جوشکاری لوله های فولادی نورد گرم نیاز به پیروی دقیق از رویه های تخصصی برای اطمینان از یکپارچگی ساختاری و طول عمر دارد. کیفیت اتصالات جوش داده شده به طور قابل توجهی بر عملکرد کلی این اجزای صنعتی با ارزش بالا ، به ویژه در کاربردهای مهم مانند حمل و نقل نفت و گاز ، کشتی های فشار و پشتیبانی ساختاری تأثیر می گذارد. این راهنمای جامع الزامات مهم برای دستیابی به نتایج بهینه جوشکاری با لوله های فولادی را تشریح می کند.
الزامات آماده سازی قبل از جوشکاری
آماده سازی مناسب پایه و اساس عملیات جوشکاری موفق برای لوله های فولادی است. قبل از شروع هرگونه جوشکاری ، باید چندین مرحله مهم دنبال شود:
آماده سازی و تمیز کردن سطح
سطوح لوله نورد گرم باید کاملاً تمیز شود تا تمام آلاینده هایی که می توانند یکپارچگی جوش را به خطر بیاندازند ، از بین ببرد. این شامل:
تمیز کردن مکانیکی با استفاده از برس های سیم یا چرخ ها برای از بین بردن زنگ زدگی سطح
تمیز کردن شیمیایی برای از بین بردن روغن ها و گریس ها
حذف مقیاس آسیاب از طریق فرآیندهای ماسه ای یا ترشی
از بین بردن هرگونه رطوبت که می تواند باعث آغوش هیدروژن شود
پروتکل های پیش گرم کردن
پیش گرم شدن برای لوله های دیواره ضخیم تر (به طور معمول بالاتر از 19 میلی متر) و برای نمرات فولاد آلیاژ حاوی محتوای کربن بالاتر ضروری است. این روند:
شوک حرارتی را کاهش می دهد و از ترک خوردگی جلوگیری می کند
میزان خنک کننده را در منطقه تحت تأثیر گرما کاهش می دهد (HAZ)
فشارهای باقیمانده را به حداقل می رساند که می تواند منجر به تغییر شکل شود
انتشار هیدروژن را از ناحیه جوش فعال می کند
دمای گرمایشی بسته به مشخصات مواد و ضخامت دیواره ، به طور معمول از 100 درجه سانتیگراد تا 300 درجه سانتیگراد متغیر است. به عنوان مثال ، مواد API 5L x65 به طور کلی برای ضخامت دیواره بیش از 25 میلی متر به 150 درجه سانتیگراد نیاز دارد.
ملاحظات طراحی مشترک
طراحی مناسب مناسب برای عملیات جوشکاری لوله بسیار مهم است. پیکربندی باید برای:
ضخامت مواد و مشخصات درجه
زاویه های شیار مناسب (به طور معمول 60-75 درجه)
ابعاد صورت ریشه و اندازه گیری شکاف ریشه
دسترسی به تجهیزات جوشکاری
انتخاب فرآیند جوشکاری
انتخاب روش جوشکاری مناسب به طور مستقیم بر کیفیت و دوام مفصل نهایی تأثیر می گذارد. چندین فرآیند برای لوله های نورد گرم مناسب است:
روشهای جوشکاری رایج برای لوله های فولادی
Smaw (جوشکاری قوس فلزی محافظت شده) : همه کاره برای برنامه های کاربردی اما نرخ رسوب پایین تر ارائه می دهد
GTAW/TIG (جوش قوس تنگستن گاز) : دقت را برای عبور ریشه و لوله های دیواره نازک فراهم می کند
GMAW/MIG (جوش قوس فلزی گاز) : میزان رسوب بالاتری را برای مواد ضخیم تر ارائه می دهد
FCAW (جوش قوس با شار) : مناسب برای برنامه های میدانی با نرخ رسوب بالاتر
اره (جوش قوس غوطه ور) : ایده آل برای ساخت مغازه لوله های قطر بزرگتر
بهینه سازی پارامتر جوشکاری
پارامترهای بحرانی باید دقیقاً مطابق با مشخصات لوله کنترل شوند:
آمپراژ: باید ضخامت و موقعیت مواد را مطابقت دهد (به طور معمول 80-250a برای SMAW)
ولتاژ: طول و نفوذ قوس را تحت تأثیر قرار می دهد (معمولاً 20-30 ولت برای GMAW)
سرعت سفر: تأثیر ورودی گرما و مشخصات جوش را تحت تأثیر قرار می دهد
دمای همسایگی: به طور معمول بین 100-250 درجه سانتیگراد حفظ می شود
الزامات عملیات حرارتی پس از جوش
عملیات حرارتی پس از جوشکاری اغلب اجباری است ، به خصوص برای برنامه های فشار قوی مطابق با استانداردهای ASME ، API یا ISO:
روشهای تسکین استرس
عملیات حرارتی پس از جوش (PWHT) چندین عملکرد مهم را انجام می دهد:
فشارهای باقیمانده را کاهش می دهد که می تواند منجر به ترک خوردگی استرس شود
وسوسه کننده های بالقوه ریزساختارهای شکننده در منطقه تحت تأثیر گرما
انعطاف پذیری و سختی مفصل جوش داده شده را بهبود می بخشد
ثبات ابعادی را در سرویس درجه حرارت بالا افزایش می دهد
برای لوله های فولادی کربن (مانند ASTM A106 درجه B) ، دمای معمولی تسکین استرس از 550 درجه سانتیگراد تا 650 درجه سانتیگراد با زمان نگه داشتن بر اساس ضخامت مواد (تقریباً 1 ساعت در 25 میلی متر) متغیر است.
