1. Tổng quan về thép đông lạnh
1) Các yêu cầu kỹ thuật đối với thép nhiệt độ thấp nói chung là: đủ cường độ và đủ độ bền trong môi trường nhiệt độ thấp, hiệu suất hàn tốt, hiệu suất xử lý và khả năng chống ăn mòn, v.v. Trong số đó, độ bền ở nhiệt độ thấp, nghĩa là khả năng để ngăn chặn sự xuất hiện và mở rộng của gãy giòn ở nhiệt độ thấp là yếu tố quan trọng nhất. Vì vậy, các nước thường quy định một giá trị độ bền va đập nhất định ở nhiệt độ thấp nhất.
2) Trong số các thành phần của thép nhiệt độ thấp, người ta thường tin rằng các nguyên tố như carbon, silicon, phốt pho, lưu huỳnh và nitơ làm giảm độ bền ở nhiệt độ thấp và phốt pho là có hại nhất, vì vậy nên khử phospho ở nhiệt độ thấp sớm thực hiện trong quá trình nấu chảy. Các nguyên tố như mangan và niken có thể cải thiện độ bền ở nhiệt độ thấp. Với mỗi lần tăng 1% hàm lượng niken, nhiệt độ chuyển tiếp tới hạn giòn có thể giảm khoảng 20°C.
3) Quá trình xử lý nhiệt có ảnh hưởng quyết định đến cấu trúc kim loại và kích thước hạt của thép nhiệt độ thấp, điều này cũng ảnh hưởng đến độ bền nhiệt độ thấp của thép. Sau khi xử lý tôi và ủ, độ bền ở nhiệt độ thấp rõ ràng được cải thiện.
4) Theo các phương pháp tạo hình nóng khác nhau, thép nhiệt độ thấp có thể được chia thành thép đúc và thép cán. Theo sự khác biệt về thành phần và cấu trúc kim loại, thép nhiệt độ thấp có thể được chia thành: thép hợp kim thấp, thép niken 6%, thép niken 9%, thép austenit crom-mangan hoặc crom-mangan-niken và thép không gỉ austenit crom-niken Chờ đợi. Thép hợp kim thấp thường được sử dụng ở nhiệt độ khoảng -100°C để sản xuất thiết bị làm lạnh, thiết bị vận tải, phòng lưu trữ nhựa vinyl và thiết bị hóa dầu. Tại Hoa Kỳ, Anh, Nhật Bản và các nước khác, thép niken 9% được sử dụng rộng rãi trong các kết cấu có nhiệt độ thấp ở 196°C, như bể chứa để lưu trữ và vận chuyển khí sinh học hóa lỏng và khí metan, thiết bị lưu trữ oxy lỏng. và sản xuất oxy lỏng và nitơ lỏng. Thép không gỉ Austenitic là vật liệu kết cấu ở nhiệt độ thấp rất tốt. Nó có độ bền nhiệt độ thấp tốt, hiệu suất hàn tuyệt vời và độ dẫn nhiệt thấp. Nó được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực nhiệt độ thấp, chẳng hạn như tàu chở dầu vận chuyển và bể chứa hydro lỏng và oxy lỏng. Tuy nhiên, vì chứa nhiều crom và niken nên giá thành đắt hơn.
2. Tổng quan về kết cấu hàn thép nhiệt độ thấp
Khi lựa chọn phương pháp thi công hàn và điều kiện thi công của thép nhiệt độ thấp, trọng tâm của vấn đề là hai khía cạnh sau: ngăn chặn sự suy giảm độ bền ở nhiệt độ thấp của mối hàn và ngăn ngừa xuất hiện các vết nứt hàn.
1) Xử lý góc xiên
Về nguyên tắc, dạng rãnh của mối hàn thép nhiệt độ thấp không khác biệt so với thép cacbon thông thường, thép hợp kim thấp hoặc thép không gỉ và có thể được xử lý như bình thường. Nhưng đối với 9Ni Gang, góc mở của rãnh tốt nhất là không nhỏ hơn 70 độ, và cạnh cùn tốt nhất là không nhỏ hơn 3 mm.
Tất cả các loại thép nhiệt độ thấp có thể được cắt bằng ngọn đuốc oxyacetylene. Chỉ là tốc độ cắt khi cắt khí thép 9Ni chậm hơn một chút so với khi cắt khí thép kết cấu cacbon thông thường. Nếu độ dày của thép vượt quá 100mm, lưỡi cắt có thể được làm nóng trước đến 150-200°C trước khi cắt bằng khí, nhưng không quá 200°C.
