01 Descripción general del acero de baja temperatura
1) Los requisitos técnicos generales para el acero de baja temperatura son los siguientes: debe tener suficiente resistencia y amplia tenacidad en condiciones de baja temperatura, junto con buena soldabilidad, maquinabilidad y resistencia a la corrosión.
Entre ellos, la resistencia a bajas temperaturas, es decir, la capacidad de prevenir y prevenir fallas frágiles a bajas temperaturas, es el factor más crucial. Por lo tanto, cada país prescribe generalmente un determinado valor de resistencia al impacto a las temperaturas más bajas.
2. Selección de métodos de soldadura.
El acero de baja temperatura se puede soldar utilizando métodos típicos como soldadura por arco, soldadura por arco sumergido y soldadura por arco metálico con gas.
La soldadura por arco es el método más utilizado para acero de baja temperatura y se puede aplicar a una variedad de posiciones de soldadura. Su aporte de calor es de aproximadamente 18~30KJ/cm.
Mediante el uso de electrodos con bajo contenido de hidrógeno se pueden conseguir uniones de soldadura completamente satisfactorias, que no sólo presentan buenas propiedades mecánicas sino también una excelente tenacidad a la entalla.
Además, la soldadura por arco tiene las ventajas de máquinas de soldar simples y económicas, menos inversión en equipos y sin limitaciones de posición o dirección.
El aporte de calor de la soldadura por arco sumergido para acero a baja temperatura es de aproximadamente 10 ~ 22 KJ/cm. Es ampliamente utilizado debido a su simplicidad, alta eficiencia de soldadura y fácil operación.
Sin embargo, debido al efecto aislante del flujo, este retrasa el enfriamiento, provocando una mayor tendencia a la formación de grietas en caliente.
Además, las impurezas y el silicio pueden ingresar al metal de soldadura desde el fundente, lo que puede exacerbar esta tendencia. Por lo tanto, cuando se utiliza soldadura por arco sumergido, se debe considerar cuidadosamente la elección del alambre y el fundente, y las operaciones deben realizarse meticulosamente.
La soldadura con protección de gas CO 2 produce uniones con menor tenacidad y, por lo tanto, no se utiliza para soldar acero a baja temperatura.
La soldadura con gas inerte de tungsteno (TIG) normalmente se opera manualmente y su aporte de calor está limitado al rango de 9 ~ 15 KJ/cm. Aunque la junta de soldadura producida muestra un rendimiento satisfactorio, este método no es aplicable cuando el espesor del acero supera los 12 mm.
La soldadura por arco metálico con gas (MIG) es el método de soldadura automático o semiautomático más utilizado para acero de baja temperatura, con un aporte de calor de 23 ~ 40 KJ/cm.
Según el método de transferencia por gotas, se puede dividir en transferencia por cortocircuito (menor aporte de calor), transferencia globular (mayor aporte de calor) y transferencia por pulverización pulsada (mayor aporte de calor). La soldadura MIG de cortocircuito puede tener una profundidad de fusión insuficiente, lo que puede provocar defectos de fusión incompletos.
Otros modos de soldadura MIG también pueden presentar problemas similares, pero en distintos grados. Para lograr una profundidad de fusión satisfactoria haciendo que el arco esté más concentrado, se pueden introducir entre unas pocas y varias decenas de porcentajes de CO2 u O2 en el argón puro utilizado como gas protector.
El porcentaje adecuado debe determinarse experimentalmente, en función del tipo específico de acero que se va a soldar.
3) Selección de materiales de soldadura.
Los materiales de soldadura (incluidos electrodos, alambres de soldadura y fundentes) generalmente deben seleccionarse de acuerdo con el método de soldadura adoptado, la forma de la junta, la forma de la ranura y otras características requeridas.
Para el acero de baja temperatura, lo más importante es garantizar que el metal de soldadura tenga una tenacidad a baja temperatura que coincida con la del metal base y minimizar la cantidad de hidrógeno difundido.
