסיאצטילן בגלל הסכנה של התחממות יתר של הפלדה.

2) בחירת שיטת הריתוך

שיטות ריתוך טיפוסיות הזמינות עבור פלדה בטמפרטורה נמוכה כוללות ריתוך קשת, ריתוך קשת שקוע וריתוך קשת ארגון אלקטרודה מותכת.

ריתוך קשת היא שיטת הריתוך הנפוצה ביותר עבור פלדה בטמפרטורה נמוכה, וניתן לרתך אותה בעמדות ריתוך שונות. קלט חום הריתוך הוא בערך 18-30KJ/cm. אם נעשה שימוש באלקטרודה דלת מימן, ניתן להשיג מפרק מרותך משביע רצון לחלוטין. לא רק התכונות המכניות טובות, אלא גם קשיחות החריצים טובה למדי. בנוסף, מכונת ריתוך הקשת פשוטה וזולה, והשקעת הציוד קטנה והיא אינה מושפעת מהמיקום והכיוון. יתרונות כמו מגבלות.

קלט החום של ריתוך קשת שקוע של פלדה בטמפרטורה נמוכה הוא בערך 10-22KJ/cm. בגלל הציוד הפשוט שלו, יעילות הריתוך הגבוהה והתפעול הנוחה שלו, הוא נמצא בשימוש נרחב. עם זאת, בשל השפעת בידוד החום של השטף, קצב הקירור יואט, ולכן ישנה נטייה גדולה יותר ליצור סדקים חמים. בנוסף, זיהומים ו-Si עלולים לחדור לרוב למתכת הריתוך מהשטף, מה שיעודד עוד יותר נטייה זו. לכן, בעת שימוש בריתוך קשת שקוע, שימו לב לבחירת חוטי הריתוך והשטף ופעלו בזהירות.

המפרקים המרותכים בריתוך מוגן גז CO2 הם בעלי קשיחות נמוכה, ולכן אינם משמשים בריתוך פלדה בטמפרטורה נמוכה.

ריתוך טונגסטן ארגון בקשת (ריתוך TIG) מבוצע בדרך כלל באופן ידני, והקלטת חום הריתוך שלו מוגבלת ל-9-15KJ/cm. לכן, למרות שלחיבורים מרותכים יש תכונות משביעות רצון לחלוטין, הם אינם מתאימים לחלוטין כאשר עובי הפלדה עולה על 12 מ"מ.

ריתוך MIG הוא שיטת הריתוך האוטומטית או החצי אוטומטית הנפוצה ביותר בריתוך פלדה בטמפרטורה נמוכה. קלט חום הריתוך שלו הוא 23-40KJ/cm. על פי שיטת העברת הטיפות, ניתן לחלק אותה לשלושה סוגים: תהליך העברת קצר חשמלי (כניסת חום נמוכה יותר), תהליך העברת סילון (קלט חום גבוה יותר) ותהליך העברת סילון דופק (תפוקת חום גבוהה ביותר). לריתוך MIG במעבר קצר יש בעיה של חדירה לא מספקת, ועלול להתרחש פגם של איחוי לקוי. בעיות דומות קיימות עם שטפי MIG אחרים, אך במידה שונה. על מנת להפוך את הקשת למרוכזת יותר כדי להשיג חדירה משביעת רצון, ניתן להחדיר כמה אחוזים עד עשרות אחוזים של CO2 או O2 לארגון הטהור כגז מגן. אחוזים מתאימים ייקבעו על ידי בדיקה עבור הפלדה המסוימת המרותכת.

3) בחירת חומרי ריתוך

חומרי ריתוך (כולל מוט ריתוך, חוט ריתוך ושטף וכו') צריכים להתבסס בדרך כלל על שיטת הריתוך המשמשת. צורת מפרקים וצורת חריץ ומאפיינים נחוצים אחרים לבחירה. עבור פלדה בטמפרטורה נמוכה, הדבר החשוב ביותר שיש לשים לב אליו הוא לגרום למתכת הריתוך להיות בעלת קשיחות בטמפרטורה נמוכה מספיק כדי להתאים למתכת הבסיס, ולמזער את תכולת המימן הניתן בה.

לריתוך Xinfa איכות מעולה ועמידות חזקה, לפרטים אנא בדוק:https://www.xinfatools.com/welding-cutting/

(1) פלדה מחומצנת מאלומיניום

פלדה מחומצנת מאלומיניום היא דרגת פלדה הרגישה מאוד להשפעת קצב הקירור לאחר הריתוך. רוב האלקטרודות המשמשות בריתוך קשת ידני של פלדה מחומצנת מאלומיניום הן אלקטרודות דל מימן Si-Mn או אלקטרודות 1.5% Ni ו-2.0% Ni.

