1. 극저온강의 개요
1) 저온강의 기술 요구 사항은 일반적으로 저온 환경에서의 충분한 강도와 인성, 우수한 용접 성능, 가공 성능 및 내식성 등입니다. 그중 저온 인성, 즉 능력 저온 취성파괴의 발생 및 확대를 방지하는 것이 가장 중요한 요소이다. 따라서 국가에서는 일반적으로 최저 온도에서 특정 충격 인성 값을 규정합니다.
2) 저온강의 성분 중 탄소, 규소, 인, 황, 질소 등의 원소는 저온인성을 저하시키는 원소로 일반적으로 알려져 있으며, 인이 가장 유해하므로 조기 저온탈인이 이루어져야 한다. 제련 중에 수행됩니다. 망간, 니켈과 같은 원소는 저온 인성을 향상시킬 수 있습니다. 니켈 함량이 1% 증가할 때마다 취성 임계 전이 온도는 약 20°C 감소할 수 있습니다.
3) 열처리 공정은 저온강의 금속 조직과 결정립 크기에 결정적인 영향을 미치며, 이는 강의 저온 인성에 영향을 미칩니다. 담금질 및 템퍼링 처리 후 저온 인성이 분명히 향상됩니다.
4) 저온강은 열간성형 방법에 따라 주강과 압연강으로 구분할 수 있다. 구성 및 금속 조직의 차이에 따라 저온강은 저합금강, 6% 니켈강, 9% 니켈강, 크롬-망간 또는 크롬-망간-니켈 오스테나이트강 및 크롬-니켈 오스테나이트 스테인레스강으로 나눌 수 있습니다. 기다리다. 저합금강은 일반적으로 냉동 장비, 운송 장비, 비닐 보관실, 석유화학 장비 제조에 약 -100°C의 온도 범위에서 사용됩니다. 미국, 영국, 일본 등에서는 9% 니켈강이 액화 바이오가스 및 메탄의 저장 및 수송을 위한 저장탱크, 액체산소 저장장치 등 196°C 저온구조물에 널리 사용되고 있다. , 액체 산소 및 액체 질소를 제조합니다. 오스테나이트계 스테인리스강은 매우 우수한 저온 구조 재료입니다. 저온 인성이 우수하고 용접 성능이 우수하며 열전도율이 낮습니다. 액체수소 및 액체산소 수송용 유조선, 저장탱크 등 저온 분야에서 널리 사용됩니다. 그러나 크롬과 니켈이 더 많이 포함되어 있기 때문에 가격이 더 비쌉니다.
2. 저온강 용접공사 개요
저온강의 용접시공방법 및 시공조건을 선정할 때, 용접이음부의 저온인성 저하를 방지하는 것과 용접균열의 발생을 방지하는 두 가지 측면에 문제의 초점을 맞춘다.
1) 베벨 가공
저온강 용접 이음부의 홈 형태는 일반 탄소강, 저합금강, 스테인리스강의 홈 형태와 원칙적으로 다르지 않으며 평소대로 처리할 수 있습니다. 그러나 9Ni Gang의 경우 홈의 열린 각도는 70도 이상이 바람직하고 무딘 모서리는 3mm 이상인 것이 바람직합니다.
모든 저온강은 옥시아세틸렌 토치를 사용하여 절단할 수 있습니다. 단지 9Ni강을 가스절단할 때 일반 탄소구조강을 가스절단할 때보다 절단 속도가 약간 느려질 뿐입니다. 강철의 두께가 100mm를 초과하는 경우 가스 절단 전에 절삭날을 150~200°C로 예열할 수 있지만 200°C를 초과할 수는 없습니다.
가스절단은 용접열의 영향을 받는 부위에 악영향을 미치지 않습니다. 그러나 니켈 함유 강철의 자기 경화 특성으로 인해 절단 표면이 경화됩니다. 용접 조인트의 만족스러운 성능을 보장하려면 용접 전에 연삭 휠을 사용하여 절단면의 표면을 깨끗하게 연마하는 것이 가장 좋습니다.
