1. 극저온강 개요
1) 저온 강에 대한 기술 요구 사항은 일반적으로 저온 환경에서 충분한 강도와 충분한 인성, 우수한 용접 성능, 가공 성능 및 내식성 등입니다. 그 중 저온 인성, 즉 능력 저온에서 취성파괴의 발생 및 팽창을 방지하는 것이 가장 중요한 요소이다.따라서 국가에서는 일반적으로 최저 온도에서 특정 충격 인성 값을 규정합니다.
2) 저온강의 성분 중 일반적으로 탄소, 규소, 인, 황, 질소 등의 원소가 저온인성을 저하시키는 것으로 알려져 있으며, 인이 가장 유해하므로 조기 저온탈인을 하여야 한다. 제련 중에 수행됩니다.망간 및 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 조직 및 결정립 크기에 결정적인 영향을 미치며 이는 강의 저온 인성에도 영향을 미칩니다.담금질 및 템퍼링 처리 후 저온 인성이 분명히 향상됩니다.
4) 다양한 열간 성형 방법에 따라 저온 강은 주강과 압연 강으로 나눌 수 있습니다.구성 및 금속 구조의 차이에 따라 저온강은 저합금강, 6% 니켈강, 9% 니켈강, 크롬-망간 또는 크롬-망간-니켈 오스테나이트강 및 크롬-니켈 오스테나이트 스테인리스강으로 나눌 수 있습니다. 기다리다.저합금강은 일반적으로 -100°C 정도의 온도 범위에서 냉동 장비, 운송 장비, 비닐 저장실 및 석유화학 장비 제조에 사용됩니다.미국, 영국, 일본 등에서는 액화 바이오 가스 및 메탄의 저장 및 운송을 위한 저장 탱크, 액체 산소를 저장하는 장비 등 196°C의 저온 구조물에 9% 니켈강이 널리 사용되고 있습니다. , 액체 산소 및 액체 질소 제조.오스테나이트계 스테인리스강은 매우 우수한 저온 구조 재료입니다.저온 인성이 우수하고 용접 성능이 우수하며 열전도율이 낮습니다.액체수소, 액체산소 저장탱크, 수송선 등 저온 분야에서 널리 사용되고 있다.그러나 크롬과 니켈이 더 많이 포함되어 있기 때문에 더 비쌉니다.
2. 저온철강 용접공사 개요
저온강의 용접시공법 및 시공조건 선정시 문제의 초점은 용접이음부의 저온인성 저하방지와 용접균열 발생방지 2가지 측면이다.
1) 베벨 가공
저온강 용접 이음의 홈 형태는 일반 탄소강, 저합금강 또는 스테인리스강과 원칙적으로 다르지 않으며 평소와 같이 처리할 수 있습니다.그러나 9Ni Gang의 경우 홈의 개방 각도는 70도 이상인 것이 바람직하고 무딘 모서리는 3mm 이상인 것이 바람직합니다.
모든 저온 강철은 산소 아세틸렌 토치로 절단할 수 있습니다.9Ni강을 가스 절단할 때 일반 탄소 구조용 강철을 가스 절단할 때보다 절단 속도가 약간 느릴 뿐입니다.강철의 두께가 100mm를 초과하는 경우 가스 절단 전에 절삭날을 150-200°C로 예열할 수 있지만 200°C를 넘지 않아야 합니다.
가스 절단은 용접 열의 영향을 받는 부분에 악영향을 미치지 않습니다.그러나 니켈 함유 강철의 자체 경화 특성으로 인해 절단면이 경화됩니다.용접 조인트의 만족스러운 성능을 보장하기 위해서는 용접하기 전에 연삭 휠을 사용하여 절단면의 표면을 깨끗하게 연마하는 것이 가장 좋습니다.
아크 가우징은 용접 시공 중에 용접 비드 또는 모재를 제거해야 하는 경우에 사용할 수 있습니다.그러나 노치의 표면은 다시 적용하기 전에 여전히 깨끗하게 샌딩되어야 합니다.
강철이 과열될 위험이 있으므로 산소아세틸렌 화염 가우징을 사용해서는 안 됩니다.
2) 용접방법의 선택
저온강에 사용할 수 있는 일반적인 용접 방법에는 아크 용접, 서브머지드 아크 용접 및 용융 전극 아르곤 아크 용접이 있습니다.
