ملخص لطرق التشغيل التفصيلية للحام الفولاذ ذو درجة الحرارة المنخفضة

1. نظرة عامة على الفولاذ المبرد

1) المتطلبات الفنية للفولاذ ذو درجة الحرارة المنخفضة هي بشكل عام: القوة الكافية والمتانة الكافية في بيئة درجة الحرارة المنخفضة، وأداء اللحام الجيد، وأداء المعالجة ومقاومة التآكل، وما إلى ذلك. ومن بينها، صلابة درجة الحرارة المنخفضة، أي القدرة إن منع حدوث وتوسيع الكسر الهش عند درجة حرارة منخفضة هو العامل الأكثر أهمية. ولذلك، تشترط البلدان عادةً قيمة معينة لصلابة الصدمات عند أدنى درجة حرارة.

2) من بين مكونات الفولاذ ذو درجة الحرارة المنخفضة، يُعتقد عمومًا أن عناصر مثل الكربون والسيليكون والفوسفور والكبريت والنيتروجين تؤدي إلى تدهور صلابة درجات الحرارة المنخفضة، والفوسفور هو الأكثر ضررًا، لذا يجب إزالة الفسفور في درجات الحرارة المنخفضة في وقت مبكر. يتم إجراؤها أثناء الصهر. يمكن لعناصر مثل المنغنيز والنيكل تحسين صلابة درجات الحرارة المنخفضة. لكل زيادة بنسبة 1% في محتوى النيكل، يمكن تقليل درجة حرارة التحول الحرجة الهشة بحوالي 20 درجة مئوية.

3) عملية المعالجة الحرارية لها تأثير حاسم على الهيكل المعدني وحجم الحبوب للفولاذ ذو درجة الحرارة المنخفضة، مما يؤثر أيضًا على صلابة الفولاذ عند درجة الحرارة المنخفضة. بعد التبريد والتلطيف، تحسنت المتانة في درجات الحرارة المنخفضة بشكل واضح.

4) وفقا لطرق التشكيل الساخنة المختلفة، يمكن تقسيم الفولاذ ذو درجة الحرارة المنخفضة إلى الفولاذ المصبوب والفولاذ المدرفل. وفقًا للاختلاف في التركيب والهيكل المعدني، يمكن تقسيم الفولاذ ذو درجة الحرارة المنخفضة إلى: فولاذ منخفض السبائك، 6% فولاذ نيكل، 9% فولاذ نيكل، فولاذ أوستنيتي من الكروم والمنغنيز أو الكروم والمنغنيز والنيكل والفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي الكروم والنيكل. انتظر. يستخدم الفولاذ منخفض السبائك بشكل عام في نطاق درجة حرارة حوالي -100 درجة مئوية لتصنيع معدات التبريد ومعدات النقل وغرف تخزين الفينيل ومعدات البتروكيماويات. في الولايات المتحدة والمملكة المتحدة واليابان ودول أخرى، يستخدم فولاذ النيكل بنسبة 9٪ على نطاق واسع في الهياكل ذات درجة الحرارة المنخفضة عند 196 درجة مئوية، مثل صهاريج تخزين ونقل الغاز الحيوي المسال والميثان، ومعدات تخزين الأكسجين السائل. وتصنيع الأكسجين السائل والنيتروجين السائل. يعتبر الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي مادة هيكلية جيدة جدًا لدرجات الحرارة المنخفضة. إنها تتميز بصلابة جيدة في درجات الحرارة المنخفضة، وأداء لحام ممتاز، وموصلية حرارية منخفضة. ويستخدم على نطاق واسع في المجالات ذات درجات الحرارة المنخفضة، مثل صهاريج النقل وصهاريج تخزين الهيدروجين السائل والأكسجين السائل. ومع ذلك، لأنه يحتوي على المزيد من الكروم والنيكل، فهو أكثر تكلفة.

2. نظرة عامة على بناء اللحام الفولاذي ذو درجة الحرارة المنخفضة

عند اختيار طريقة بناء اللحام وظروف بناء الفولاذ منخفض الحرارة، يكون تركيز المشكلة على الجانبين التاليين: منع تدهور صلابة الوصلة الملحومة عند درجة الحرارة المنخفضة ومنع حدوث تشققات اللحام.