Cắt khí không có tác dụng phụ trên các khu vực bị ảnh hưởng bởi nhiệt hàn. Tuy nhiên, do đặc tính tự đông cứng của thép chứa niken nên bề mặt cắt sẽ cứng lại. Để đảm bảo mối hàn đạt hiệu quả như ý, tốt nhất nên sử dụng đá mài để mài sạch bề mặt cắt trước khi hàn.
Có thể sử dụng phương pháp cắt hồ quang nếu hạt hàn hoặc kim loại cơ bản phải được loại bỏ trong quá trình hàn. Tuy nhiên, bề mặt của vết khía vẫn phải được chà nhám sạch trước khi dán lại.
Không nên sử dụng ngọn lửa oxyacetylene vì có nguy cơ làm thép quá nóng.
2) Lựa chọn phương pháp hàn
Các phương pháp hàn điển hình dành cho thép nhiệt độ thấp bao gồm hàn hồ quang, hàn hồ quang chìm và hàn hồ quang argon điện cực nóng chảy.
Hàn hồ quang là phương pháp hàn được sử dụng phổ biến nhất đối với thép nhiệt độ thấp và có thể hàn ở nhiều vị trí hàn khác nhau. Nhiệt lượng hàn đầu vào khoảng 18-30KJ/cm. Nếu sử dụng điện cực loại hydro thấp thì có thể thu được mối hàn hoàn toàn đạt yêu cầu. Không chỉ có đặc tính cơ học tốt mà độ bền của notch cũng khá tốt. Ngoài ra, máy hàn hồ quang đơn giản, rẻ tiền, đầu tư thiết bị nhỏ, không bị ảnh hưởng bởi vị trí và hướng. những ưu điểm cũng như những hạn chế.
Nhiệt lượng đầu vào khi hàn hồ quang chìm thép nhiệt độ thấp khoảng 10-22KJ/cm. Do thiết bị đơn giản, hiệu quả hàn cao và vận hành thuận tiện nên nó được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, do tác dụng cách nhiệt của chất trợ dung, tốc độ làm nguội sẽ chậm lại nên có xu hướng tạo ra các vết nứt nóng nhiều hơn. Ngoài ra, tạp chất và Si thường có thể xâm nhập vào kim loại mối hàn từ chất trợ dung, điều này sẽ càng khuyến khích xu hướng này. Vì vậy, khi sử dụng hàn hồ quang chìm cần chú ý lựa chọn dây hàn, chất trợ hàn và vận hành cẩn thận.
Các mối nối được hàn bằng phương pháp hàn bọc khí CO2 có độ dẻo dai thấp nên không được sử dụng trong hàn thép ở nhiệt độ thấp.
Hàn hồ quang vonfram argon (hàn TIG) thường được thực hiện thủ công và đầu vào nhiệt hàn của nó được giới hạn ở mức 9-15KJ / cm. Vì vậy, mối hàn tuy có đặc tính hoàn toàn đạt yêu cầu nhưng lại hoàn toàn không phù hợp khi chiều dày thép vượt quá 12mm.
Hàn MIG là phương pháp hàn tự động hoặc bán tự động được sử dụng rộng rãi nhất trong hàn thép nhiệt độ thấp. Đầu vào nhiệt hàn của nó là 23-40KJ / cm. Theo phương pháp truyền giọt, có thể chia thành ba loại: quá trình truyền ngắn mạch (đầu vào nhiệt thấp hơn), quá trình truyền phản lực (đầu vào nhiệt cao hơn) và quá trình truyền phản lực xung (đầu vào nhiệt cao nhất). Hàn MIG chuyển tiếp ngắn mạch có vấn đề về độ xuyên thấu không đủ và có thể xảy ra khuyết tật về phản ứng tổng hợp kém. Các vấn đề tương tự cũng tồn tại với các dòng MIG khác, nhưng ở mức độ khác. Để làm cho hồ quang tập trung hơn nhằm đạt được độ xuyên thấu thỏa đáng, vài phần trăm đến hàng chục phần trăm CO2 hoặc O2 có thể được đưa vào argon nguyên chất làm khí bảo vệ. Tỷ lệ phần trăm thích hợp phải được xác định bằng thử nghiệm đối với loại thép cụ thể được hàn.
3) Lựa chọn vật liệu hàn
Vật liệu hàn (bao gồm que hàn, dây hàn và thuốc hàn, v.v.) nói chung phải dựa trên phương pháp hàn được sử dụng. Hình dạng khớp và hình dạng rãnh và các đặc điểm cần thiết khác để lựa chọn. Đối với thép nhiệt độ thấp, điều quan trọng nhất cần chú ý là làm cho kim loại hàn có độ bền ở nhiệt độ thấp đủ để phù hợp với kim loại cơ bản và giảm thiểu hàm lượng hydro khuếch tán trong đó.