용접 시공 중에 용접 비드나 모재를 제거해야 하는 경우 아크 가우징을 사용할 수 있습니다. 그러나 다시 적용하기 전에 노치 표면을 깨끗하게 샌딩해야 합니다.
강철이 과열될 위험이 있으므로 옥시아세틸렌 불꽃 가우징을 사용해서는 안 됩니다.
2) 용접방법의 선택
저온강에 사용 가능한 대표적인 용접 방법으로는 아크 용접, 서브머지드 아크 용접, 용융 전극 아르곤 아크 용접 등이 있습니다.
아크용접은 저온강에 가장 일반적으로 사용되는 용접방법으로, 다양한 용접자세에서 용접이 가능합니다. 용접 열 입력량은 약 18-30KJ/cm입니다. 저수소계 전극을 사용하면 완전히 만족스러운 용접 접합부를 얻을 수 있습니다. 기계적 성질이 좋을 뿐만 아니라 노치 인성도 꽤 좋습니다. 또한, 아크용접기는 간단하고 저렴하며, 설비투자가 적고, 위치와 방향에 영향을 받지 않는다. 제한 등의 장점이 있습니다.
저온강 서브머지드 아크 용접의 입열량은 약 10-22KJ/cm이다. 장비가 간단하고 용접효율이 높으며 조작이 편리하여 널리 사용되고 있습니다. 그러나 플럭스의 단열 효과로 인해 냉각 속도가 느려지므로 고온 균열이 발생하는 경향이 커집니다. 또한 불순물과 Si가 플럭스에서 용접 금속으로 들어가는 경우가 많아 이러한 경향이 더욱 촉진됩니다. 따라서 서브머지아크 용접을 사용할 경우에는 용접와이어 및 플럭스의 선택에 주의하여 신중하게 작업하시기 바랍니다.
CO2 가스 차폐 용접으로 용접한 이음부는 인성이 낮아 저온강 용접에는 사용되지 않습니다.
텅스텐 아르곤 아크 용접(TIG 용접)은 일반적으로 수동으로 수행되며 용접 입열량은 9-15KJ/cm로 제한됩니다. 따라서 용접 이음부는 완전히 만족스러운 특성을 가지고 있지만 강철 두께가 12mm를 초과하면 완전히 부적합합니다.
MIG 용접은 저온강 용접에 가장 널리 사용되는 자동 또는 반자동 용접 방법입니다. 용접 입열량은 23-40KJ/cm입니다. 액적 전사 방법에 따르면 단락 전사 공정(낮은 열 입력), 제트 전사 공정(높은 열 입력) 및 펄스 제트 전사 공정(가장 높은 열 입력)의 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 단락 전이 MIG 용접은 관통력이 부족하고 융착 불량이 발생하는 문제가 있습니다. 다른 MIG 플럭스에도 비슷한 문제가 있지만 정도는 다릅니다. 만족스러운 침투를 달성하기 위해 아크를 더 집중시키기 위해 수 퍼센트에서 수십 퍼센트의 CO2 또는 O2를 보호 가스로 순수한 아르곤에 침투시킬 수 있습니다. 적절한 비율은 용접되는 특정 강철에 대한 테스트를 통해 결정되어야 합니다.
3) 용접재료의 선정
용접 재료(용접봉, 용접 와이어, 플럭스 등 포함)는 일반적으로 사용되는 용접 방법에 따라야 합니다. 조인트 형태와 홈 모양 및 기타 필요한 특성을 선택하십시오. 저온강의 경우 가장 주의해야 할 점은 용접금속이 모재와 일치할 만큼 저온인성을 갖게 하고, 확산성 수소의 함량을 최소화하는 것입니다.