1) المعالجة المائلة

لا يختلف شكل الأخدود للمفاصل الملحومة الفولاذية ذات درجة الحرارة المنخفضة من حيث المبدأ عن الفولاذ الكربوني العادي أو الفولاذ المنخفض السبائك أو الفولاذ المقاوم للصدأ، ويمكن معالجته كالمعتاد. لكن بالنسبة لـ 9Ni Gang، يفضل ألا تقل زاوية فتح الأخدود عن 70 درجة، ويفضل ألا تقل الحافة الحادة عن 3 مم.

يمكن قطع جميع أنواع الفولاذ ذات درجة الحرارة المنخفضة باستخدام شعلة أوكسي أسيتيلين. إنها مجرد أن سرعة القطع تكون أبطأ قليلاً عند قطع الفولاذ 9Ni بالغاز مقارنةً بقطع الفولاذ الهيكلي الكربوني العادي بالغاز. إذا تجاوز سمك الفولاذ 100 مم، يمكن تسخين حافة القطع مسبقًا إلى 150-200 درجة مئوية قبل القطع بالغاز، ولكن ليس أكثر من 200 درجة مئوية.

قطع الغاز ليس له أي آثار سلبية على المناطق المتضررة من حرارة اللحام. ومع ذلك، بسبب خصائص التصلب الذاتي للفولاذ المحتوي على النيكل، فإن سطح القطع سوف يتصلب. من أجل ضمان الأداء المرضي للمفصل الملحوم، من الأفضل استخدام عجلة طحن لطحن سطح القطع نظيفًا قبل اللحام.

يمكن استخدام تلاعب القوس إذا كان سيتم إزالة حبة اللحام أو المعدن الأساسي أثناء بناء اللحام. ومع ذلك، يجب تنظيف سطح الشق قبل إعادة وضعه.

لا ينبغي استخدام التلاعب باللهب بالأوكسي أسيتيلين بسبب خطر ارتفاع درجة حرارة الفولاذ.

2) اختيار طريقة اللحام

تشمل طرق اللحام النموذجية المتاحة للصلب منخفض الحرارة اللحام القوسي واللحام القوسي المغمور واللحام القوسي بالأرجون المنصهر.

اللحام بالقوس هو طريقة اللحام الأكثر شيوعًا للفولاذ ذي درجة الحرارة المنخفضة، ويمكن لحامه في أوضاع لحام مختلفة. مدخلات حرارة اللحام حوالي 18-30KJ/cm. إذا تم استخدام قطب كهربائي منخفض الهيدروجين، فيمكن الحصول على وصلة ملحومة مرضية تمامًا. ليست الخواص الميكانيكية جيدة فحسب، بل إن صلابة الشق جيدة جدًا أيضًا. بالإضافة إلى ذلك، فإن آلة اللحام بالقوس الكهربائي بسيطة ورخيصة، واستثمار المعدات صغير، ولا يتأثر بالموضع والاتجاه. المزايا مثل القيود.

إن الدخل الحراري للحام القوس المغمور للفولاذ ذو درجة الحرارة المنخفضة هو حوالي 10-22KJ/cm. نظرًا لمعداتها البسيطة وكفاءة اللحام العالية والتشغيل المريح، يتم استخدامها على نطاق واسع. ومع ذلك، بسبب تأثير العزل الحراري للتدفق، سيتم إبطاء معدل التبريد، لذلك هناك ميل أكبر لتوليد الشقوق الساخنة. بالإضافة إلى ذلك، قد تدخل الشوائب والسيليكون في كثير من الأحيان إلى معدن اللحام من التدفق، مما سيشجع هذا الاتجاه بشكل أكبر. لذلك، عند استخدام اللحام القوسي المغمور، انتبه إلى اختيار سلك اللحام والتدفق وتشغيله بعناية.

تتميز الوصلات الملحومة باللحام المحمي بغاز ثاني أكسيد الكربون بصلابة منخفضة، لذلك لا يتم استخدامها في لحام الفولاذ بدرجة حرارة منخفضة.

عادةً ما يتم إجراء اللحام بقوس الأرجون التنغستن (لحام TIG) يدويًا، ويكون مدخل حرارة اللحام محدودًا بـ 9-15KJ/cm. لذلك، على الرغم من أن الوصلات الملحومة لها خصائص مرضية تمامًا، إلا أنها غير مناسبة تمامًا عندما يتجاوز سمك الفولاذ 12 مم.