아크용접은 저온강에 가장 많이 사용되는 용접방법으로 다양한 용접자세로 용접이 가능하다.용접 입열량은 약 18-30KJ/cm입니다.저수소계 전극을 사용하면 완전히 만족스러운 용접 이음부를 얻을 수 있습니다.기계적 성질이 좋을 뿐만 아니라 노치 인성도 꽤 좋습니다.또한 아크 용접기는 간단하고 저렴하며 설비투자가 적고 위치와 방향에 영향을 받지 않는다.제한 등의 장점이 있습니다.
저온강 서브머지드 아크 용접의 입열량은 약 10-22KJ/cm입니다.간단한 장비, 높은 용접 효율 및 편리한 조작으로 인해 널리 사용됩니다.그러나 플럭스의 단열 효과로 인해 냉각 속도가 느려지므로 고온 균열이 발생하는 경향이 커집니다.또한 불순물과 Si는 종종 플럭스에서 용접 금속으로 유입될 수 있으며, 이는 이러한 경향을 더욱 조장합니다.따라서 서브머지드 아크 용접을 사용할 때에는 용접와이어와 플럭스의 선정에 주의하여 신중히 작업하여야 한다.
CO2 가스 차폐 용접으로 용접되는 조인트는 인성이 낮기 때문에 저온 강철 용접에는 사용되지 않습니다.
텅스텐 아르곤 아크 용접(TIG 용접)은 일반적으로 수동으로 수행되며 용접 열 입력은 9-15KJ/cm로 제한됩니다.따라서 용접이음은 충분히 만족스러운 특성을 가지지만 강재두께가 12mm를 초과하는 경우에는 전혀 부적합하다.
MIG 용접은 저온강 용접에서 가장 널리 사용되는 자동 또는 반자동 용접 방법입니다.그것의 용접 열 입력은 23-40KJ/cm입니다.액적 이송 방법에 따라 단락 이송 공정(낮은 입열량), 제트 이송 공정(높은 입열량) 및 펄스 제트 이송 공정(최고 입열량)의 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.단락 전이 MIG 용접은 용입이 불충분한 문제가 있으며 융착 불량이 발생할 수 있습니다.다른 MIG 플럭스에도 비슷한 문제가 있지만 정도는 다릅니다.만족스러운 침투를 달성하기 위해 아크를 보다 집중적으로 만들기 위해 CO2 또는 O2의 몇 퍼센트에서 수십 퍼센트가 차폐 가스로 순수한 아르곤에 침투될 수 있습니다.용접되는 특정 강철에 대한 테스트를 통해 적절한 비율을 결정해야 합니다.
3) 용접재료의 선정
용접 재료(용접봉, 용접 와이어 및 플럭스 등 포함)는 일반적으로 사용되는 용접 방법을 기반으로 해야 합니다.조인트 형태와 홈 모양 및 기타 필요한 특성을 선택하십시오.저온강의 경우 가장 주의해야 할 점은 용접금속이 모재와 일치할 정도로 저온인성을 갖도록 하고, 그 속에 확산성 수소의 함유량을 최소화하는 것이다.
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(1) 알루미늄탈산강
알루미늄탈산강은 용접 후 냉각속도의 영향에 매우 민감한 강종입니다.알루미늄 탈산강의 수동 아크 용접에 사용되는 대부분의 전극은 Si-Mn 저수소 전극 또는 1.5% Ni 및 2.0% Ni 전극입니다.
용접 열 입력을 줄이기 위해 알루미늄 탈산 강은 일반적으로 ≤ ¢ 3 ~ 3.2mm의 얇은 전극으로 다층 용접을 채택하여 용접 상층의 2 차 열주기를 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 인성이 60% 이상 감소합니다.1.5%Ni계열과 2.5%Ni계열 용접봉은 이에 크게 민감하지 않으므로 용접용으로 이런 종류의 전극을 선택하는 것이 가장 좋습니다.
서브머지드 아크 용접은 알루미늄 탈산강에 일반적으로 사용되는 자동 용접 방법입니다.서브머지드 아크 용접에 사용되는 용접 와이어는 1.5~3.5%의 니켈과 0.5~1.0%의 몰리브덴을 함유하는 것이 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 값은 56-70J(5.7 ~7.1Kgf.m).0.5% Mo 용접 와이어와 망간 합금 기본 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 주의해야 합니다.시험 증거.용접 금속의 다양한 Si 및 Mn 함량은 샤르피 인성 값을 크게 변경합니다.인성이 가장 좋은 Si 및 Mn 함량은 0.1~0.2%Si 및 0.7~1.1%Mn이다.용접 와이어 선정 시 및 납땜 시 유의하시기 바랍니다.
