9Ni 강철 용접 공정: 필수 팁 공개

1. 소개

9Ni 강은 우수한 종합적인 특성과 비용 이점으로 인해 항공우주, 석유, 화학, 조선, 해양 공학, 전력, 야금, 기계, 원자력 등 다양한 산업 분야에서 광범위하게 활용되고 있습니다.

이 게시물은 염해에 위치한 석유 및 가스 모듈 프로젝트의 건설에 초점을 맞추고 있습니다. 이 프로젝트에서 9Ni강은 고강도 및 뛰어난 저온 인성뿐만 아니라 특정 오일 및 가스 조건에서 황화물 응력 부식(SSC) 저항성을 갖춰야 합니다. 따라서 용접 프로세스 9Ni 강관 시스템을 연구 중입니다.

2. 9Ni강의 용접성 분석

9Ni 강은 1940년대에 미국 Inco에서 개발했습니다. 9% 니켈을 함유한 중합금강으로 최대 -196℃의 저온 인성을 발휘할 수 있습니다.

오스테나이트 스테인리스강 및 오스테나이트 철-니켈 합금과 비교할 때 9Ni 강철은 강도가 높고 비용이 저렴합니다. 또한 9Ni 강철은 알루미늄 합금보다 더 우수한 종합적인 기계적 특성을 자랑합니다.

그러나 이 소재는 자화되기 쉽고 자성을 제거하기 어렵습니다. 또한, 용접 기술 특정 요구 사항을 엄격하게 준수해야 합니다.

이 문서에서는 용접성 9Ni 강철로 만들어졌습니다.

2.1 콜드 크랙

고니켈 또는 중간 니켈 전극으로 9Ni 강을 용접할 경우 냉간 균열이 발생할 가능성은 거의 없습니다. 그러나 낮은 니켈 및 높은 망간 전극을 낮은 라인 에너지 및 습한 전극과 같은 부적절한 용접 조건과 함께 사용하는 경우 냉간 균열이 발생할 수 있습니다. 냉간 균열의 발생에는 세 가지 측면이 있습니다:

2.1.1 용융 영역에서 경화 층의 출현. 9Ni강의 탄소 함량이 높지는 않지만(≤ 0.10%) 다음과 같은 경우 경화된 구조가 생성될 수 있습니다. 용접 재료 탄소 함량이 높은 것이 선택됩니다. 이는 탄소 함량 융합과 확산으로 인한 결과입니다.

2.1.2. 불순물(예: 오일 및 녹)로 인해 경화 층에 축적된 수소가 너무 많을 수 있습니다. 용접 홈.

2.1.3. 스트레스 집중도 용접 조인트구조적 응력, 열 응력, 구속 응력 등이 포함됩니다.

2.2 . 열 균열

9Ni 강철 용접 시, 뜨거운 균열 은 하이 니켈 유형, 중간 니켈 유형 또는 저니켈 고망간 유형 전극을 사용하든 상관없이 발생할 수 있습니다. 그러나 하이 니켈 타입 전극을 사용하면 가장 심각한 균열이 발생할 수 있습니다.

이는 합금에 니켈과 쉽게 저융점 유텍틱을 형성할 수 있는 S 및 P와 같은 원소가 포함되어 있기 때문입니다. 그 결과 입자 간 분리가 발생할 수 있습니다. 또한 C 및 Si와 같은 원소도 S와 P의 분리를 촉진할 수 있습니다.

특히 구조가 순수하게 오스테나이트 상태에서는 입자 경계의 불순물 분포가 연속적일 수 있습니다.

2.3 저온 인성 감소

저온 인성의 감소는 주로 두 가지 요인에 의해 영향을 받습니다:

2.3.1 용접 재료의 영향:

용접 금속 및 용융 영역의 화학적 조성은 사용된 용접 재료와 관련이 있습니다. 용접 재료의 탄소 함량이 높거나 용융 후 용접 재료와 모재의 Ni Cr 등가 매칭이 다음과 같은 영역에 속하는 경우 마텐사이트 스테인리스 조직도에서 저온 인성이 감소합니다.