لحام MIG هو طريقة اللحام الأوتوماتيكية أو شبه الأوتوماتيكية الأكثر استخدامًا في لحام الفولاذ ذي درجة الحرارة المنخفضة. مدخلات حرارة اللحام هي 23-40KJ/cm. وفقًا لطريقة نقل القطرات، يمكن تقسيمها إلى ثلاثة أنواع: عملية نقل الدائرة القصيرة (إدخال حرارة أقل)، عملية النقل النفاث (إدخال حرارة أعلى) وعملية نقل النفاث النبضي (إدخال حرارة أعلى). يعاني اللحام MIG ذو الدائرة القصيرة من مشكلة عدم كفاية الاختراق، وقد يحدث عيب في الانصهار الضعيف. توجد مشاكل مماثلة مع تدفقات MIG الأخرى، ولكن بدرجة مختلفة. من أجل جعل القوس أكثر تركيزًا لتحقيق اختراق مُرضٍ، يمكن تسلل عدة بالمائة إلى عشرات بالمائة من ثاني أكسيد الكربون أو الأكسجين إلى الأرجون النقي كغاز درع. يتم تحديد النسب المناسبة عن طريق اختبار الفولاذ المعين الذي يتم لحامه.

3) اختيار مواد اللحام

يجب أن تعتمد مواد اللحام (بما في ذلك قضبان اللحام وأسلاك اللحام والتدفق وما إلى ذلك) بشكل عام على طريقة اللحام المستخدمة. شكل مشترك وشكل الأخدود وغيرها من الخصائص الضرورية للاختيار. بالنسبة للفولاذ ذي درجة الحرارة المنخفضة، فإن أهم شيء يجب الانتباه إليه هو جعل معدن اللحام يتمتع بصلابة عند درجة حرارة منخفضة بما يكفي لمطابقة المعدن الأساسي، وتقليل محتوى الهيدروجين القابل للانتشار فيه.

يتمتع لحام Xinfa بجودة ممتازة ومتانة قوية، لمزيد من التفاصيل، يرجى التحقق من:https://www.xinfatools.com/welding-cutting/

(1) الفولاذ المؤكسد من الألومنيوم

الفولاذ المؤكسد من الألومنيوم هو درجة فولاذية حساسة للغاية لتأثير معدل التبريد بعد اللحام. معظم الأقطاب الكهربائية المستخدمة في اللحام القوسي اليدوي للصلب منزوع الأكسجين من الألومنيوم هي أقطاب Si-Mn منخفضة الهيدروجين أو أقطاب 1.5٪ Ni و 2.0٪ Ni.

من أجل تقليل مدخلات حرارة اللحام، يعتمد الفولاذ المؤكسد من الألومنيوم عمومًا فقط اللحام متعدد الطبقات بأقطاب كهربائية رفيعة تبلغ ≥ 3 ~ 3.2 مم، بحيث يمكن استخدام دورة الحرارة الثانوية للطبقة العليا من اللحام لتحسين الحبوب.

ستنخفض متانة تأثير معدن اللحام الملحوم بقطب كهربائي من سلسلة Si-Mn بشكل حاد عند 50 درجة مئوية مع زيادة مدخلات الحرارة. على سبيل المثال، عندما يزيد مدخل الحرارة من 18KJ/cm إلى 30KJ/cm، فإن المتانة سوف تفقد أكثر من 60%. أقطاب اللحام من سلسلة 1.5% Ni وسلسلة 2.5% Ni ليست حساسة للغاية لذلك، لذلك من الأفضل اختيار هذا النوع من الأقطاب الكهربائية للحام.

اللحام بالقوس المغمور هو طريقة لحام أوتوماتيكية شائعة الاستخدام للصلب منزوع الأكسجين من الألومنيوم. يفضل أن يكون سلك اللحام المستخدم في اللحام القوسي المغمور من النوع الذي يحتوي على 1.5~3.5% نيكل و0.5~1.0% موليبدينوم.