텅스텐 아르곤 아크 용접 및 금속 아르곤 아크 용접은 알루미늄 탈산 강에서 덜 사용됩니다.위의 서브머지드 아크 용접용 용접 와이어는 아르곤 아크 용접에도 사용할 수 있습니다.
(2) 2.5Ni 강 및 3.5Ni
2.5Ni강과 3.5Ni강의 서브머지드 아크 용접 또는 MIG 용접은 일반적으로 모재와 동일한 용접 와이어로 용접할 수 있습니다.그러나 Wilkinson 공식(5)에서 알 수 있듯이 Mn은 저니켈 저온강의 열간 균열 방지 원소입니다.용접 금속의 망간 함량을 약 1.2%로 유지하면 아크 분화구 균열과 같은 고온 균열을 방지하는 데 매우 유리합니다.용접 와이어와 플럭스의 조합을 선택할 때 이를 고려해야 합니다.
3.5Ni 강은 템퍼링 및 취화되는 경향이 있으므로 잔류 응력을 제거하기 위해 용접 후 열처리(예: 620°C×1시간 후 노냉) 후 ν∑-100은 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 뜨임 취화 경향이 훨씬 적습니다.이 용접 와이어를 사용하면 위의 어려움을 피할 수 있습니다.
(3) 9Ni 강
9Ni 강은 일반적으로 담금질 및 템퍼링 또는 두 번 노멀라이징 및 템퍼링으로 열처리하여 저온 인성을 최대화합니다.그러나 이 강의 용접 금속은 위와 같이 열처리할 수 없습니다.따라서 철계 용접재료를 사용하면 모재와 동등한 저온인성을 갖는 용접금속을 얻기 어렵다.현재 하이니켈 용접재료가 주로 사용되고 있다.이러한 용접 재료에 의해 용착된 용접부는 완전히 오스테나이트계가 될 것입니다.9Ni강 모재보다 강도가 낮고 가격이 매우 비싸다는 단점이 있지만 취성 파괴는 더 이상 심각한 문제가 아닙니다.
이상으로부터 용접금속이 완전 오스테나이트계이기 때문에 전극 및 와이어 용접에 사용되는 용접금속의 저온인성은 모재와 완전히 대등하지만 인장강도와 항복점은 모재보다 낮습니다.니켈 함유 강철은 자체 경화되므로 대부분의 전극과 와이어는 우수한 용접성을 달성하기 위해 탄소 함량을 제한하는 데 주의를 기울입니다.
Mo는 용접 재료의 중요한 강화 원소이며 Nb, Ta, Ti 및 W는 중요한 강화 원소로 용접 재료 선택에 중점을 둡니다.
동일한 용접 와이어를 용접에 사용할 경우 서브머지드 아크 용접은 MIG 용접보다 용접 금속의 강도와 인성이 떨어지며, 이는 용접 냉각 속도의 저하 및 불순물이나 Si의 침투 가능성으로 인해 발생할 수 있습니다. 의 흐름에서.
3. A333-GR6 저온 강관 용접
1) A333-GR6강의 용접성 분석
A333–GR6강은 저온강에 속하며 최저사용온도는 -70℃이며 보통 노멀라이징 또는 노멀라이징 및 템퍼링 상태로 공급됩니다.A333-GR6 강은 탄소 함량이 낮기 때문에 경화 경향과 냉간 균열 경향이 상대적으로 적고 재료의 인성과 가소성이 우수하며 일반적으로 경화 및 균열 결함이 발생하기 쉽지 않으며 용접성이 우수합니다.ER80S-Ni1 아르곤 아크 용접 와이어는 W707Ni 전극과 함께 사용하거나 아르곤-전기 조인트 용접을 사용하거나 ER80S-Ni1 아르곤 아크 용접 와이어를 사용하고 전체 아르곤 아크 용접을 사용하여 용접 조인트의 우수한 인성을 보장할 수 있습니다.아르곤 아크 용접 와이어 및 전극 브랜드도 동일한 성능을 가진 제품을 선택할 수 있지만 소유자의 동의가 있어야만 사용할 수 있습니다.