2.3.2 용접 라인 에너지 및 층간 온도:

용접 라인 에너지와 층간 온도는 피크 값과 온도를 변경할 수 있습니다. 용접 열 주기열 영향을 받는 영역의 금속학적 구조에 영향을 미칩니다. 피크 온도가 너무 높으면 역방향으로 감소할 수 있습니다. 오스테나이트 와 거친 베이나이트의 형성으로 인해 저온 인성이 저하될 수 있습니다.

2.4 자기 타격 부분

자기 블로우 부분으로 인해 용접 융착이 불량해지고 용접 품질에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

9Ni 강철은 투자율과 잔류 유도 강도가 높아 용접 시 자기 타격에 취약합니다.

일반적으로 DC 방식(수동 DC 아크 용접, 수동 DC 아르곤 아크 용접등)의 배면 용접의 경우, 배면 용접의 초기 용접 위치에서는 자기 블로우 부분이 일반적으로 발생하지만 충전 및 커버 용접 시에는 일반적으로 존재하지 않습니다.

3. 다음 사항에 대한 예방 조치 용접 문제 9Ni 강철의

3.1 저온 및 고온 균열 경향 방지

용접에서 냉간 균열의 원인은 응력, 경화된 구조, 용접 금속의 확산 수소 함량입니다. 열 균열의 생성은 응력, 불순물 및 화학 성분과 관련이 있습니다. 따라서 적절한 용접 재료를 선택하는 것이 중요합니다.

다양한 용접 재료의 특성을 분석한 결과, 9Ni 강 용접에는 nicrmo-3 용접 재료가 매우 유리한 것으로 나타났습니다.

3.1.1 니켈 합금의 선팽창 계수는 상온 및 고온 모두에서 니켈 합금의 선팽창 계수는 9Ni 강철의 선팽창 계수와 유사합니다. 이러한 유사성은 고르지 않은 팽창 및 수축으로 인한 열 스트레스를 방지하는 데 도움이 됩니다.

3.1.2 nicrmo-3 용접 재료의 Ni 함량은 55%에서 65%로 높으며 탄소 함량은 9Ni 강철과 유사합니다. 두 재료 모두 저탄소 유형에 속합니다. 모재의 희석 효과에도 불구하고 용융 라인에 단단하고 부서지기 쉬운 마르텐사이트 벨트가 형성되지 않도록 오스테나이트 구조가 충분히 높습니다.

3.1.3 니크론모-3 용접 재료는 저탄소(탄소 함량 ≤ 0.1%), F-C 합금의 상 다이어그램에서 작은 "취성 온도 범위", 고순도(S ≤ 0.03%, P ≤ 0.02%), 낮은 수소 함량 등의 특성을 가지고 있습니다. 따라서 nicrmo-3 용접 재료를 사용하면 9Ni 강철 용접에서 냉간 및 고온 균열의 경향을 줄이는 데 필요한 기본 조건을 제공할 수 있습니다.

따라서 확산 수소 함량을 엄격하게 제어하여 nicrmo-3 용접 재료를 선택하면 9Ni 강철 용접에서 냉간 및 고온 균열의 경향을 효과적으로 피할 수 있습니다.

3.2 용접 조인트의 저온 인성 보장

용접 조인트는 용접부, 융착선, 열 영향 영역으로 구성됩니다.

용접 조인트의 저온 인성은 일반적으로 용접 금속, 용융 영역 및 거친 입자 영역에서 발생합니다.

용접 금속의 저온 인성은 주로 다음과 같은 요인에 의해 영향을 받습니다. 용접 유형 사용 재료.

9Ni강과 동일한 조성을 가진 재료로 9Ni강을 용접할 경우, 용접 금속의 저온 인성은 일반적으로 용접 금속의 높은 산소 함량으로 인해 열악합니다.