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(1) 알루미늄 탈산강
알루미늄탈산강은 용접 후 냉각속도의 영향에 매우 민감한 강종입니다. 알루미늄 탈산강의 수동 아크 용접에 사용되는 전극은 대부분 Si-Mn 저수소 전극 또는 1.5% Ni 및 2.0% Ni 전극이다.
용접 열 입력을 줄이기 위해 알루미늄 탈산강은 일반적으로 3~3.2mm 이하의 얇은 전극을 사용한 다층 용접을 채택하므로 용접 상부층의 2차 열 사이클을 사용하여 입자를 미세화할 수 있습니다.
Si-Mn 계열 전극으로 용접된 용접 금속의 충격 인성은 입열량이 증가함에 따라 50℃에서 급격히 감소합니다. 예를 들어 입열량이 18KJ/cm에서 30KJ/cm로 증가하면 인성은 60% 이상 손실됩니다. 1.5%Ni 시리즈와 2.5%Ni 시리즈 용접 전극은 이에 너무 민감하지 않으므로 용접용 전극을 선택하는 것이 가장 좋습니다.
서브머지드 아크 용접은 알루미늄 탈산강에 일반적으로 사용되는 자동 용접 방법입니다. 서브머지아크 용접에 사용되는 용접와이어는 니켈 1.5~3.5%, 몰리브덴 0.5~1.0%를 함유한 종류가 바람직하다.
문헌에 따르면 2.5%Ni—0.8%Cr—0.5%Mo 또는 2%Ni 용접 와이어를 적절한 플럭스와 일치시키면 -55°C에서 용접 금속의 평균 샤르피 인성 값이 56-70J(5.7)에 도달할 수 있습니다. ~7.1Kgf.m). 0.5% Mo 용접 와이어와 망간 합금 염기성 플럭스를 사용하더라도 입열량을 26KJ/cm 이하로 제어하면 ν∑-55=55J(5.6Kgf.m)의 용접 금속을 생산할 수 있습니다.
플럭스를 선택할 때 용접 금속의 Si와 Mn의 일치에 주의를 기울여야 합니다. 테스트 증명. 용접 금속의 Si 및 Mn 함량이 다르면 샤르피 인성 값이 크게 변경됩니다. 인성값이 가장 좋은 Si와 Mn 함량은 0.1~0.2%Si와 0.7~1.1%Mn이다. 용접와이어 선정시 및 납땜시 주의하시기 바랍니다.
텅스텐 아르곤 아크 용접과 금속 아르곤 아크 용접은 알루미늄 탈산강에 덜 사용됩니다. 위의 서브머지드 아크 용접용 용접 와이어는 아르곤 아크 용접에도 사용할 수 있습니다.
(2) 2.5Ni 강철 및 3.5Ni
2.5Ni강과 3.5Ni강의 서브머지드 아크 용접이나 MIG 용접은 일반적으로 모재와 동일한 용접 와이어를 사용하여 용접할 수 있습니다. 그러나 Wilkinson 식(5)에서 알 수 있듯이 Mn은 저니켈 저온강의 열간균열 억제제 원소입니다. 용접 금속의 망간 함량을 약 1.2%로 유지하는 것은 아크 크레이터 균열과 같은 고온 균열을 방지하는 데 매우 유용합니다. 용접 와이어와 플럭스의 조합을 선택할 때 이 점을 고려해야 합니다.
3.5Ni 강철은 템퍼링되고 부서지기 쉬운 경향이 있으므로 잔류 응력을 제거하기 위해 용접 후 열처리(예: 620°C x 1시간 후 노 냉각) 후에 ν∑-100은 3.8Kgf.m에서 3.8Kgf.m에서 2.1Kgf.m은 더 이상 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 4.5%Ni-0.2%Mo 계열 용접 와이어로 용접하여 형성된 용접 금속은 조질 취화 경향이 훨씬 적습니다. 이 용접 와이어를 사용하면 위의 어려움을 피할 수 있습니다.
