Het lassen van lagetemperatuurstaal vereist een goed begrip van de materiaaleigenschappen, omdat extreme omstandigheden kunnen leiden tot brosse breuken. Het artikel bespreekt de technische vereisten voor lagetemperatuurstaal en benadrukt het belang van taaiheid bij lage temperatuur en de rol van verschillende elementen en warmtebehandelingen om dit te bereiken. Daarnaast wordt ingegaan op lasmethoden, materiaalselectie en specifieke werkwijzen voor het lassen van verschillende soorten lagetemperatuurstaal, zoals A333-GR6. Lezers krijgen inzicht in het waarborgen van laskwaliteit en het voorkomen van defecten in deze kritieke toepassingen.
1) De kritieke technische vereisten voor lagetemperatuurstaal omvatten voldoende sterkte, voldoende taaiheid onder cryogene omstandigheden, uitstekende lasbaarheid, goede bewerkbaarheid en superieure corrosiebestendigheid.
Hiervan is de taaiheid bij lage temperaturen - het vermogen om brosse breuk te weerstaan bij temperaturen onder het vriespunt - van het grootste belang. Daarom specificeren de meeste nationale normen minimale waarden voor slagvastheid bij de laagste bedrijfstemperaturen, meestal gemeten met Charpy V-notch-tests.
2) In de samenstelling van lagetemperatuurstaal zijn elementen zoals koolstof, silicium, fosfor, zwavel en stikstof over het algemeen nadelig voor de taaiheid bij lage temperatuur, waarbij fosfor het schadelijkst is.
Om dit te beperken, krijgt het verwijderen van fosfor prioriteit tijdens de eerste fasen van de staalproductie, vaak door middel van secundaire metallurgieprocessen zoals vacuümontgassing. Omgekeerd verbeteren elementen als mangaan en nikkel de taaiheid bij lage temperaturen. Elke toename van het nikkelgehalte met 1% kan de taaie naar brosse overgangstemperatuur (DBTT) met ongeveer 20°C verlagen, voornamelijk door de austenietfase te stabiliseren en de korrelstructuur te verfijnen.
3) Het warmtebehandelingsproces speelt een cruciale rol bij het bepalen van de microstructuur en korrelgrootte van lagetemperatuurstaal, wat de cryogene taaiheid aanzienlijk beïnvloedt. Wanneer de afschrik- en ontlaatbehandelingen geoptimaliseerd zijn, kunnen ze de taaiheid bij lage temperatuur aanzienlijk verbeteren door een fijnkorrelige martensitische of bainitische structuur te produceren met gecontroleerde precipitatie van carbiden.
4) Op basis van de primaire vervormingsmethoden kan lagetemperatuurstaal worden ingedeeld in gegoten staal en gewalst staal.
Afhankelijk van de samenstelling en microstructurele kenmerken, worden lage temperatuur staalsoorten gecategoriseerd als: laaggelegeerde staalsoorten (bijv. ASTM A353, A553), 3,5% Ni staalsoorten, 5% Ni staalsoorten, 6% Ni staalsoorten, 9% Ni staalsoorten, austenitische Cr-Mn of Cr-Mn-Ni staalsoorten, en austenitische Cr-Ni roestvrij staalsoorten.
Laaggelegeerd staal wordt meestal gebruikt in gematigde cryogene toepassingen tot ongeveer -100°C, voor de productie van koelapparatuur, cryogene transportvaten, bovengrondse ethyleenopslagtanks en petrochemische verwerkingsapparatuur.
In landen als de VS, het VK en Japan wordt 9% nikkelstaal (bijvoorbeeld ASTM A353) op grote schaal gebruikt in meer veeleisende constructies voor lage temperaturen, zoals opslag- en transporttanks voor vloeibaar aardgas (LNG) bij -162 °C, opslag van vloeibare zuurstof bij -183 °C en bij de fabricage van luchtscheidingseenheden voor de productie van vloeibare zuurstof en stikstof.
Austenitisch roestvast staal, in het bijzonder staalsoorten zoals 304L, 316L en 347, zijn uitstekende cryogene constructiematerialen met een uitzonderlijke taaiheid bij lage temperatuur, superieure lasbaarheid en lage thermische geleidbaarheid. Deze staalsoorten behouden hun taaiheid tot temperaturen van vloeibaar helium (-269°C) en worden veel gebruikt in toepassingen met extreem lage temperaturen, zoals transport- en opslagtanks voor vloeibare waterstof (-253°C) en vloeibare zuurstof, en in cryostaten voor supergeleidende magneten. Hun hogere chroom- en nikkelgehalte maakt ze echter duurder, waardoor voor elke toepassing een zorgvuldige kosten-batenanalyse nodig is.