2) 용접공정
자세한 용접 공정 방법은 용접 공정 지침서 또는 WPS를 참조하십시오.용접하는 동안 직경이 76.2mm 미만인 파이프에는 I 형 맞대기 이음 및 전체 아르곤 아크 용접이 채택됩니다.직경이 76.2mm보다 큰 파이프의 경우 V 자형 홈을 만들고 아르곤 아크 프라이밍 및 다층 충진을 사용한 아르곤-전기 조합 용접 방법을 사용하거나 전체 아르곤 아크 용접 방법을 사용합니다.구체적인 방법은 소유자가 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 낮으면 용접물을 예열해야 하며 예열 온도는 100-150°C입니다.예열 범위는 용접 양쪽에서 100mm입니다.산소아세틸렌 불꽃(중성화염)으로 가열하여 온도를 측정합니다. 펜은 용접부 중심에서 50~100mm 거리에서 온도를 측정하고 온도 측정 지점을 고르게 분포시켜 온도를 더 잘 제어합니다. .
(2) 용접 후 열처리
저온강의 노치 인성을 향상시키기 위해 일반적으로 사용되는 재료는 담금질 및 뜨임 처리되었습니다.부적절한 용접 후 열처리는 종종 저온 성능을 저하시키므로 충분히 주의해야 합니다.따라서 용접부 두께가 두꺼워지거나 구속 조건이 매우 심한 경우를 제외하고 용접 후 열처리는 일반적으로 저온강에 대해 수행되지 않습니다.예를 들어 CSPC에서 새로운 LPG 파이프라인을 용접할 때는 용접 후 열처리가 필요하지 않습니다.일부 프로젝트에서 용접 후 열처리가 실제로 필요한 경우 용접 후 열처리의 가열 속도, 항온 시간 및 냉각 속도는 다음 규정을 엄격히 준수해야 합니다.
온도가 400℃ 이상으로 상승할 때 가열 속도는 205 × 25/δ℃/h를 초과하지 않아야 하며 330℃/h를 초과하지 않아야 합니다. 항온시간은 벽두께 25mm당 1시간, 15분 이상이어야 한다.일정 온도 기간 동안 최고 온도와 최저 온도의 온도 차이는 65℃ 미만이어야 합니다.
항온 후 냉각속도는 65×25/δ℃/h 이하, 260℃/h 이하로 한다.400℃ 이하에서 자연냉각이 가능합니다.컴퓨터로 제어되는 TS-1 유형 열처리 장비.
4) 주의사항
(1) 규정에 따라 엄격히 예열하고, 중간막 온도를 조절하며, 중간막 온도는 100~200℃로 조절한다.각 용접 이음새는 한번에 용접되어야 하며, 용접이 중단되면 서냉 조치를 취해야 합니다.
(2) 용접물의 표면은 아크에 의해 긁히지 않도록 엄격히 금지됩니다.아크 크레이터는 메워야 하고 결함은 아크가 닫힐 때 연삭 휠로 연마해야 합니다.다층 용접의 레이어 사이의 조인트는 엇갈리게 배치해야 합니다.
(3) 라인 에너지를 엄격하게 제어하고 작은 전류, 저전압 및 빠른 용접을 채택하십시오.직경이 3.2mm인 각 W707Ni 전극의 용접 길이는 8cm보다 커야 합니다.
(4) 쇼트 아크 및 스윙 없음의 작동 모드를 채택해야 합니다.
(5) 완전 용입 공정을 채택해야 하며 용접 공정 사양 및 용접 공정 카드의 요구 사항을 엄격히 준수해야 합니다.
(6) 용접부의 보강은 0~2mm로 하고, 용접부의 각 변의 폭은 ≤2mm로 한다.
(7) 비파괴 검사는 용접 육안 검사가 자격을 갖춘 후 최소 24시간 동안 수행할 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 수행되어야 합니다.열처리 후 수리가 필요한 경우 수리 후 용접부를 재가열해야 합니다.
(10) 용접면의 기하학적 치수가 표준을 초과하는 경우 연삭이 허용되며 연삭 후 두께는 설계 요구 사항보다 작아서는 안됩니다.
(11) 일반용접결함은 2회까지 수리가 가능하다.두 번의 수리가 여전히 부적합한 경우 전체 용접 프로세스에 따라 용접부를 절단하고 다시 용접해야 합니다.
게시 시간: 2023년 6월 21일