وفقًا للأدبيات، مع سلك لحام 2.5%Ni—0.8%Cr-0.5%Mo أو 2%Ni، المتطابق مع التدفق المناسب، يمكن أن يصل متوسط ​​قيمة صلابة شاربي لمعدن اللحام عند -55 درجة مئوية إلى 56-70J (5.7). ~7.1Kgf.m). حتى عند استخدام سلك لحام Mo بنسبة 0.5% وتدفق أساسي لسبائك المنغنيز، طالما يتم التحكم في مدخلات الحرارة أقل من 26KJ/cm، فلا يزال من الممكن إنتاج معدن اللحام بـ ν∑-55=55J (5.6Kgf.m).

عند اختيار التدفق، ينبغي إيلاء الاهتمام لمطابقة Si وMn في معدن اللحام. إثبات الاختبار. إن محتويات Si وMn المختلفة في معدن اللحام ستغير بشكل كبير قيمة صلابة Charpy. محتويات Si وMn ذات أفضل قيمة للصلابة هي 0.1~0.2%Si و0.7~1.1%Mn. عند اختيار سلك اللحام وكن على علم بذلك عند اللحام.

يعتبر اللحام بقوس الأرجون والتنغستن واللحام بقوس الأرجون المعدني أقل استخدامًا في الفولاذ المؤكسد من الألومنيوم. يمكن أيضًا استخدام أسلاك اللحام المذكورة أعلاه للحام القوس المغمور في لحام قوس الأرجون.

(2) 2.5Ni فولاذ و 3.5Ni

يمكن عمومًا لحام القوس المغمور أو اللحام MIG للفولاذ 2.5Ni والفولاذ 3.5Ni بنفس سلك اللحام مثل المادة الأساسية. ولكن كما تظهر صيغة ويلكنسون (5)، فإن المنغنيز هو عنصر مثبط للتكسير الساخن للفولاذ منخفض الحرارة والنيكل. يعد الحفاظ على محتوى المنغنيز في معدن اللحام عند حوالي 1.2% مفيدًا جدًا لمنع الشقوق الساخنة مثل شقوق الحفرة القوسية. يجب أن يؤخذ ذلك في الاعتبار عند اختيار مجموعة أسلاك اللحام والتدفق.

يميل الفولاذ 3.5Ni إلى أن يكون مخففًا وهشًا، لذلك بعد المعالجة الحرارية بعد اللحام (على سبيل المثال، 620 درجة مئوية × 1 ساعة، ثم تبريد الفرن) للتخلص من الإجهاد المتبقي، سينخفض ​​ν∑-100 بشكل حاد من 3.8 Kgf.m إلى 2.1Kgf.m لم يعد قادرًا على تلبية المتطلبات. إن معدن اللحام المتكون عن طريق اللحام بسلك اللحام من سلسلة 4.5%Ni-0.2%Mo لديه ميل أقل بكثير للتقصف. باستخدام سلك اللحام هذا يمكن تجنب الصعوبات المذكورة أعلاه.

(3) 9ني الصلب

عادةً ما تتم معالجة الفولاذ 9Ni بالحرارة عن طريق التبريد والتلطيف أو التطبيع والتلطيف مرتين لزيادة صلابته في درجات الحرارة المنخفضة. لكن معدن اللحام لهذا الفولاذ لا يمكن معالجته بالحرارة كما هو مذكور أعلاه. لذلك، من الصعب الحصول على معدن لحام ذو صلابة عند درجة حرارة منخفضة مماثلة لتلك الخاصة بالمعدن الأساسي إذا تم استخدام مستهلكات اللحام القائمة على الحديد. في الوقت الحاضر، يتم استخدام مواد اللحام عالية النيكل بشكل رئيسي. اللحامات المودعة بواسطة مواد اللحام هذه ستكون الأوستنيتي بالكامل. على الرغم من أن لديها عيوب قوة أقل من المواد الأساسية الفولاذية 9Ni وأسعارها الباهظة الثمن، إلا أن الكسر الهش لم يعد يمثل مشكلة خطيرة بالنسبة لها.

مما سبق يمكن معرفة أنه نظرًا لأن معدن اللحام أوستنيتي تمامًا، فإن صلابة معدن اللحام المستخدم في اللحام بالأقطاب الكهربائية والأسلاك عند درجة حرارة منخفضة تكون مماثلة تمامًا لتلك الخاصة بالمعدن الأساسي، لكن قوة الشد ونقطة الخضوع تكونان أقل من المعدن الأساسي. الفولاذ المحتوي على النيكل هو صلب ذاتيًا، لذلك تهتم معظم الأقطاب الكهربائية والأسلاك بالحد من محتوى الكربون من أجل تحقيق قابلية لحام جيدة.