Hàn Xinfa có chất lượng tuyệt vời và độ bền cao, để biết chi tiết, vui lòng kiểm tra:https://www.xinfatools.com/welding-cutting/
(1) Thép khử oxy bằng nhôm
Thép khử oxy nhôm là loại thép rất nhạy cảm với ảnh hưởng của tốc độ làm mát sau khi hàn. Hầu hết các điện cực được sử dụng trong hàn hồ quang thủ công thép khử oxy bằng nhôm là điện cực có hàm lượng hydro thấp Si-Mn hoặc điện cực 1,5% Ni và 2,0% Ni.
Để giảm lượng nhiệt hàn đầu vào, thép khử oxy bằng nhôm thường chỉ sử dụng phương pháp hàn nhiều lớp với các điện cực mỏng ¢ 3 ~ 3,2mm, do đó có thể sử dụng chu trình nhiệt thứ cấp của lớp hàn trên để tinh chế các hạt.
Độ bền va đập của kim loại mối hàn được hàn bằng điện cực dòng Si-Mn sẽ giảm mạnh ở 50oC khi lượng nhiệt đầu vào tăng lên. Ví dụ, khi nhiệt lượng đầu vào tăng từ 18KJ/cm lên 30KJ/cm, độ dẻo dai sẽ mất hơn 60%. Điện cực hàn dòng 1,5%Ni và 2,5%Ni không quá nhạy cảm với điều này nên tốt nhất nên chọn loại điện cực này để hàn.
Hàn hồ quang chìm là phương pháp hàn tự động được sử dụng phổ biến đối với thép đã khử nhôm. Dây hàn dùng trong hàn hồ quang chìm tốt nhất là loại có chứa 1,5~3,5% niken và 0,5~1,0% molypden.
Theo tài liệu, với dây hàn 2,5%Ni—0,8%Cr—0,5%Mo hoặc 2%Ni, được phối hợp với chất trợ dung thích hợp, giá trị độ bền Charpy trung bình của kim loại mối hàn ở -55°C có thể đạt tới 56-70J (5,7). ~7,1Kgf.m). Ngay cả khi sử dụng dây hàn 0,5% Mo và từ thông cơ bản hợp kim mangan, miễn là nhiệt đầu vào được kiểm soát dưới 26KJ/cm, vẫn có thể tạo ra kim loại hàn có ν∑-55=55J (5,6Kgf.m).
Khi lựa chọn từ thông cần chú ý đến sự phù hợp giữa Si và Mn trong kim loại mối hàn. Bằng chứng kiểm tra. Hàm lượng Si và Mn khác nhau trong kim loại mối hàn sẽ làm thay đổi lớn giá trị độ bền Charpy. Hàm lượng Si và Mn có giá trị độ bền tốt nhất là 0,1~0,2%Si và 0,7~1,1%Mn. Khi chọn dây hàn và cần lưu ý điều này khi hàn.
Hàn hồ quang argon vonfram và hàn hồ quang argon kim loại ít được sử dụng trong thép khử oxy bằng nhôm. Các loại dây hàn dùng để hàn hồ quang chìm nêu trên cũng có thể dùng để hàn hồ quang argon.
(2) Thép 2.5Ni và 3.5Ni
Hàn hồ quang chìm hoặc hàn MIG của thép 2,5Ni và thép 3,5Ni nói chung có thể được hàn bằng dây hàn giống như vật liệu cơ bản. Nhưng đúng như công thức Wilkinson (5) cho thấy, Mn là nguyên tố ức chế nứt nóng đối với thép có hàm lượng niken thấp ở nhiệt độ thấp. Giữ hàm lượng mangan trong kim loại mối hàn ở mức khoảng 1,2% là rất có lợi để ngăn ngừa các vết nứt nóng như vết nứt miệng hồ quang. Điều này cần được tính đến khi lựa chọn kết hợp dây hàn và thuốc hàn.
Thép 3.5Ni có xu hướng được tôi luyện và dễ giòn nên sau khi xử lý nhiệt sau hàn (ví dụ: 620°C×1 giờ, sau đó làm nguội lò) để loại bỏ ứng suất dư, ν∑-100 sẽ giảm mạnh từ 3,8 Kgf.m xuống 2.1Kgf.m không còn đáp ứng được yêu cầu nữa. Kim loại mối hàn được hình thành bằng cách hàn với dây hàn dòng 4,5%Ni-0,2%Mo có xu hướng giòn nóng nhỏ hơn nhiều. Sử dụng dây hàn này có thể tránh được những khó khăn trên.