על מנת להפחית את כניסת חום הריתוך, פלדה מחומצנת מאלומיניום מאמצת בדרך כלל רק ריתוך רב-שכבתי עם אלקטרודות דקות של ≤¢3~3.2 מ"מ, כך שניתן יהיה להשתמש במחזור החום המשני של השכבה העליונה של הריתוך כדי לעדן את הגרגרים.

קשיחות ההשפעה של מתכת הריתוך המרותכת באלקטרודה מסדרת Si-Mn תקטן בחדות ב-50℃ עם עליית כניסת החום. לדוגמה, כאשר כניסת החום תגדל מ-18KJ/cm ל-30KJ/cm, הקשיחות תאבד יותר מ-60%. אלקטרודות ריתוך מסדרת 1.5%Ni ו-2.5%Ni אינן רגישות מדי לכך, לכן עדיף לבחור סוג זה של אלקטרודה לריתוך.

ריתוך קשת שקוע הוא שיטת ריתוך אוטומטית הנפוצה עבור פלדה מרוקנת מאלומיניום. חוט הריתוך המשמש בריתוך קשת שקוע הוא עדיף מהסוג המכיל 1.5~3.5% ניקל ו-0.5~1.0% מוליבדן.

על פי הספרות, עם חוט ריתוך של 2.5%Ni—0.8%Cr—0.5%Mo או 2%Ni, בהתאמה לשטף מתאים, ערך הקשיחות הממוצעת של Charpy של מתכת הריתוך ב-55°C יכול להגיע ל-56-70J (5.7) ~7.1Kgf.m). גם כאשר משתמשים בשטף בסיסי של 0.5% ריתוך Mo וסגסוגת מנגן, כל עוד כניסת החום נשלטת מתחת ל-26KJ/cm, עדיין ניתן לייצר מתכת ריתוך עם ν∑-55=55J (5.6Kgf.m).

בעת בחירת שטף, יש לשים לב להתאמה של Si ו-Mn במתכת הריתוך. הוכחה למבחן. תכולות ה-Si וה-Mn השונות במתכת הריתוך ישנו מאוד את ערך הקשיחות של Charpy. תכולת Si ו-Mn עם ערך הקשיחות הטוב ביותר הן 0.1~0.2%Si ו-0.7~1.1%Mn. בעת בחירת חוט ריתוך וראה זאת בעת הלחמה.

ריתוך קשת טונגסטן ארגון וריתוך קשת ארגון מתכת נמצאים פחות בשימוש בפלדה מחומצנת מאלומיניום. חוטי הריתוך לעיל לריתוך קשת שקוע יכולים לשמש גם לריתוך בקשת ארגון.

(2) פלדה 2.5Ni ו-3.5Ni

ריתוך קשת שקוע או ריתוך MIG של פלדה 2.5Ni ופלדה 3.5Ni ניתן בדרך כלל לרתך עם אותו חוט ריתוך כמו חומר הבסיס. אבל בדיוק כפי שמראה הנוסחה של ווילקינסון (5), Mn הוא אלמנט מעכב פיצוח חם לפלדה בעלת ניקל נמוך בטמפרטורה נמוכה. שמירה על תכולת המנגן במתכת הריתוך על כ-1.2% מועילה מאוד למניעת סדקים חמים כגון סדקי מכתש קשת. יש לקחת זאת בחשבון בעת ​​בחירת השילוב של חוט ריתוך ושטף.

פלדת 3.5Ni נוטה להיות מחוסמת ומתפוררת, כך שלאחר טיפול בחום לאחר הריתוך (לדוגמה, 620°C×1 שעה, ולאחר מכן קירור תנור) כדי למנוע מתח שיורי, ν∑-100 יירד בחדות מ-3.8 ק"ג למטר. 2.1Kgf.m כבר לא יכול לעמוד בדרישות. למתכת הריתוך שנוצרת בריתוך עם חוט ריתוך מסדרת 4.5%Ni-0.2%Mo יש נטייה קטנה בהרבה להתפרקות מזג. שימוש בחוט ריתוך זה יכול למנוע את הקשיים שלעיל.