 يعتبر Mo عنصر تقوية مهم في مواد اللحام، في حين أن Nb وTa وTi وW هي عناصر تقوية مهمة، والتي تم منحها الاهتمام الكامل في اختيار مواد اللحام.

 عند استخدام نفس سلك اللحام في اللحام، تكون قوة وصلابة معدن اللحام الخاص باللحام القوسي المغمور أسوأ من اللحام MIG، والذي قد يكون ناجمًا عن تباطؤ معدل تبريد اللحام واحتمال تسرب الشوائب أو Si من التدفق.

3. لحام الأنابيب الفولاذية بدرجة حرارة منخفضة A333-GR6

1) تحليل قابلية اللحام للصلب A333-GR6

ينتمي الفولاذ A333–GR6 إلى الفولاذ ذو درجة الحرارة المنخفضة، والحد الأدنى لدرجة حرارة الخدمة هو -70 درجة مئوية، وعادةً ما يتم توفيره في حالة طبيعية أو طبيعية ومخففة. يحتوي الفولاذ A333-GR6 على محتوى منخفض من الكربون، وبالتالي فإن ميل التصلب والتكسير البارد صغير نسبيًا، وتتميز المادة بصلابة ومرونة جيدة، وليس من السهل بشكل عام إنتاج عيوب التصلب والتشقق، كما أنها تتمتع بقابلية لحام جيدة. يمكن استخدام سلك اللحام بقوس الأرجون ER80S-Ni1 مع القطب الكهربائي W707Ni، أو استخدام اللحام بقوس الأرجون الكهربائي، أو استخدام سلك اللحام بقوس الأرجون ER80S-Ni1، واستخدام لحام قوس الأرجون الكامل لضمان صلابة جيدة للمفاصل الملحومة. يمكن للعلامة التجارية لأسلاك اللحام بقوس الأرجون والقطب الكهربائي أيضًا اختيار المنتجات ذات الأداء نفسه، لكن لا يمكن استخدامها إلا بموافقة المالك.

2) عملية اللحام

للحصول على طرق تفصيلية لعملية اللحام، يرجى الرجوع إلى كتاب تعليمات عملية اللحام أو WPS. أثناء اللحام، يتم اعتماد وصلة تناكبية من النوع I ولحام قوس الأرجون الكامل للأنابيب التي يبلغ قطرها أقل من 76.2 مم؛ بالنسبة للأنابيب التي يزيد قطرها عن 76.2 مم، يتم عمل أخاديد على شكل حرف V، ويتم استخدام طريقة اللحام المركب بالأرجون الكهربائي مع تحضير قوس الأرجون والحشو متعدد الطبقات أو طريقة اللحام بقوس الأرجون الكامل. تتمثل الطريقة المحددة في اختيار طريقة اللحام المقابلة وفقًا للاختلاف في قطر الأنبوب وسمك جدار الأنبوب في نظام WPS المعتمد من قبل المالك.

3) عملية المعالجة الحرارية

(1) التسخين قبل اللحام

عندما تكون درجة الحرارة المحيطة أقل من 5 درجات مئوية، يحتاج اللحام إلى التسخين المسبق، وتكون درجة حرارة التسخين المسبق 100-150 درجة مئوية؛ نطاق التسخين هو 100 ملم على جانبي اللحام؛ ويتم تسخينه بلهب أوكسي أسيتيلين (لهب محايد)، ويتم قياس درجة الحرارة بالقلم يقيس درجة الحرارة على مسافة 50-100 ملم من مركز اللحام، ويتم توزيع نقاط قياس درجة الحرارة بالتساوي للتحكم بشكل أفضل في درجة الحرارة .