Bij het kiezen van lasconstructiemethoden en -omstandigheden voor lagetemperatuurstaal ligt de nadruk op het voorkomen van verslechtering van de taaiheid bij lage temperaturen aan de lasnaden en het vermijden van lasscheuren.
Er is geen fundamenteel verschil tussen de groefvormen van lasverbindingen voor lagetemperatuurstaal, gewoon koolstofstaal, laaggelegeerd staal of roestvast staal; ze kunnen op de standaard manier verwerkt worden. Echter, voor 9Ni staal, moet de groefhoek idealiter niet minder dan 70 graden zijn en moet de stompe rand bij voorkeur niet minder dan 3 mm zijn.
Alle staalsoorten met een lage temperatuur kunnen gesneden worden met een autogeenvlam. Bij het gas snijden van 9Ni staal moet de snijsnelheid echter iets lager zijn dan bij het gas snijden van gewoon koolstof constructiestaal. Als de staaldikte meer dan 100 mm is, kan de snede worden voorverwarmd tot 150-200℃ voor het gas snijden, maar het mag niet meer zijn dan 200℃.
Het snijden van gas heeft geen nadelige gevolgen voor de gebieden die worden beïnvloed door laswarmte. Door de zelfuithardende eigenschappen van nikkelhoudend staal zal het snijvlak echter uitharden.
Om ervoor te zorgen dat de gelaste verbindingkun je het beste een slijpschijf gebruiken om het snijvlak glad en schoon te maken voordat je gaat lassen.
Als het tijdens de lasconstructie nodig is om de lasrups of basismateriaal, kan men gutsen met behulp van een boog. Voor de nabewerking moet het groefoppervlak echter nog worden gereinigd en gepolijst.
Oxyacetyleen gutsen mag niet worden gebruikt omdat het staal dan oververhit kan raken.
Lage temperatuur staal kan worden gelast met typische methoden zoals booglassenondergedompeld booglassen en gasbooglassen.
Booglassen is de meest gebruikte methode voor staal met een lage temperatuur en kan worden toegepast in verschillende lasposities. De warmte-inbreng is ongeveer 18~30KJ/cm.
Bij gebruik van elektroden met een laag waterstofgehalte kunnen volledig bevredigende lasverbindingen worden gemaakt, die niet alleen goede mechanische eigenschappen hebben, maar ook een uitstekende kerftaaiheid.
Bovendien heeft booglassen de voordelen van eenvoudige en goedkope lasmachines, minder investeringen in apparatuur en geen beperkingen in positie of richting.
De warmte-inbreng van onder poederdek lassen voor lage temperatuur staal is ongeveer 10 ~ 22KJ / cm. Het wordt veel gebruikt vanwege de eenvoud, hoge lasefficiëntie en eenvoudige bediening.
Door het isolerende effect van de flux vertraagt het echter de afkoeling, wat leidt tot een grotere neiging tot vorming van hete scheuren.
Bovendien kunnen onzuiverheden en silicium vanuit de flux in het lasmetaal terechtkomen, wat deze neiging kan verergeren. Daarom moet bij ondergedompeld booglassen zorgvuldig worden nagedacht over de keuze van de draad en het vloeimiddel en moeten de bewerkingen zorgvuldig worden uitgevoerd.
CO2 Gasbeschermd lassen produceert verbindingen met een lagere taaiheid en wordt daarom niet gebruikt bij het lassen van staal met een lage temperatuur.
TIG-lassen (TIG = Tungsten inert gas) wordt meestal handmatig uitgevoerd en de warmte-inbreng is beperkt tot 9~15KJ/cm. Hoewel de geproduceerde lasverbinding bevredigende prestaties levert, is deze methode niet toepasbaar als de staaldikte groter is dan 12 mm.
Gasmetaalbooglassen (MIG) is de meest gebruikte automatische of halfautomatische lasmethode voor staal met een lage temperatuur, met een warmte-inbreng van 23~40KJ/cm.
Op basis van de druppel-overdrachtmethode kan deze worden onderverdeeld in kortsluitoverdracht (lagere warmte-inbreng), bolvormige overdracht (hogere warmte-inbreng) en gepulseerde sproei-overdracht (hoogste warmte-inbreng). Kortsluitend MIG-lassen kan onvoldoende smeltdiepte hebben, wat kan leiden tot onvolledige smeltfouten.