(3) פלדה 9Ni

פלדת 9Ni מטופלת בדרך כלל בחום על ידי כיבוי והשחתה או פעמיים נורמליזציה וטמפרור כדי למקסם את הקשיחות שלה בטמפרטורה נמוכה. אבל לא ניתן לטפל בחום במתכת הריתוך של פלדה זו. לכן, קשה להשיג מתכת ריתוך עם קשיחות בטמפרטורה נמוכה הדומה לזו של המתכת הבסיסית אם משתמשים בחומרי ריתוך מבוססי ברזל. כיום משתמשים בעיקר בחומרי ריתוך בניקל גבוה. הריתוכים המופקדים על ידי חומרי ריתוך כאלה יהיו אוסטניטיים לחלוטין. למרות שיש לו את החסרונות של חוזק נמוך יותר מחומר הבסיס מפלדת 9Ni ומחירים יקרים מאוד, שבר פריך הוא כבר לא בעיה רצינית עבורו.

מהאמור לעיל, ניתן לדעת שבגלל שמתכת הריתוך היא אוסטניטית לחלוטין, קשיחות הטמפרטורה הנמוכה של מתכת הריתוך המשמשת לריתוך עם אלקטרודות וחוטים דומה לחלוטין לזו של המתכת הבסיסית, אך חוזק המתיחה ונקודת התפוקה הם נמוך מהמתכת הבסיסית. פלדה המכילה ניקל מתקשה מעצמה, ולכן רוב האלקטרודות והחוטים שמים לב להגבלת תכולת הפחמן על מנת להשיג יכולת ריתוך טובה.

 Mo הוא אלמנט מחזק חשוב בחומרי ריתוך, בעוד Nb, Ta, Ti ו-W הם אלמנטים מחזקים חשובים, אשר זכו למלוא תשומת הלב בבחירת חומרי הריתוך.

 כאשר משתמשים באותו חוט ריתוך לריתוך, החוזק והקשיחות של מתכת הריתוך של ריתוך קשת שקוע גרועים מאלו של ריתוך MIG, מה שעלול להיגרם מהאטה בקצב קירור הריתוך והחדרה האפשרית של זיהומים או Si מהשטף של.

3. ריתוך צינור פלדה A333-GR6 בטמפרטורה נמוכה

1) ניתוח ריתוך של פלדה A333-GR6

פלדת A333–GR6 שייכת לפלדה בטמפרטורה נמוכה, טמפרטורת השירות המינימלית היא -70 ℃, והיא מסופקת בדרך כלל במצב מנורמל או מנורמל ומחוסם. פלדה A333-GR6 היא בעלת תכולת פחמן נמוכה, ולכן נטיית ההתקשות ונטיית הסדקים הקרים קטנים יחסית, החומר בעל קשיחות וגמישות טובה, בדרך כלל לא קל לייצר פגמי התקשות וסדקים, ובעל יכולת ריתוך טובה. ניתן להשתמש בחוט ריתוך ארגון ER80S-Ni1 עם אלקטרודת W707Ni, השתמש בריתוך מפרקים ארגון-חשמלי, או השתמש בחוט ריתוך ארגון ER80S-Ni1, והשתמש בריתוך ארגון מלא כדי להבטיח קשיחות טובה של חיבורים מרותכים. המותג של חוט ואלקטרודה לריתוך קשת ארגון יכול גם לבחור מוצרים עם אותם ביצועים, אך ניתן להשתמש בהם רק בהסכמת הבעלים.

2) תהליך ריתוך

לשיטות מפורטות של תהליך הריתוך, עיין בספר ההוראות של תהליך הריתוך או ב-WPS. במהלך הריתוך, ריתוך ריתוך קשת מסוג I וריתוך קשת מלא מאומצים לצינורות בקוטר של פחות מ-76.2 מ"מ; עבור צינורות בקוטר העולה על 76.2 מ"מ, נוצרים חריצים בצורת V, ומשתמשים בשיטת ריתוך שילוב ארגון-חשמלי עם תחול קשת ארגון ומילוי רב-שכבתי או השיטה של ​​ריתוך קשת ארגון מלא. השיטה הספציפית היא בחירת שיטת הריתוך המתאימה לפי ההבדל בקוטר הצינור ועובי דופן הצינור ב-WPS שאושר על ידי הבעלים.

3) תהליך טיפול בחום

(1) חימום לפני הריתוך

כאשר טמפרטורת הסביבה נמוכה מ-5 מעלות צלזיוס, יש לחמם את הריתוך מראש, וטמפרטורת החימום מראש היא 100-150 מעלות צלזיוס; טווח החימום מראש הוא 100 מ"מ משני צידי הריתוך; הוא מחומם עם להבת אוקסיאצטילן (להבה ניטרלית), והטמפרטורה נמדדת העט מודד את הטמפרטורה במרחק של 50-100 מ"מ ממרכז הריתוך, ונקודות מדידת הטמפרטורה מפוזרות באופן שווה כדי לשלוט טוב יותר בטמפרטורה .