따라서 일반적으로 9Ni 강철 용접에는 Ni-기반 및 Fe-Ni 기반 전극이 사용됩니다.

9Ni 강을 니크르모-3 용접 재료로 용접할 때 각 영역의 화학적 조성과 금속학적 구조가 다릅니다.

용접 금속은 오스테나이트이며 저온 인성이 우수합니다.

용융 영역에서 용접 재료의 탄소 함량은 기본적으로 9Ni 강철과 동일하며, Ni 함량은 55% 이상으로 탄소 이동을 효과적으로 방지하고 용융 영역에서 부서지기 쉬운 구조를 방지하여 용융 영역의 저온 인성을 보장합니다.

열 영향 영역에서는 최고 온도 1100℃ 이상의 열 사이클에서 거친 마르텐사이트와 베이나이트 구조가 생성되어 오스테나이트의 감소를 역전시키고 저온 인성을 감소시킵니다.

따라서 라인 에너지를 최대한 제어하고 고온 체류 시간을 최소화하기 위해 멀티패스 용접을 사용해야 합니다.

따라서 9Ni 강을 nicrmo-3 용접 재료로 용접할 때 용접 조인트의 저온 인성은 다음과 같은 요인에 의해 크게 영향을 받습니다. 용접 열 입력과 용접 금속의 결정화 과정의 냉각 속도에 따라 달라집니다.

3.3. 자기 바이어스 블로잉을 극복하는 방법

3.3.1. 모재용 접지선의 위치를 변경합니다:

모재에 흐르는 전류에 의해 형성되는 전류 루프를 최소화하려면 접지선을 홈 근처에 직접 연결하거나 홈 위에 놓아야 합니다. 먼 거리에서 모재에 연결해서는 안 됩니다.

3.3.2. 홈의 양쪽 자기장을 단락시키기 위해 홈 위(홈의 뿌리가 아닌)에 임시로 여러 개의 압정 용접을 만들어 홈의 양쪽을 단락시킵니다. 이 위치로 프라이밍할 때는 그라인더를 사용하여 압정 용접을 제거합니다.

4. 테스트 자료 및 방법

4.1. 테스트 자료

헝양발린강관유한공사에서 생산한 9Ni강(직경 355.6mm, 벽 두께 50.8mm)을 테스트의 기본 재료로 사용했습니다.

화학적 조성은 표 1, 기계적 특성은 표 2를 참조하세요.

표 1 9Ni 강관(wt%)의 화학 성분

표 2 9Ni 강관의 기계적 특성

4.2 용접 방법

제품의 특정 요구 사항에 따라 텅스텐 아르곤 아크 용접 (GTAW)는 백킹 용접에 사용되며, 수동 아크 용접(SMAW)은 충전 및 캡핑 용접에 사용됩니다. 또한 용접 공정에는 nicrmo-3 용접 재료가 사용됩니다.

구체적인 화학 성분은 표 3을 참조하세요.

표 3 용접 재료의 화학 성분(wt%)

5. 용접 절차 자격

5.1 용접 전 준비

5.1.1 9Ni 강관의 절단 및 홈 가공은 가급적 기계적 가공 방법을 사용해야 합니다. 그러나, 가스 절단 또는 플라즈마 블랭킹 및 그루브 준비도 사용할 수 있습니다.

가공 또는 절단된 홈은 반드시 연마해야 합니다.

5.1.2 이 평가에 사용되는 파이프의 벽 두께가 크기 때문에 적절한 그루브 유형을 설계해야 합니다.

그루브 면적 및 용접 변형 감소, 용접 효율 향상, Ni-계 용접 재료의 소비 비용 절감 등을 고려하여 그림 1과 같은 그루브 타입을 채택하기로 결정했습니다. 그루브는 2의 간격을 가져야 합니다.4mm, 무딘 모서리 02mm.

5.1.3 그루브 가공이 완료되면 외관을 검사하여 균열이나 박리가 없는지 확인해야 합니다. 이러한 결함이 발견되면 반드시 수리해야 합니다.