(3) 9Ni강
9Ni강은 일반적으로 저온 인성을 극대화하기 위해 담금질 및 템퍼링을 수행하거나 두 번 노멀라이징 및 템퍼링을 통해 열처리됩니다. 그러나 이 강의 용접 금속은 위와 같이 열처리할 수 없습니다. 따라서, 철계 용접재료를 사용하면 모재와 동등한 저온인성을 갖는 용접금속을 얻기가 어렵다. 현재는 고니켈 용접재료가 주로 사용된다. 이러한 용접 재료로 용착된 용접은 완전히 오스테나이트화됩니다. 9Ni강 모재에 비해 강도가 낮고 가격이 매우 비싼 단점이 있지만 취성파괴는 더 이상 심각한 문제가 되지 않는다.
이상으로부터 용접금속이 완전히 오스테나이트이기 때문에 전극과 와이어를 용접하는데 사용하는 용접금속의 저온인성은 모재와 완전히 비슷하지만 인장강도와 항복점은 낮다는 것을 알 수 있다. 모재보다 낮습니다. 니켈 함유 강철은 자체 경화되므로 대부분의 전극과 와이어는 우수한 용접성을 달성하기 위해 탄소 함량을 제한하는 데 주의를 기울입니다.
Mo는 용접재료의 중요한 강화원소이고, Nb, Ta, Ti, W는 중요한 강인화원소로서 용접재료 선정 시 많은 주의를 기울여 왔습니다.
동일한 용접와이어를 사용하여 용접할 경우 서브머지드아크용접은 용접금속의 강도와 인성이 MIG용접에 비해 떨어지게 되는데, 이는 용접냉각속도의 저하와 불순물이나 Si의 침입 가능성이 있기 때문이다. 의 흐름에서.
3. A333-GR6 저온 강관 용접
1) A333-GR6 강의 용접성 분석
A333-GR6 강은 저온강에 속하며 최소 사용 온도는 -70 ℃이며 일반적으로 노멀라이징 또는 노멀라이징 및 템퍼링된 상태로 공급됩니다. A333-GR6 강은 탄소 함량이 낮기 때문에 경화 경향과 냉간 균열 경향이 상대적으로 작고 재료의 인성과 가소성이 좋으며 일반적으로 경화 및 균열 결함이 발생하기 쉽지 않으며 용접성이 좋습니다. ER80S-Ni1 아르곤 아크 용접 와이어는 W707Ni 전극과 함께 아르곤-전기 접합 용접을 사용하거나 ER80S-Ni1 아르곤 아크 용접 와이어를 사용하고 전체 아르곤 아크 용접을 사용하여 용접 접합의 우수한 인성을 보장할 수 있습니다. 아르곤 아크 용접 와이어 및 전극 브랜드에서도 동일한 성능의 제품을 선택할 수 있으나, 소유자의 동의가 있어야만 사용할 수 있습니다.
2) 용접공정
자세한 용접 공정 방법은 용접 공정 설명서나 WPS를 참조하시기 바랍니다. 용접 중 직경이 76.2mm 미만인 파이프에는 I형 맞대기 이음 및 완전 아르곤 아크 용접이 채택됩니다. 직경이 76.2 mm보다 큰 파이프의 경우 V 자형 홈을 만들고 아르곤 아크 프라이밍 및 다층 충진을 통한 아르곤-전기 조합 용접 방법 또는 완전 아르곤 아크 용접 방법을 사용합니다. 구체적인 방법은 발주자가 승인한 WPS에서 파이프 직경과 파이프 벽 두께의 차이에 따라 해당 용접 방법을 선택하는 것입니다.
3) 열처리 공정
(1) 용접 전 예열
주변 온도가 5°C보다 낮을 때 용접물을 예열해야 하며 예열 온도는 100-150°C입니다. 예열 범위는 용접 양면에서 100mm입니다. 옥시아세틸렌 불꽃(중성 불꽃)으로 가열하여 온도를 측정합니다. 펜은 용접부 중심에서 50~100mm 거리에서 온도를 측정하며, 온도 측정 지점을 고르게 분포하여 온도를 더 잘 제어할 수 있습니다. .