(1) Acero muerto de aluminio
El acero templado con aluminio es muy sensible a la velocidad de enfriamiento posterior a la soldadura. Los electrodos utilizados en la soldadura por arco manual para acero templado con aluminio suelen ser del tipo Si-Mn con bajo contenido de hidrógeno o del tipo 1,5 % Ni o 2,0 % Ni.
Para reducir el aporte de calor de soldadura, el acero con aluminio generalmente adopta soldadura multicapa con electrodos de 3~3,2 mm de espesor. Esto puede utilizar el ciclo térmico secundario del paso de soldadura superior para refinar los granos.
La resistencia al impacto del metal de soldadura soldado con electrodos de Si-Mn a 50 °C disminuirá drásticamente a medida que aumente la entrada de calor. Por ejemplo, cuando el aporte de calor aumenta de 18 KJ/cm a 30 KJ/cm, la tenacidad perderá más del 60%. Los electrodos tipo 1,5% Ni y 2,5% Ni no son sensibles a esto, por lo que son la mejor opción para soldar.
La soldadura por arco sumergido es un método de soldadura automática común para acero endurecido con aluminio. La mejor composición para el alambre de soldadura utilizado en soldadura por arco sumergido contiene entre 1,5 y 3,5% de níquel y entre 0,5 y 1,0% de molibdeno.
Según la literatura, con el uso de alambre de soldadura con 2,5%Ni-0,8%Cr-0,5%Mo o 2%Ni y el fundente adecuado, el valor promedio de tenacidad del metal de soldadura a - 55°C puede alcanzar 56-70J ( 5,7 ~ 7,1 kg/min). Incluso con alambre de soldadura con 0,5% Mo y fundente de aleación de manganeso alcalino, siempre que la entrada de calor se controle por debajo de 26 KJ/cm, aún se puede fabricar un metal de soldadura de 55 J (5,6 kg/fm).
Al elegir el fundente, preste atención a la correspondencia de Si y Mn en el metal de soldadura. Las pruebas han demostrado que diferentes contenidos de Si y Mn en el metal de soldadura pueden afectar en gran medida a su tenacidad. La tenacidad óptima se obtiene con 0,1~0,2% Si y 0,7~1,1% Mn. Esto debe tenerse en cuenta al seleccionar alambres y fundentes para soldar.
La soldadura con gas inerte de tungsteno (TIG) y gas inerte de metal (MIG) se usa con menos frecuencia en acero endurecido con aluminio. Los alambres de soldadura mencionados anteriormente para soldadura por arco sumergido también se pueden utilizar para soldadura TIG.
(2) Acero 2.5Ni y Acero 3.5Ni
Para la soldadura por arco sumergido o soldadura MIG de aceros 2,5Ni y 3,5Ni, generalmente se pueden utilizar alambres de soldadura del mismo material que el metal base. Sin embargo, como se muestra en la fórmula de Wilkinson, el Mn es un inhibidor del agrietamiento en caliente para aceros con bajo contenido de níquel y bajas temperaturas.
Mantener el contenido de manganeso en el metal de soldadura en alrededor del 1,2% es beneficioso para evitar el agrietamiento por arco y otros agrietamientos en caliente. Esto debe tener prioridad al seleccionar la combinación de alambre de soldadura y fundente.
La tendencia a la fragilidad por temple del acero 3.5Ni es alta, por lo tanto, después del tratamiento térmico posterior a la soldadura para aliviar la tensión residual (por ejemplo, 620 ℃ × 1 hora, luego enfriamiento del horno), la tenacidad disminuirá drásticamente de 3,8 kg/fm a 2,1 kg. /fm y no cumplen con las especificaciones.
La tendencia a la fragilidad por temple del metal de soldadura producido con alambre de soldadura con 4,5% Ni-0,2% Mo es mucho menor, y el uso de este alambre puede evitar la dificultad antes mencionada.