(3) Thép 9Ni
Thép 9Ni thường được xử lý nhiệt bằng cách làm nguội và tôi luyện hoặc thường hóa và tôi luyện hai lần để tối đa hóa độ bền ở nhiệt độ thấp. Nhưng kim loại mối hàn của loại thép này không thể xử lý nhiệt như trên. Do đó, rất khó để có được kim loại hàn có độ bền ở nhiệt độ thấp tương đương với kim loại cơ bản nếu sử dụng vật liệu hàn bằng sắt. Hiện nay, vật liệu hàn có hàm lượng niken cao được sử dụng chủ yếu. Các mối hàn do vật liệu hàn này tạo thành sẽ hoàn toàn là austenit. Mặc dù nó có nhược điểm là độ bền thấp hơn vật liệu nền thép 9Ni và giá thành rất đắt nhưng hiện tượng gãy giòn không còn là vấn đề nghiêm trọng đối với nó.
Từ những điều trên, có thể biết rằng do kim loại mối hàn hoàn toàn là austenit nên độ bền nhiệt độ thấp của kim loại mối hàn dùng để hàn với điện cực và dây dẫn hoàn toàn có thể so sánh với kim loại cơ bản, nhưng độ bền kéo và điểm chảy dẻo là thấp hơn kim loại cơ bản. Thép chứa niken có khả năng tự đông cứng nên hầu hết các điện cực, dây dẫn đều chú ý hạn chế hàm lượng cacbon để đạt được khả năng hàn tốt.
Mo là thành phần tăng cường quan trọng trong vật liệu hàn, trong khi Nb, Ta, Ti và W là các thành phần tăng cường quan trọng, được đặc biệt chú ý trong việc lựa chọn vật liệu hàn.
Khi sử dụng cùng một loại dây hàn để hàn, độ bền và độ dẻo dai của kim loại mối hàn khi hàn hồ quang chìm kém hơn so với hàn MIG, nguyên nhân có thể là do tốc độ làm nguội mối hàn chậm lại và có thể bị tạp chất hoặc Si xâm nhập. từ dòng chảy của.
3. Hàn ống thép nhiệt độ thấp A333-GR6
1) Phân tích khả năng hàn của thép A333-GR6
Thép A333–GR6 thuộc loại thép nhiệt độ thấp, nhiệt độ sử dụng tối thiểu là -70oC và thường được cung cấp ở trạng thái chuẩn hóa hoặc chuẩn hóa và ủ. Thép A333-GR6 có hàm lượng carbon thấp nên xu hướng cứng và nứt nguội tương đối nhỏ, vật liệu có độ dẻo dai và dẻo tốt, nhìn chung không dễ tạo ra các khuyết tật cứng và nứt, đồng thời có khả năng hàn tốt. Có thể sử dụng dây hàn hồ quang argon ER80S-Ni1 Với điện cực W707Ni, sử dụng hàn nối điện argon hoặc sử dụng dây hàn hồ quang argon ER80S-Ni1 và sử dụng hàn hồ quang argon đầy đủ để đảm bảo độ bền tốt của mối hàn. Các thương hiệu dây và điện cực hàn hồ quang argon cũng có thể lựa chọn những sản phẩm có tính năng tương tự nhưng chỉ được sử dụng khi có sự đồng ý của chủ đầu tư.
2) Quá trình hàn
Để biết chi tiết về các phương pháp quy trình hàn, vui lòng tham khảo sách hướng dẫn quy trình hàn hoặc WPS. Trong quá trình hàn, mối hàn đối đầu loại I và hàn hồ quang argon đầy đủ được áp dụng cho các đường ống có đường kính nhỏ hơn 76,2 mm; đối với các ống có đường kính lớn hơn 76,2 mm, người ta tạo ra các rãnh hình chữ V và sử dụng phương pháp hàn kết hợp điện-argon với mồi hồ quang argon và làm đầy nhiều lớp hoặc Phương pháp hàn hồ quang argon đầy đủ. Phương pháp cụ thể là chọn phương pháp hàn tương ứng theo sự khác biệt về đường kính ống và độ dày thành ống trong WPS đã được chủ đầu tư phê duyệt.
3) Quá trình xử lý nhiệt
(1) Làm nóng trước khi hàn
Khi nhiệt độ môi trường xung quanh thấp hơn 5 ° C, mối hàn cần được gia nhiệt trước và nhiệt độ gia nhiệt trước là 100-150 ° C; phạm vi gia nhiệt trước là 100 mm ở cả hai phía của mối hàn; nó được làm nóng bằng ngọn lửa oxyacetylene (ngọn lửa trung tính) và đo nhiệt độ. Bút đo nhiệt độ ở khoảng cách 50-100 mm tính từ tâm mối hàn và các điểm đo nhiệt độ được phân bố đều để kiểm soát nhiệt độ tốt hơn .