(2) 용접후열처리
저온강의 노치 인성을 향상시키기 위해 일반적으로 사용되는 재료는 담금질 및 템퍼링되었습니다. 용접 후 열처리가 부적절하면 저온 성능이 저하되는 경우가 많으므로 충분한 주의가 필요합니다. 따라서 용접 두께가 크거나 구속 조건이 매우 엄격한 조건을 제외하고는 일반적으로 저온강에 대해 용접 후 열처리가 수행되지 않습니다. 예를 들어, CSPC의 새로운 LPG 파이프라인 용접에는 용접 후 열처리가 필요하지 않습니다. 일부 프로젝트에서 용접 후 열처리가 실제로 필요한 경우 용접 후 열처리의 가열 속도, 일정한 온도 시간 및 냉각 속도는 다음 규정을 엄격히 준수해야 합니다.
온도가 400 ℃ 이상으로 상승할 때 가열 속도는 205 × 25/δ ℃/h를 초과해서는 안 되며, 330 ℃/h를 초과해서는 안 됩니다. ㆍ항온시간은 벽두께 25mm당 1시간으로 하며, 15분 이상이어야 한다. 항온기간 중 최고온도와 최저온도의 온도차는 65℃ 이하이어야 한다.
항온 후 냉각 속도는 65 × 25/δ ℃/h를 초과해서는 안 되며, 260 ℃/h를 초과해서는 안 됩니다. 400℃ 이하에서는 자연냉각이 허용됩니다. 컴퓨터로 제어되는 TS-1형 열처리 장비.
4) 주의사항
(1) 규정에 따라 엄격하게 예열하고 층간온도를 조절하며 층간온도는 100~200℃로 조절한다. 각 용접 이음매는 한번에 용접되어야 하며, 중단되는 경우에는 천천히 냉각시키는 조치를 취해야 합니다.
(2) 용접 표면은 아크에 의해 긁히는 것을 엄격히 금지합니다. 아크 크레이터를 메워야 하며 아크가 닫힐 때 결함을 연삭 휠로 갈아야 합니다. 다층 용접의 층 사이의 접합은 엇갈리게 이루어져야 합니다.
(3) 라인 에너지를 엄격하게 제어하고 작은 전류, 낮은 전압 및 빠른 용접을 채택합니다. 직경이 3.2mm인 각 W707Ni 전극의 용접 길이는 8cm보다 커야 합니다.
(4) 짧은 아크 및 스윙 없는 작동 모드를 채택해야 합니다.
(5) 완전 용입 공정을 채택해야 하며 용접 공정 사양 및 용접 공정 카드의 요구 사항을 엄격히 준수하여 수행해야 합니다.
(6) 용접부의 철근량은 0~2mm로 하고, 용접부의 각 변의 폭은 2mm이하로 한다.
(7) 비파괴 검사는 용접 육안 검사가 승인된 후 최소 24시간 후에 실시할 수 있습니다. 파이프라인 맞대기 용접은 JB 4730-94를 따라야 합니다.
(8) "압력 용기: 압력 용기의 비파괴 검사" 표준, 클래스 II 인증.
(9) 용접 보수는 용접 후 열처리 전에 실시해야 합니다. 열처리 후 수리가 필요한 경우 수리 후 용접부를 다시 가열해야 합니다.
(10) 용접면의 기하학적 치수가 기준을 초과하는 경우 연삭을 허용하며 연삭 후의 두께는 설계 요구 사항보다 작아서는 안됩니다.
(11) 일반적인 용접 결함의 경우 최대 2회까지 수리가 허용됩니다. 두 번의 수리가 여전히 부적합한 경우 전체 용접 공정에 따라 용접을 잘라내고 다시 용접해야 합니다.
게시 시간: 2023년 6월 21일