(3) acero 9Ni
El acero 9Ni generalmente se somete a un tratamiento térmico de templado o revenido doble para maximizar su tenacidad a bajas temperaturas. Sin embargo, el metal de soldadura de este acero no puede sufrir el tratamiento térmico antes mencionado.
Por lo tanto, el uso de materiales de soldadura de ferrita hace difícil obtener metal de soldadura con una tenacidad a baja temperatura comparable a la del metal base. Los más utilizados son los materiales de soldadura con alto contenido de níquel.
El metal de soldadura de estos materiales de soldadura es una estructura austenítica completa. A pesar de las desventajas de una menor resistencia en comparación con el metal base del acero 9Ni y el alto costo, la fractura frágil ya no es un problema grave para este.
De lo anterior sabemos que:
Debido a que el metal de soldadura es completamente austenítico, la tenacidad a baja temperatura del metal de soldadura soldado con los electrodos y alambres de soldadura utilizados puede competir completamente con el metal base, aunque su resistencia a la tracción y su límite elástico son menores que los del metal de soldadura original. metal.
El acero que contiene níquel tiene características de autoendurecimiento, por lo que la mayoría de los electrodos y alambres de soldadura han tomado medidas para limitar el contenido de carbono para lograr una buena soldabilidad.
En materiales de soldadura, Mo es un elemento de refuerzo importante, mientras que Nb, Ta, Ti y W son elementos de refuerzo importantes. Su importancia ha sido plenamente reconocida en la selección y configuración de materiales de soldadura.
Cuando se utiliza el mismo alambre de soldadura, la resistencia y tenacidad del metal de soldadura por arco sumergido son ligeramente menores que las de la soldadura MIG. Esto puede deberse a la velocidad de enfriamiento más lenta de la soldadura y a posibles impurezas o infiltración de Si del fundente.
03 A333-GR6 Soldadura de tuberías de acero a baja temperatura
1) Análisis de soldabilidad del acero A333-GR6.
A333 – El acero GR6 es un acero de baja temperatura, con la temperatura de uso más baja de -70 ℃, generalmente entregado en estado normalizado o normalizado más templado. El acero A333-GR6 tiene un bajo contenido de carbono, por lo tanto tiene baja tendencia a endurecerse y agrietarse en frío, buena tenacidad y plasticidad.
Generalmente no produce fácilmente defectos de endurecimiento ni grietas y tiene buena soldabilidad.
Se puede usar alambre de soldadura por arco de argón ER80S-Ni1 con electrodos W707Ni, aplicando soldadura eléctrica combinada de argón, o se puede usar alambre de soldadura por arco de argón ER80S-Ni1 para soldadura por arco de argón completo para garantizar una buena resistencia de la junta de soldadura.
La marca del alambre y electrodo de soldadura por arco de argón se puede elegir entre productos con el mismo rendimiento, pero se debe obtener la aprobación del propietario antes de su uso.
2) proceso de soldadura
Durante la soldadura, para tuberías con un diámetro inferior a 76,2 mm, se utilizan juntas a tope tipo I y soldadura por arco completo de argón; para tuberías con un diámetro superior a 76,2 mm, se abre una ranura tipo V y se utiliza el método de raíz de arco de argón y soldadura eléctrica de argón relleno multicapa o soldadura de arco de argón completo.
Las prácticas específicas dependen del diámetro de la tubería y del espesor de la pared aprobados por el propietario.
3) Proceso de tratamiento térmico
(1) Precalentamiento antes de soldar
Cuando la temperatura ambiente es inferior a 5°C, es necesario precalentar la soldadura.
La temperatura de precalentamiento es de 100~150°C; el rango de precalentamiento es de 100 mm en ambos lados de la soldadura; Se utiliza llama de oxiacetileno (llama neutra) para calentar y la temperatura se mide a 50 ~ 100 mm de distancia del centro de la soldadura mediante un lápiz sensor de temperatura, con puntos de temperatura distribuidos uniformemente para un mejor control de la temperatura.