(2) Xử lý nhiệt sau hàn
Để cải thiện độ dẻo dai của thép nhiệt độ thấp, các vật liệu thường được sử dụng đã được tôi và tôi luyện. Xử lý nhiệt sau hàn không đúng cách thường làm giảm hiệu suất ở nhiệt độ thấp, cần được chú ý đầy đủ. Vì vậy, ngoại trừ các điều kiện chiều dày mối hàn lớn hoặc điều kiện hạn chế rất khắc nghiệt, việc xử lý nhiệt sau hàn thường không được thực hiện đối với thép nhiệt độ thấp. Ví dụ, việc hàn đường ống LPG mới trong CSPC không yêu cầu xử lý nhiệt sau hàn. Nếu một số dự án thực sự cần phải xử lý nhiệt sau hàn thì tốc độ gia nhiệt, thời gian nhiệt độ không đổi và tốc độ làm mát của xử lý nhiệt sau hàn phải tuân thủ nghiêm ngặt các quy định sau:
Khi nhiệt độ tăng lên trên 400oC, tốc độ gia nhiệt không được vượt quá 205 × 25/δoC/h và không được vượt quá 330oC/h. Thời gian nhiệt độ không đổi phải là 1 giờ cho mỗi bức tường có độ dày 25 mm và không ít hơn 15 phút. Trong khoảng thời gian nhiệt độ không đổi, chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ cao nhất và nhiệt độ thấp nhất phải thấp hơn 65oC.
Sau khi nhiệt độ không đổi, tốc độ làm mát không được lớn hơn 65 × 25/δ oC/h và không được lớn hơn 260 oC/h. Làm mát tự nhiên được phép dưới 400oC. Thiết bị xử lý nhiệt loại TS-1 được điều khiển bằng máy tính.
4) Biện pháp phòng ngừa
(1) Làm nóng trước nghiêm ngặt theo quy định và kiểm soát nhiệt độ giữa các lớp và nhiệt độ giữa các lớp được kiểm soát ở mức 100-200oC. Mỗi đường hàn phải được hàn cùng một lúc, nếu bị gián đoạn thì phải thực hiện biện pháp làm nguội chậm.
(2) Nghiêm cấm hồ quang làm trầy xước bề mặt của mối hàn. Miệng hố hồ quang phải được lấp đầy và các khuyết tật phải được mài bằng bánh mài khi hồ quang được đóng lại. Các mối nối giữa các lớp hàn nhiều lớp nên so le nhau.
(3) Kiểm soát chặt chẽ năng lượng đường dây, sử dụng dòng điện nhỏ, điện áp thấp và hàn nhanh. Chiều dài hàn của mỗi điện cực W707Ni có đường kính 3,2 mm phải lớn hơn 8 cm.
(4) Phải áp dụng chế độ vận hành vòng cung ngắn và không xoay.
(5) Quá trình thâm nhập hoàn toàn phải được áp dụng và phải được thực hiện theo đúng yêu cầu của đặc tả quy trình hàn và thẻ quy trình hàn.
(6) Độ gia cố của mối hàn là 0 ~ 2 mm và chiều rộng của mỗi bên của mối hàn là 2 mm.
(7) Việc kiểm tra không phá hủy có thể được thực hiện ít nhất 24 giờ sau khi việc kiểm tra trực quan mối hàn đạt yêu cầu. Các mối hàn đối đầu của đường ống phải tuân theo JB 4730-94.
(8) Tiêu chuẩn “Bình chịu áp lực: Thử nghiệm không phá hủy bình chịu áp lực”, đạt tiêu chuẩn Loại II.
(9) Việc sửa chữa mối hàn phải được thực hiện trước khi xử lý nhiệt sau hàn. Nếu cần sửa chữa sau khi xử lý nhiệt thì mối hàn phải được làm nóng lại sau khi sửa chữa.
(10) Nếu kích thước hình học của bề mặt mối hàn vượt quá tiêu chuẩn thì được phép mài và độ dày sau khi mài không được nhỏ hơn yêu cầu thiết kế.
(11) Đối với các lỗi hàn nói chung, được phép sửa chữa tối đa hai lần. Nếu hai lần sửa chữa vẫn không đạt yêu cầu thì phải cắt bỏ mối hàn và hàn lại theo quy trình hàn hoàn chỉnh.
Thời gian đăng: 21/06/2023
