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 dẻo dai trong môi trường nhiệt độ thấp, hiệu suất hàn tốt, hiệu suất xử lý và khả năng chống ăn mòn, v.v. để ngăn chặn sự xuất hiện và mở rộng của gãy giòn ở nhiệt độ thấp là yếu tố quan trọng nhất.Do đó, các quốc gia 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 dẻo dai ở nhiệt độ thấp và phốt pho là có hại nhất, vì vậy nên khử photpho sớm ở nhiệt độ thấp thực hiện trong quá trình luyện kim.Các nguyên tố như mangan và niken có thể cải thiện độ bền ở nhiệt độ thấp.Cứ 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 dẻo dai của thép ở nhiệt độ thấp.Sau khi xử lý tôi và ủ, độ dẻo dai 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 cuộn.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 trong phạm vi nhiệt độ khoảng -100°C để sản xuất thiết bị làm lạnh, thiết bị vận chuyển, phòng chứa nhựa vinyl và thiết bị hóa dầu.Tại Hoa Kỳ, Vương quốc Anh, Nhật Bản và các quốc gia khác, thép niken 9% được sử dụng rộng rãi trong các cấu trúc nhiệt độ thấp ở 196°C, chẳng hạn 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 nhiệt độ thấp rất tốt.Nó có độ dẻo dai ở 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 nó chứa nhiều crom và niken hơn nên nó đắt hơn.
2. Tổng quan về thi công 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 ở hai khía cạnh sau: ngăn ngừa sự suy giảm độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp của mối hàn và ngăn ngừa sự xuất hiện của các vết nứt hàn.
1) Gia công vát
Dạng rãnh của mối hàn thép nhiệt độ thấp về nguyên tắc không khác so với dạng rãnh của thép carbon 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 ở nhiệt độ thấp có thể được cắt bằng đèn khò oxyacetylene.Chỉ là tốc độ cắt khi cắt thép 9Ni bằng khí chậm hơn một chút so với khi cắt thép kết cấu carbon thông thường bằng khí.Nếu độ dày của thép vượt quá 100mm, lưỡi cắt có thể được làm nóng trước đến 150-200°C trước khi cắt 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 làm cứng của thép chứa niken, bề mặt cắt sẽ cứng lại.Để đảm bảo hiệu suất đạt yêu cầu của mối hàn, tốt nhất nên sử dụng đá mài để mài sạch bề mặt của bề mặt cắt trước khi hàn.
Cắt hồ quang có thể được sử dụng nếu mối hàn hoặc kim loại cơ bản cần 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 dụng cụ cắt lỗ bằng ngọn lửa oxyacetylene vì có nguy cơ làm thép quá nóng.
2) Lựa chọn phương pháp hàn
Các phương pháp hàn điển hình có sẵn 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 nó có thể được hàn ở nhiều vị trí hàn khác nhau.Đầu vào nhiệt hàn khoảng 18-30KJ/cm.Nếu sử dụng điện cực loại hydro thấp, có thể thu được mối hàn hoàn toàn đạt yêu cầu.Không chỉ các tính chất cơ học tốt mà độ bền của rãnh cũng khá tốt.Ngoài ra, máy hàn hồ quang đơn giản và rẻ tiền, đầu tư thiết bị ít và không bị ảnh hưởng bởi vị trí và hướng.ưu điểm cũng như hạn chế.
Đầu vào nhiệt của hàn hồ quang chìm của thép nhiệt độ thấp là khoảng 10-22KJ/cm.Do thiết bị đơn giản, hiệu quả hàn cao và vận hành thuận tiện nên được sử dụng rộng rãi.Tuy nhiên, do tác dụng cách nhiệt của chất trợ dung, tốc độ làm mát sẽ bị chậm lại, do đó có xu hướng tạo ra các vết nứt nóng nhiều hơn.Ngoài ra, các 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 đến việc lựa chọn dây hàn, thuốc trợ dung và thao tác cẩn thận.
Các mối hàn bằng phương pháp hàn có bảo vệ khí CO2 có độ dẻo dai thấp nên không được sử dụng trong hàn thép ở nhiệt độ thấp.
Hàn hồ quang argon vonfram (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, mặc dù mối hàn có các đặc tính hoàn toàn đạt yêu cầu nhưng 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 ở nhiệt độ thấp.Đầu vào nhiệt hàn của nó là 23-40KJ/cm.Theo phương pháp truyền giọt, nó có thể được chia thành ba loại: quá trình truyền ngắn mạch (đầu vào nhiệt thấp hơn), quá trình truyền tia (đầu vào nhiệt cao hơn) và quá trình truyền tia 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 lỗi do phản ứng tổng hợp kém.Các vấn đề tương tự tồn tại với các dòng MIG khác, nhưng ở một mức độ khác.Để làm cho hồ quang tập trung hơn nhằm đạt được độ xuyên thấu đạt yêu cầu, vài phần trăm đến hàng chục phần trăm CO2 hoặc O2 có thể được thấm vào argon tinh khiết 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 trợ dung, v.v.) thường 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 mối hàn có đủ độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp để phù hợp với kim loại cơ bản và giảm thiểu hàm lượng hydro khuếch tán trong đó.