(2) טיפול בחום לאחר ריתוך

על מנת לשפר את קשיחות החריצים של פלדה בטמפרטורה נמוכה, החומרים המשמשים בדרך כלל עברו הרוויה והתחממות. טיפול בחום לא תקין לאחר ריתוך מדרדר לעתים קרובות את הביצועים שלו בטמפרטורה נמוכה, שאליו יש לשים לב מספיק. לכן, למעט תנאים של עובי ריתוך גדול או תנאי ריסון קשים מאוד, טיפול בחום לאחר ריתוך לרוב לא מתבצע עבור פלדה בטמפרטורה נמוכה. לדוגמה, ריתוך של צינורות גפ"מ חדשים ב-CSPC אינו מצריך טיפול בחום לאחר ריתוך. אם אכן נדרש טיפול בחום לאחר ריתוך בחלק מהפרויקטים, קצב החימום, זמן הטמפרטורה הקבוע וקצב הקירור של טיפול החום לאחר הריתוך חייבים להיות בהתאם לתקנות הבאות:

כאשר הטמפרטורה עולה מעל 400 ℃, קצב החימום לא יעלה על 205 × 25/δ ℃/h, ולא יעלה על 330 ℃/h.  זמן הטמפרטורה הקבוע צריך להיות שעה לכל עובי דופן של 25 מ"מ, ולא פחות מ-15 דקות. במהלך תקופת הטמפרטורה הקבועה, הפרש הטמפרטורה בין הטמפרטורה הגבוהה והנמוכה ביותר צריך להיות נמוך מ-65 ℃.

לאחר טמפרטורה קבועה, קצב הקירור לא צריך להיות גדול מ-65 × 25/δ ℃/h, ולא צריך להיות גדול מ-260 ℃/h. קירור טבעי מותר מתחת ל-400 ℃. ציוד לטיפול בחום מסוג TS-1 נשלט על ידי מחשב.

4) אמצעי זהירות

(1) הקפד לחמם מראש בהתאם לתקנות, ולשלוט בטמפרטורת השכבה הבין-שכבתית, וטמפרטורת השכבה נשלטת ב-100-200 ℃. כל תפר ריתוך יהיה מרותך בבת אחת, ואם הוא נקטע, יינקטו אמצעי קירור איטי.

(2) חל איסור מוחלט על פני השטח של הריתוך להישרט על ידי הקשת. יש למלא את מכתש הקשת ולטחון את הפגמים בגלגל שחיקה כאשר הקשת סגורה. המפרקים בין שכבות של ריתוך רב-שכבתי צריכים להיות מדורגים.

(3) בקפידה לשלוט באנרגיית הקו, לאמץ זרם קטן, מתח נמוך וריתוך מהיר. אורך הריתוך של כל אלקטרודה W707Ni בקוטר של 3.2 מ"מ חייב להיות גדול מ-8 ס"מ.

(4) יש לאמץ את מצב הפעולה של קשת קצרה וללא תנופה.

(5) יש לאמץ את תהליך החדירה המלא, ולבצעו בהתאם לדרישות מפרט תהליך הריתוך וכרטיס תהליך הריתוך.

(6) החיזוק של הריתוך הוא 0 ~ 2 מ"מ, והרוחב של כל צד של הריתוך הוא ≤ 2 מ"מ.

(7) ניתן לבצע בדיקה לא הרסנית לפחות 24 שעות לאחר הסמכה של הבדיקה החזותית של הריתוך. ריתוך קת צינור יהיו כפופים ל-JB 4730-94.

(8) תקן "כלי לחץ: בדיקה לא הרסנית של כלי לחץ", מוסמך Class II.

(9) יש לבצע תיקון ריתוך לפני טיפול בחום לאחר הריתוך. אם יש צורך בתיקון לאחר טיפול בחום, יש לחמם את הריתוך מחדש לאחר התיקון.

(10) אם הממד הגיאומטרי של משטח הריתוך חורג מהתקן, מותרת השחזה, והעובי לאחר ההשחזה לא יפחת מדרישת התכנון.

(11) ללקויי ריתוך כלליים מותרים שני תיקונים לכל היותר. אם שני התיקונים עדיין אינם כשירים, יש לחתוך את הריתוך ולרתך מחדש בהתאם לתהליך הריתוך המלא.