انتخاب و سازگاری مصرفی
مواد جوشکاری باید با دقت با خصوصیات فلزی پایه مطابقت داشته باشند:
الزامات فلزی پر کننده
معیارهای انتخاب عبارتند از:
ترکیب شیمیایی سازگار با مواد لوله فولادی
مقاومت کششی برابر یا بیشتر در مقایسه با مواد پایه
خواص ضربه مناسب برای دمای سرویس
تطبیق مقاومت در برابر خوردگی یا بیش از مواد پایه (به ویژه برای برنامه های خدمات ترش در هر NACE MR0175)
فلزات پرکننده مشترک برای لوله های فولادی کربن شامل E7018 برای SMAW و ER70S-6 برای فرآیندهای GMAW است.
محافظت از انتخاب گاز
برای فرآیندهای نیاز به محافظ گاز خارجی:
آرگون: ثبات عالی قوس را برای GTAW فراهم می کند
مخلوط های آرگون/CO2 (به طور معمول 75 ٪/25 ٪): استاندارد برای GMAW از فولاد کربن
مخلوط هلیوم/آرگون: برای برنامه های تخصصی که نیاز به ورودی گرمای بالاتر دارند
کنترل کیفیت و بازرسی
آزمایش دقیق تضمین می کند که اتصالات جوش داده شده استانداردهای صنعت را رعایت می کنند:
روشهای معاینه غیر مخرب
آزمایش رادیوگرافی (RT) : برای اتصالات بحرانی در هر API 1104 یا ASME B31.3 مورد نیاز است
آزمایش اولتراسونیک (UT) : برای لوله های دیواره ضخیم ترجیح داده می شود
بازرسی ذرات مغناطیسی (MPI) : برای تشخیص ترک سطح
آزمایش نفوذ مایع (PT) : برای شناسایی نقایص سطح در مواد غیر مغناطیسی
الزامات آزمایش مکانیکی
تأیید یکپارچگی مشترک به طور معمول شامل موارد زیر است:
آزمایش کششی برای تأیید قدرت کافی
آزمایش خم برای تأیید انعطاف پذیری
آزمایش ضربه برای برنامه هایی با سرویس دمای پایین
آزمایش سختی برای اطمینان از ماندن مقادیر در محدوده قابل قبول (به طور معمول زیر 250 HV برای لوله های فولادی کربن در سرویس ترش)
استراتژی های کنترل تغییر شکل
به حداقل رساندن اعوجاج در طول جوش نیاز به برنامه ریزی دقیق دارد:
توالی استراتژیک پاس های جوش (به طور معمول با استفاده از الگوهای جوشکاری متعادل)
استفاده از ابزارهای مناسب و تراز کردن
تکنیک های جوشکاری متناوب برای مجامع بزرگ
روشهای جوشکاری پشتی برای توزیع ورودی گرما به طور مساوی
ملاحظات ویژه برای لوله های فولادی آلیاژ
لوله های آلیاژ بالا به اقدامات احتیاطی اضافی نیاز دارند:
کنترل دقیق دمای پیش گرم و متقابل
انتخاب فرآیندهای جوشکاری کم هیدروژن
چرخه های دقیق تر عملیات حرارتی پس از جوش
محافظت بیشتر در برابر آلودگی جوی در هنگام جوشکاری
فلزات پرکننده تخصصی مطابق با ترکیب دقیق مواد پایه
پایان
جوشکاری لوله های فولادی با نورد گرم نیاز به توجه دقیق به آماده سازی ، انتخاب فرآیند ، سازگاری مواد و درمان پس از جوشکاری دارد. پیروی از این الزامات ، اتصالات را حفظ می کند که ضمن ارائه قدرت مورد نیاز ، مقاومت در برابر خوردگی و عمر خدمات برای کاربردهای مهم صنعتی ، مزایای ذاتی ساخت لوله را حفظ می کنند. همیشه هنگام تهیه مراحل جوشکاری برای برنامه های خط لوله خاص ، با کدهای قابل اجرا مانند API 1104 ، ASME B31.3 یا ISO 15614 مشورت کنید.