(2) المعالجة الحرارية بعد اللحام

من أجل تحسين صلابة الشق للفولاذ ذو درجة الحرارة المنخفضة، تم إخماد المواد المستخدمة بشكل عام وتلطيفها. غالبًا ما تؤدي المعالجة الحرارية غير المناسبة بعد اللحام إلى تدهور أدائها في درجات الحرارة المنخفضة، وهو ما ينبغي الاهتمام به بشكل كافٍ. لذلك، باستثناء ظروف سماكة اللحام الكبيرة أو ظروف التقييد الشديدة جدًا، لا يتم عادةً إجراء المعالجة الحرارية بعد اللحام للفولاذ ذي درجة الحرارة المنخفضة. على سبيل المثال، لا يتطلب لحام خطوط أنابيب غاز البترول المسال الجديدة في CSPC معالجة حرارية بعد اللحام. إذا كانت المعالجة الحرارية بعد اللحام مطلوبة بالفعل في بعض المشاريع، فيجب أن يكون معدل التسخين ووقت درجة الحرارة الثابتة ومعدل التبريد للمعالجة الحرارية بعد اللحام متوافقًا تمامًا مع اللوائح التالية:

عندما ترتفع درجة الحرارة فوق 400 درجة مئوية، يجب ألا يتجاوز معدل التسخين 205 × 25/δ ℃/ساعة، ويجب ألا يتجاوز 330 درجة مئوية/ساعة.  يجب أن يكون وقت درجة الحرارة الثابتة ساعة واحدة لكل سمك جدار 25 مم، ولا يقل عن 15 دقيقة. خلال فترة درجة الحرارة الثابتة، يجب أن يكون فرق درجة الحرارة بين أعلى وأدنى درجة حرارة أقل من 65 درجة مئوية.

بعد درجة حرارة ثابتة، يجب ألا يكون معدل التبريد أكبر من 65 × 25/δ ℃/h، ويجب ألا يكون أكبر من 260 ℃/h. يُسمح بالتبريد الطبيعي أقل من 400 درجة مئوية. معدات المعالجة الحرارية من النوع TS-1 التي يتم التحكم فيها عن طريق الكمبيوتر.

4) الاحتياطات

(1) يتم التسخين المسبق بدقة وفقًا للوائح، والتحكم في درجة حرارة الطبقة البينية، ويتم التحكم في درجة حرارة الطبقة البينية عند 100-200 درجة مئوية. يجب أن يتم لحام كل خط لحام مرة واحدة، وفي حالة انقطاعه يجب اتخاذ إجراءات التبريد البطيء.

(2) يمنع منعا باتا خدش سطح اللحام بالقوس. يجب ملء الحفرة القوسية ويجب طحن العيوب بعجلة طحن عند إغلاق القوس. يجب أن تكون المفاصل بين طبقات اللحام متعدد الطبقات متداخلة.

(3) التحكم بدقة في طاقة الخط، واعتماد التيار الصغير، والجهد المنخفض، واللحام السريع. يجب أن يكون طول اللحام لكل قطب كهربائي W707Ni بقطر 3.2 ملم أكبر من 8 سم.

(4) يجب اعتماد وضع التشغيل للقوس القصير وعدم التأرجح.

(5) يجب اعتماد عملية الاختراق الكاملة، ويجب تنفيذها بما يتفق بدقة مع متطلبات مواصفات عملية اللحام وبطاقة عملية اللحام.

(6) تعزيز اللحام هو 0 ~ 2 مم، وعرض كل جانب من اللحام هو 2 مم.

(7) يمكن إجراء الاختبار غير المدمر بعد 24 ساعة على الأقل من تأهيل الفحص البصري للحام. يجب أن تخضع اللحامات التناكبية لخطوط الأنابيب للمواصفة JB 4730-94.

(8) معيار "أوعية الضغط: الاختبار غير المدمر لأوعية الضغط"، مؤهل من الدرجة الثانية.

(9) يجب إجراء إصلاح اللحام قبل المعالجة الحرارية بعد اللحام. إذا كان الإصلاح ضروريًا بعد المعالجة الحرارية، فيجب إعادة تسخين اللحام بعد الإصلاح.

(10) إذا تجاوز البعد الهندسي لسطح اللحام المعيار، يُسمح بالطحن، ويجب ألا يقل السمك بعد الطحن عن متطلبات التصميم.

(11) بالنسبة لعيوب اللحام العامة، يُسمح بإجراء إصلاحين كحد أقصى. إذا كان الإصلاحان لا يزالان غير مؤهلين، فيجب قطع اللحام وإعادة لحامه وفقًا لعملية اللحام الكاملة.