Xinfa hàn có chất lượng tuyệt vời và độ bền cao, để biết chi tiết, vui lòng kiểm tra:https://www.xinfatools.com/welding-cutting/
(1) Nhôm khử oxy thép
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 bằng tay của thép khử oxy là điện cực hydro thấp Si-Mn hoặc điện cực 1,5% Ni và 2,0% Ni.
Để giảm đầu vào nhiệt hàn, thép khử oxy nhôm thường chỉ áp dụng phương pháp hàn nhiều lớp với các điện cực mỏng ≤¢3 ~ 3,2mm, để có thể sử dụng chu kỳ nhiệt thứ cấp của lớp hàn trên để tinh chỉnh các hạt.
Độ bền va đập của kim loại mối hàn được hàn bằng điện cực dòng Si-Mn sẽ giảm mạnh ở 50℃ khi nhiệt đầu vào tăng.Ví dụ, khi nhiệt đầu vào tăng từ 18KJ/cm lên 30KJ/cm, độ dẻo dai sẽ giảm hơn 60%.Các điện cực hàn sê-ri 1,5%Ni và 2,5%Ni không quá nhạy cảm với điều này, vì vậy tốt nhất nên chọn loại điện cực này để hàn.
Hàn hồ quang chìm là phương pháp hàn tự động thường được sử dụng cho thép khử oxy nhôm.Dây hàn được sử dụng 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, phối hợp với thuốc 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 thuốc trợ dung cơ bản hợp kim mangan, miễn là nhiệt đầu vào được kiểm soát dưới 26KJ/cm, kim loại hàn có ν∑-55=55J (5,6Kgf.m) vẫn có thể được tạo ra.
Khi chọn thuốc trợ dung cần chú ý đến sự tương hợp của Si và Mn trong kim loại mối hàn.Kiểm tra bằng chứng.Hàm lượng Si và Mn khác nhau trong kim loại mối hàn sẽ làm thay đổi đáng kể 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 Lưu ý điều này khi hàn.
Hàn hồ quang argon vonfram và hàn hồ quang argon kim loại ít được sử dụng hơn trong thép khử oxy.Các dây hàn trên để hàn hồ quang chìm cũng có thể được sử dụng 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 thường có thể được hàn bằng cùng một dây hàn làm vật liệu cơ bản.Nhưng đúng như công thức Wilkinson (5) cho thấy, Mn là nguyên tố ức chế nứt nóng đối với thép nhiệt độ thấp chứa niken thấp.Giữ hàm lượng mangan trong kim loại mối hàn ở khoảng 1,2% là rất có lợi để ngăn ngừa các vết nứt nóng như vết nứt miệng hố hồ quang.Điều này cần được tính đến khi lựa chọn sự kết hợp giữa dây hàn và thuốc trợ dung.
Thép 3,5Ni có xu hướng được tôi luyện và 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 còn 2.1Kgf.m không còn đáp ứng được yêu cầu.Kim loại mối hàn được hình thành bằng cách hàn với dây hàn dòng 4,5%Ni-0,2%Mo có xu hướng giòn tính khí 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 ủ hoặc thường hóa và ủ hai lần để tối đa hóa độ bền ở nhiệt độ thấp.Nhưng kim loại mối hàn của loại thép này không thể nhiệt luyện như trên.Do đó, rất khó để có được kim loại mối hàn có độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp tương đương với kim loại cơ bản nếu sử dụng vật liệu hàn gốc sắt.Hiện nay, vật liệu hàn niken cao chủ yếu được sử dụng.Các mối hàn lắng đọng bởi vật liệu hàn như vậy sẽ hoàn toàn là austenit.Mặc dù nó có nhược điểm là cường độ thấp hơn so với 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 được sử dụng để hàn bằng điện cực và dây hoàn toàn có thể so sánh với kim loại cơ bản, nhưng độ bền kéo và điểm năng suất là thấp hơn so với kim loại cơ bản.Thép chứa niken có khả năng tự làm cứng, vì vậy hầu hết các điện cực và dây điện đều chú ý đến việc hạn chế hàm lượng carbon để đạt được khả năng hàn tốt.
Mo là nguyên tố tăng cường quan trọng trong vật liệu hàn, trong khi Nb, Ta, Ti và W là các nguyên tố tăng cường quan trọng, đã được chú ý đầy đủ trong việc lựa chọn vật liệu hàn.