(2) Tratamiento térmico post-soldadura
Para mejorar la tenacidad a la entalla del acero a baja temperatura, los materiales utilizados generalmente ya han sido templados y revenidos. Un tratamiento térmico post-soldadura inadecuado a menudo deteriora su rendimiento a bajas temperaturas, a lo que se debe prestar suficiente atención.
Por lo tanto, excepto en condiciones en las que el espesor de la soldadura es mayor o las condiciones de restricción son muy estrictas, el acero de baja temperatura generalmente no se somete a un tratamiento térmico posterior a la soldadura.
Por ejemplo, la soldadura de la tubería de GLP recién agregada en CSPC no requiere tratamiento térmico posterior a la soldadura.
Si el tratamiento térmico posterior a la soldadura es realmente necesario en algunos proyectos, la velocidad de calentamiento, el tiempo de temperatura constante y la velocidad de enfriamiento del tratamiento térmico posterior a la soldadura deben realizarse estrictamente de acuerdo con las siguientes disposiciones:
El tiempo de temperatura constante debe ser de 1 h por cada 25 mm de espesor de pared y no inferior a 15 min. La diferencia de temperatura entre la temperatura más alta y más baja durante el período de temperatura constante debe ser inferior a 65 °C.
Después de una temperatura constante, la velocidad de enfriamiento no debe ser superior a 65×25/δ ℃/h ni superior a 260 ℃/h. Por debajo de 400°C, el enfriamiento natural es aceptable. Se deben utilizar equipos de tratamiento térmico controlados por ordenador.
4) Precauciones
(1) Precalentamiento estricto de acuerdo con las regulaciones, controlando la temperatura de la capa intermedia entre 100 y 200 ℃. Cada soldadura debe completarse de una sola vez; si se interrumpe, se deben tomar medidas de enfriamiento lento.
(2) Están estrictamente prohibidos los rayones por arco en la superficie de soldadura. Una vez extinguido el arco, se debe rellenar el cráter y rectificar los posibles defectos con una muela abrasiva. Las uniones entre capas en soldadura multicapa deben realizarse al tresbolillo.
(3) La alimentación de línea debe controlarse estrictamente, utilizando corrientes pequeñas, voltajes bajos y soldadura rápida. Para electrodos W707Ni con un diámetro de 3,2 mm, la longitud de soldadura por electrodo debe superar los 8 cm.
(4) Se debe adoptar un arco corto y un funcionamiento sin parpadeos.
(5) Se debe utilizar el proceso de soldadura de penetración total y debe seguir estrictamente los requisitos de las especificaciones del proceso de soldadura y la tarjeta del proceso de soldadura.
(6) El refuerzo de soldadura debe ser de 0~2 mm y el ensanchamiento de soldadura debe ser ≤2 mm en cada lado.
(7) Después de pasar la inspección del aspecto de la soldadura, las pruebas no destructivas sólo podrán realizarse después de al menos 24 horas. Se debe aplicar la norma JB 4730-94 a las uniones de soldadura a tope de tuberías.
(8) Se debe seguir la norma “Recipientes a presión: Ensayos no destructivos de recipientes a presión” y alcanzar la calificación de nivel II.
(9) Las reparaciones por soldadura deben realizarse antes del tratamiento térmico posterior a la soldadura. Si es necesario realizar reparaciones después del tratamiento térmico, la soldadura debe volver a tratarse térmicamente después de la reparación.
(10) Si el tamaño geométrico de la superficie de soldadura no se ajusta, se permite esmerilarla siempre que el espesor después del esmerilado no caiga por debajo de los requisitos de diseño.
(11) Para defectos generales de soldadura, se permiten un máximo de dos reparaciones. Si aún no pasa después de dos reparaciones, se debe cortar la soldadura y soldar nuevamente según el proceso de soldadura completo.