Andere MIG lasmethoden kunnen soortgelijke problemen hebben, maar in verschillende mate. Om een bevredigende smeltdiepte te bereiken door de boog geconcentreerder te maken, kunnen enkele tot enkele tientallen procenten CO2 of O2 worden toegevoegd aan het zuivere argon dat wordt gebruikt als lasdraad. schermgas.
Het juiste percentage moet proefondervindelijk worden vastgesteld op basis van de specifieke soort staal wordt gelast.
Lasmaterialen (inclusief elektroden, lasdraden en vloeimiddelen) moeten over het algemeen worden geselecteerd op basis van de toegepaste lasmethode, de vorm van de lasnaad, de vorm van de groef en andere noodzakelijke kenmerken.
Voor staal met een lage temperatuur is het belangrijkste om ervoor te zorgen dat het lasmetaal een taaiheid bij lage temperatuur heeft die overeenkomt met die van het moedermetaal en om de hoeveelheid diffuus waterstof te minimaliseren.
(1) Aluminium-gehard staal
Aluminium-gekoeld staal is zeer gevoelig voor de afkoelsnelheid na het lassen. Elektroden die gebruikt worden bij booglassen met de hand voor aluminiumkoud staal zijn meestal Si-Mn laag-waterstoftype of 1,5% Ni type, 2,0% Ni type.
Om de warmte-inbreng bij het lassen te verminderen, wordt bij aluminium gekapt staal meestal meerlaags gelast met dunne elektroden van 3~3,2 mm. Dit kan gebruik maken van de secundaire warmtecyclus van de bovenste lasgang om de korrels te verfijnen.
De kerfslagtaaiheid van het lasmetaal dat met Si-Mn elektroden bij 50℃ is gelast, neemt sterk af naarmate de warmte-inbreng toeneemt. Als de warmte-inbreng bijvoorbeeld toeneemt van 18KJ/cm tot 30KJ/cm, zal de taaiheid meer afnemen dan bij 60%. De 1,5% nikkel type en 2,5% nikkel type elektroden zijn hier niet gevoelig voor en zijn daarom de beste keuze voor het lassen.
Onderpoederlassen is een veelgebruikte automatische lasmethode voor aluminium-gekoeld staal. De beste samenstelling voor de lasdraad die wordt gebruikt bij onder poederdek lassen bevat 1,5~3,5% nikkel en 0,5~1,0% molybdeen.
Volgens de literatuur kan bij gebruik van 2,5%Ni-0,8%Cr-0,5%Mo of 2%Ni lasdraad en de juiste flux de gemiddelde taaiheidswaarde van het lasmetaal bij -55℃ 56-70J (5,7~7,1Kg/fm) bereiken. Zelfs met 0,5%Mo lasdraad en een alkalische flux van een mangaanlegering kan, zolang de warmte-inbreng onder 26KJ/cm wordt gehouden, nog steeds een lasmetaal met 55J (5,6Kg/f.m) worden gemaakt.
Let bij het kiezen van vloeimiddel op de hoeveelheid Si en Mn in het lasmetaal. Tests hebben aangetoond dat een verschillend Si en Mn gehalte in het lasmetaal de taaiheid sterk kan beïnvloeden. De optimale taaiheid wordt verkregen met 0,1~0,2% Si en 0,7~1,1% Mn. Dit moet worden opgemerkt bij het kiezen van lasdraden en vloeimiddelen.
TIG-lassen (Tungsten Inert Gas) en MIG-lassen (Metal Inert Gas) worden minder vaak gebruikt bij aluminium gekoeld staal. De bovengenoemde lasdraden voor onder poederdek lassen kunnen ook worden gebruikt voor TIG-lassen.
(2) 2,5Ni staal en 3,5Ni staal
Voor onder poederdek lassen of MIG lassen van 2,5Ni en 3,5Ni staal kunnen over het algemeen lasdraden worden gebruikt met hetzelfde materiaal als het moedermetaal. Zoals echter blijkt uit de formule van Wilkinson, is Mn een warmscheurremmer voor staal met een laag nikkelgehalte en een lage temperatuur.
Het mangaangehalte in het lasmetaal rond de 1,2% houden is gunstig voor het voorkomen van boogputscheuren en andere hete scheuren. Dit moet prioriteit krijgen bij het kiezen van de combinatie van lasdraad en flux.