Khi sử dụng cùng một dây hàn để hàn, độ bền và độ dẻo dai của kim loại mối hàn của hàn hồ quang chìm kém hơn so với hàn MIG, điều này có thể do tốc độ làm nguội mối hàn chậm lại và có thể có sự xâm nhập của tạp chất hoặc Si từ thông lượng 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 -70 ℃, thường được cung cấp ở trạng thái chuẩn hóa hoặc chuẩn hóa và tôi luyện.Thép A333-GR6 có hàm lượng carbon thấp nên xu hướng hóa cứng và xu hướng nứt nguội tương đối nhỏ, vật liệu có độ dẻo dai và độ 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 mối nối argon-điện hoặc sử dụng dây hàn hồ quang argon ER80S-Ni1 và sử dụng hàn hồ quang argon hoàn toàn để đảm bảo độ dẻo dai của mối hàn.Thương hiệu dây hàn hồ quang argon và điện cực cũng có thể chọn các sản phẩm có tính năng tương tự, nhưng chúng chỉ có thể được sử dụng khi có sự đồng ý của chủ sở hữu.
2) Quy trình hàn
Để biết các phương pháp quy trình hàn chi tiết, vui lòng tham khảo sách hướng dẫn quy trình hàn hoặc WPS.Trong quá trình hàn, mối nối đối đầu kiểu I và hàn hồ quang argon đầy đủ được sử 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, các rãnh hình chữ V được tạo ra và sử dụng phương pháp hàn kết hợp argon-điện với mồi hồ quang argon và hàn 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 được chủ sở hữu phê duyệt.
3) Quá trình xử lý nhiệt
(1) Gia nhiệt trước khi hàn
Khi nhiệt độ môi trường xung quanh thấp hơn 5 ° C, mối hàn cần được làm nóng trước và nhiệt độ làm nóng trước là 100-150 ° C;phạm vi gia nhiệt trước là 100 mm ở cả hai bên của mối hàn;nó được làm nóng bằng ngọn lửa oxyacetylene (ngọn lửa trung tính) và nhiệt độ được đo Bút đo nhiệt độ ở khoảng cách 50-100 mm tính từ tâm mối hàn và các điểm đo nhiệt độ được phân bổ 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 làm nguội và tôi luyện.Xử lý nhiệt sau hàn không đúng cách thường làm giảm hiệu suất ở nhiệt độ thấp, điều này cần được chú ý đầy đủ.Do đó, ngoại trừ điều kiện chiều dày mối hàn lớn hoặc điều kiện hạn chế rất khắc nghiệt, thép nhiệt độ thấp thường không được xử lý nhiệt sau hàn.Ví dụ, việc hàn các đường ống dẫn LPG mới trong CSPC không yêu cầu xử lý nhiệt sau hàn.Nếu thực sự cần xử lý nhiệt sau hàn trong một số dự án, 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 trên 400 ℃, tốc độ gia nhiệt không được vượt quá 205 × 25/δ ℃/h và không được vượt quá 330 ℃/h. Thời gian nhiệt độ không đổi nên là 1 giờ trên độ dày thành 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 thấp nhất phải thấp hơn 65 ℃.
Sau khi nhiệt độ không đổi, tốc độ làm mát không được lớn hơn 65 × 25/δ ℃/h và không được lớn hơn 260 ℃/h.Làm mát tự nhiên được cho phép dưới 400 ℃.TS-1 loại thiết bị xử lý nhiệt điều khiển bằng máy tính.
4) Biện pháp phòng ngừa
(1) Làm nóng trước nghiêm ngặt theo quy định và kiểm soát nhiệt độ của lớp giữa và nhiệt độ của lớp giữa được kiểm soát ở mức 100-200 ℃.Mỗi đường hàn phải được hàn cùng một lúc và nếu nó bị gián đoạn, các biện pháp làm mát chậm phải được thực hiện.
(2) Nghiêm cấm bề mặt của mối hàn bị trầy xước bởi hồ quang.Hố hồ quang phải được lấp đầy và các khuyết tật phải được mài bằng đá mài khi hồ quang được đóng lại.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 cung ngắn và không xoay.
(5) Quy trình thâm nhập đầy đủ phải được áp dụng và nó phải được thực hiện theo đúng các yêu cầu của đặc điểm kỹ thuật quy trình hàn và thẻ quy trình hàn.
(6) Phần gia cố của mối hàn là 0 ~ 2 mm và chiều rộng của mỗi bên của mối hàn là ≤ 2 mm.
(7) Kiểm tra không phá hủy có thể được thực hiện ít nhất 24 giờ sau khi kiểm tra trực quan mối hàn đủ tiêu chuẩn.Mối hàn giáp mép 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 nên được thực hiện trước khi xử lý nhiệt sau hàn.Nếu cần sửa chữa sau khi xử lý nhiệt, 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, độ dày sau khi mài không được nhỏ hơn yêu cầu thiết kế.
(11) Đối với các khuyết tật hàn nói chung, cho 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-Jun-2023