5.1.4 기계적 방법과 유기 용제를 사용하여 홈 표면과 양쪽 20mm 이내의 영역을 청소하여 표면의 기름, 녹, 금속 조각, 산화막 및 기타 오염물을 제거해야 합니다.

그림 1 그루브 세부 정보

5.2 용접 순서 및 용접 비드 레이아웃

백킹 레이어는 아르곤 아크 용접을 사용하여 용접되었습니다.

루트의 형성을 보장하려면 용접 비드 수동 아크 용접 충전 시 버닝 스루 현상을 방지하기 위해 최소 6mm의 용접 두께로 최소 2겹의 백킹 용접을 적용하고 수동 아크 용접을 사용하여 충전해야 합니다.

용접 레이어 배열 순서는 그림 2를 참조하세요.

그림 2 용접 비드 레이아웃

5.3 용접 공정 파라미터

열 입력은 단위 길이당 용접이 받는 에너지의 양을 의미하며 용접 열 사이클에 영향을 미치는 주요 요소입니다. 따라서 열 입력을 제어하는 것은 테스트 중 기계적 특성과 황화물 응력 부식(SSC) 저항성을 보장하는 데 필수적입니다.

구체적인 내용은 표 4를 참조하십시오. 용접 매개변수.

표 4 용접 매개변수

5.3.1: 니켈계 용접 재료로 용접되는 용접 금속의 융점은 9Ni 강보다 약 100℃ 낮기 때문에 홈 가장자리와 용접 비드 사이의 불완전한 융착과 같은 결함이 쉽게 발생할 수 있습니다. 따라서 다음을 금지합니다. 호를 치다 용접 과정에서 아크가 홈 외부에 닿지 않도록 하여 모재가 손상되지 않도록 해야 합니다.

5.3.2: 아크를 용접하는 동안 크레이터 균열을 피하기 위해 크레이터를 채우고 잠시 동안 아크 위에 머무르는 것이 중요합니다. 크레이터 균열의 경우 즉시 연마해야 합니다.

5.3.3: 9Ni 강의 저온 인성 및 SSC 테스트 결과를 보장하려면 용접 열 입력 제어가 중요하며 용접 전류가 과도해서는 안 됩니다. 용접 비드 과열을 최소화하고 멀티 패스 용접의 재가열 효과를 통해 입자를 개선하기 위해 고속 멀티 패스 용접을 사용하는 것이 좋습니다.

멀티 패스 용접 중에는 층간 온도를 조절하고 용접에 작은 열 입력을 사용해야 합니다. 열 입력은 20KJ/cm 이하로 제어해야 합니다. 다층 용접의 층간 온도는 접합부의 과열을 방지하기 위해 100℃ 이하로 유지해야 합니다.

6. 테스트 결과 및 분석

6.1 비파괴 검사

용접 후 테스트 부품을 육안으로 검사한 결과 용접부와 열 영향 영역 모두에서 언더컷, 표면 기공, 균열, 슬래그 내포물 또는 기타 결함이 없는 것으로 나타났습니다.

용접 보강재는 0.5~1.5mm 사이로 측정되었으며 용접과 모재가 부드럽게 전환되는 모습을 보였습니다.

방사선 사진 검사 결과 시험편에 균열, 불완전한 융착, 불완전한 침투, 슬래그 내포물 또는 기타 결함이 없는 것으로 나타나 용접 조인트의 품질이 표준 요구 사항을 충족함을 확인했습니다.

6.2 인장 테스트

인장 시험 중에 인장 시편은 WE-100 범용 시험기에 고정됩니다. 그런 다음 인장 응력이 시편에 가해져 파단점에 도달할 때까지 축방향 연신율이 발생합니다. 이 측정은 주요 지표인 재료의 강도.

테스트 결과는 표 5에 표시되어 있습니다.

표 5 인장 시험 결과

테스트 결과에 따르면 인장 테스트가 사양 요구 사항을 충족하는 것이 분명합니다.