De neiging tot bros worden van 3,5Ni-staal is hoog, dus na een warmtebehandeling voor restspanning ontlasting (bijv. 620℃×1 uur, daarna afkoelen in de oven), zal de taaiheid drastisch afnemen van 3,8Kg/f.m tot 2,1Kg/f.m en niet voldoen aan de specificatie.
De neiging tot bros worden van het lasmetaal gemaakt door de 4,5%Ni-0,2%Mo lasdraad is veel kleiner en door deze draad te gebruiken kan het bovengenoemde probleem worden vermeden.
(3) 9Ni-staal
9Ni-staal ondergaat meestal een warmtebehandeling door middel van quenching-tempering of double-normalizing-tempering om de taaiheid bij lage temperatuur te maximaliseren. Het lasmetaal van dit staal kan de bovengenoemde warmtebehandeling echter niet ondergaan.
Daarom maakt het gebruik van ferriet lasmaterialen het moeilijk om lasmetaal te verkrijgen met een taaiheid bij lage temperatuur die vergelijkbaar is met die van het moedermetaal. De meest gebruikte zijn hoog-nikkel lasmaterialen.
Het lasmetaal van dergelijke lasmaterialen is een volledige austenitische structuur. Ondanks de nadelen van lagere sterkte in vergelijking met het moedermetaal van 9Ni staal en de hoge kosten, is brosse breuk niet langer een serieus probleem voor dit materiaal.
Uit het bovenstaande weten we dat:
Aangezien het lasmetaal volledig austenitisch is, kan de taaiheid bij lage temperatuur van het lasmetaal dat is gelast met de gebruikte elektroden en lasdraden volledig concurreren met het moedermetaal, hoewel de treksterkte en de rekgrens lager zijn dan die van het moedermetaal.
Nikkelhoudend staal heeft zelfhardende eigenschappen, dus de meeste elektroden en lasdraden hebben maatregelen genomen om de koolstofgehalte om een goede lasbaarheid te bereiken.
In lasmaterialen is Mo een belangrijk versterkend element, terwijl Nb, Ta, Ti en W belangrijke taaie elementen zijn. Hun belang is volledig erkend bij de selectie en configuratie van lasmaterialen.
Bij gebruik van dezelfde lasdraad zijn de sterkte en taaiheid van het lasmetaal van het onderpoederdek lassen iets minder dan die van het MIG lassen. Dit kan te wijten zijn aan de tragere afkoelsnelheid van de las en de mogelijke onzuiverheden of Si infiltratie van de flux.
A333-GR6 staal is een lage temperatuur staal, met de laagste gebruikstemperatuur bij -70 ℃, meestal geleverd in een genormaliseerde of genormaliseerde plus ontlaten toestand. A333-GR6 staal heeft een laag koolstofgehalte, dus het heeft een kleine verharding en koudscheurneiging, goede taaiheid en plasticiteit.
Het produceert over het algemeen niet gemakkelijk hardings- en scheurvormingsdefecten en heeft een goed lasbaarheid.
ER80S-Ni1 argon booglassen draad met W707Ni-elektroden kan worden gebruikt, waarbij gecombineerd argon-elektrisch lassen wordt toegepast, of ER80S-Ni1 argon booglasdraad kan worden gebruikt voor volledig argon booglassen om een goede taaiheid van de lasverbinding te garanderen.
Het merk argon booglasdraad en elektrode kan worden gekozen uit producten met dezelfde prestaties, maar de goedkeuring van de eigenaar moet worden verkregen voor gebruik.
Tijdens het lassen wordt voor pijpen met een diameter kleiner dan 76,2 mm een stootverbinding van het I-type en volledig argonbooglassen gebruikt; voor pijpen met een diameter groter dan 76,2 mm wordt een groef van het V-type geopend en wordt de methode van argonboogwortel en meerlaags vullend argon-elektrisch lassen of volledig argonbooglassen gebruikt.
De specifieke praktijken zijn afhankelijk van de door de eigenaar goedgekeurde pijpdiameter en wanddikte.
(1) Voorverwarmen voor het lassen
Wanneer de omgevingstemperatuur lager is dan 5℃, moet het lasstuk worden voorverwarmd.
De voorverwarmingstemperatuur is 100~150℃; het voorverwarmbereik is 100mm aan beide zijden van de las; voor het verwarmen wordt een oxyacetyleenvlam (neutrale vlam) gebruikt en de temperatuur wordt gemeten op 50~100mm afstand van het midden van de las door een temperatuurgevoelige pen, met gelijkmatig verdeelde temperatuurpunten voor een betere temperatuurregeling.