6.3 굽힘 테스트

굽힘 테스트는 재료의 변형에 견디는 능력을 평가합니다.

WE-100 범용 테스트 기계를 사용하여 가공된 표준 굽힘 샘플을 테스트합니다.

테스트를 수행하기 위해 사양에 따라 4개의 측면 굽힘 샘플을 채취하고 63.5mm 압자 지름을 사용합니다. 그리고 굽힘 각도 는 180°로 설정되어 있습니다.

굽힘 테스트 후 샘플 표면에 어느 방향에서든 3mm 이상의 균열이나 결함이 없어야 합니다.

테스트 결과에 따르면 사양 요구 사항을 충족합니다.

6.4 충격 테스트

충격 테스트의 목적은 접합 표면의 홈이 파손되는 지점에서 단위 면적당 소비되는 충격 에너지의 양을 측정하여 용접 접합부의 충격 성능을 확인하는 것입니다. 이 테스트를 수행하기 위해 홈을 파손하는 데 필요한 충격 하중을 가하는 JB-30B 충격 테스트 기계에 충격 샘플을 놓습니다.

이 특정 충격 테스트에는 -196℃의 온도에서 샤르피 충격이 사용됩니다. 샘플은 용접 표면에서 약 1 ~ 2mm 떨어진 위치에서 채취합니다.

노치 위치는 용접 중심, 퓨전 라인, 퓨전 라인 1mm, 퓨전 라인 2mm, 퓨전 라인 5mm 등 조인트를 따라 다양한 지점에 위치합니다.

테스트 결과는 표 6에 나와 있습니다.

표 6 충격 테스트 결과

충격 결과를 보면 충격값이 (-196℃ ≥ 41J)의 사양 요건을 충족하는 것을 확인할 수 있습니다.

6.5 매크로 및 경도 테스트

용접부의 매크로 단면 검사를 수행한 결과, 균열이나 기타 결함 없이 용접부가 완전히 용접된 것으로 확인되었습니다. 그림 3은 매크로 샘플을 보여줍니다.

그림 3 매크로 샘플 사진

6.5.2 용접 금속의 경도를 측정합니다, 열 영향 구역 및 용접 조인트의 모재 금속을 각각 나타냅니다.

경도 값은 표 7에 나와 있습니다.

표 7 경도 테스트 결과

6.6. SSC(황화물 응력 부식) 테스트

3개의 표준 접시 모양의 샘플을 채취하여 99.2% CO 용액으로 연속적으로 채웠습니다.₂, 0.8% H2S, 아세트산(초기 pH=3)을 25℃에서 혼합했습니다. 그런 다음 샘플을 4점 굽힘(σS=698 MPa)을 사용하여 80% 항복 강도로 하중을 가하고 720시간 동안 담가 두었습니다. 샘플이 깨지지 않는 것이 관찰되었습니다.

10배율 돋보기로 샘플을 검사한 결과, 균열은 발견되지 않았습니다. 또한 이 샘플 배치의 황화물 응력 부식 테스트는 지정된 표준을 충족했습니다(그림 4 참조).

그림 4 침수 부식 후 압축 응력 샘플의 표면 형태

7. 결론

7.1 백킹을 위한 아르곤 텅스텐 아크 용접, 충전 및 피복을 위한 수동 아크 용접, 9Ni 강철을 ERNiCrMo-3 용접 와이어 및 ERNiCrMo-3 용접봉으로 용접하면 높은고품질 용접 적절한 용접 공정 조건에서 조인트를 얻을 수 있습니다.

7.2 용접 절차 자격 시험은 모든 성능 지표와 기술 요구 사항을 충족했습니다. 당사는 9Ni 강에 대한 TIG 백킹, 수동 아크 용접 충전 및 파이프 시스템 용접 기술을 숙달했으며, 이는 향후 생산을 안내하는 데 귀중한 경험을 제공 할 것입니다.