(2) Warmtebehandeling na het lassen
Om de kerftaaiheid van staal bij lage temperatuur te verbeteren, hebben de algemeen gebruikte materialen al afschrikken en ontlaten ondergaan. Een onjuiste warmtebehandeling na het lassen verslechtert vaak de prestaties bij lage temperaturen, waaraan voldoende aandacht moet worden besteed.
Daarom ondergaat lagetemperatuurstaal, behalve als de lasdikte groter is of de randvoorwaarden zeer strikt zijn, meestal geen warmtebehandeling na het lassen.
Voor het lassen van de nieuw toegevoegde LPG-pijpleiding in CSPC is bijvoorbeeld geen warmtebehandeling na het lassen nodig.
Als een warmtebehandeling na het lassen inderdaad nodig is in sommige projecten, moeten de verwarmingssnelheid, de constante temperatuurtijd en de afkoelsnelheid van de warmtebehandeling na het lassen strikt worden uitgevoerd volgens de volgende bepalingen:
De constante temperatuurtijd moet 1 uur per 25 mm wanddikte zijn en niet minder dan 15 minuten. Het temperatuurverschil tussen de hoogste en laagste temperatuur tijdens de constante temperatuurperiode moet minder dan 65℃ zijn.
Na de constante temperatuur mag de koelsnelheid niet hoger zijn dan 65×25/δ ℃/h, en niet hoger dan 260℃/h. Onder 400℃ is natuurlijke koeling acceptabel. Er moet computergestuurde warmtebehandelingsapparatuur worden gebruikt.
(1) Strikte voorverwarming volgens de voorschriften, waarbij de temperatuur van de tussenlaag binnen 100~200℃ wordt gehouden. Elke las moet in één keer worden voltooid, bij onderbreking moeten langzame afkoelingsmaatregelen worden genomen.
(2) Krassen op het lasoppervlak zijn ten strengste verboden. Na het doven van de boog moet de krater worden opgevuld en moeten eventuele defecten worden weggeslepen met een slijpschijf. De verbindingen tussen de lagen bij meerlagig lassen moeten verspringen.
(3) Lijnenergie moet strikt gecontroleerd worden, met kleine stromen, lage spanningen en snel lassen. Voor W707Ni-elektroden met een diameter van 3,2 mm moet de laslengte per elektrode meer dan 8 cm zijn.
(4) Er moet gebruik worden gemaakt van een korte boog, die niet zwenkt.
(5) Volledig doorgaand lassen proces moet worden gebruikt en het moet strikt voldoen aan de eisen in de lasprocesspecificaties en de lasproceskaart.
(6) De lasversterking moet 0~2mm zijn en de verbreding van de las moet ≤2mm aan elke kant zijn.
(7) Nadat de uiterlijke inspectie van de las geslaagd is, kunnen niet-destructieve testen pas na minstens 24 uur worden uitgevoerd. De norm JB 4730-94 moet worden toegepast op stomplassen naden van de pijp.
(8) De norm "Pressure Vessel: Non-destructive Testing of Pressure Vessels" moet worden gevolgd en de kwalificatie niveau II moet worden behaald.
(9) Lasreparaties moeten worden uitgevoerd vóór de warmtebehandeling na het lassen. Als na de warmtebehandeling reparaties nodig zijn, moet de las na de reparatie opnieuw warmtebehandeld worden.
(10) Als de geometrische afmeting van het lasoppervlak niet voldoet, is het toegestaan om het te slijpen, mits de dikte na het slijpen niet onder de ontwerpvereisten komt.
(11) Voor algemene lasdefectenMaximaal twee reparaties zijn toegestaan. Als de las na twee reparaties nog steeds niet doorstaat, moet de las worden doorgesneden en opnieuw worden gelast volgens de volledige procedure. lasproces.
Als oprichter van MachineMFG heb ik meer dan tien jaar van mijn carrière gewijd aan de metaalbewerkingsindustrie. Door mijn uitgebreide ervaring ben ik een expert geworden op het gebied van plaatbewerking, verspaning, werktuigbouwkunde en gereedschapsmachines voor metalen. Ik denk, lees en schrijf voortdurend over deze onderwerpen en streef er voortdurend naar om voorop te blijven lopen in mijn vakgebied. Laat mijn kennis en expertise een aanwinst zijn voor uw bedrijf.
NL 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
PT 
PT_BR 
RU 
KO