ENTITY: یک لوله فولادی با استحکام بالا و کم آلیاژ (HSLA) که از طریق پردازش کنترل شده حرارتی مکانیکی (TMCP) به جای آلیاژ شیمیایی به تنهایی تولید می شود. استاندارد: توسط API 5L PSL2 و ISO 3183 اداره می شود. مورد استفاده: خطوط لوله انتقال نفت و گاز با فشار بالا که نیاز به کاهش ضخامت دیواره دارند. محدودیت ها: از طریق ترک خوردگی هیدروژنی با تاخیر یا نرم شدن منطقه متاثر از حرارت (HAZ) هنگامی که حرارت ورودی جوشکاری پنجره خنک کننده t8/5 (5 تا 20 ثانیه) را نقض می کند، شکست می خورد.
سوالات میدانی متداول در مورد X70 LINE PIPE
چرا جوش های X70 از NDT اولیه عبور می کنند اما 48 ساعت بعد می ترکند؟
این ترک تاخیری هیدروژنی (ترک سرد) است. برخلاف گریدهای پایین تر، استحکام تسلیم بالاتر X70 تنش پسماند عظیمی را حفظ می کند. اگر الکترودهای سلولزی (E6010) هیدروژن را وارد کنند، به آرامی به بریدگیهای پر استرس منتشر میشود. ترک ها اغلب تا زمانی که غلظت هیدروژن به آستانه بحرانی نرسد، معمولاً 48 تا 72 ساعت پس از جوشکاری شروع نمی شود.
آیا می توانیم ترک های دهانه X70 را فقط با سنگ زنی و جوش مجدد تعمیر کنیم؟
بدون تغییر تکنیک قابل اعتماد نیست. ترکهای دهانه در X70 ناشی از الگوهای تنش 'ستارهای' هستند که توسط رسانایی حرارتی بالای لوله که به سرعت یک دهانه مقعر را خنک میکند، ایجاد میشود. سنگ زنی استاندارد کمک می کند، اما علت اصلی تکنیک خاتمه است. قبل از خاموش کردن قوس باید از روش 'Back-Step' برای ساختن یک دهانه محدب استفاده کنید.
چرا HAZ علیرغم گذراندن بررسی های سختی در تست های کششی شکست می خورد؟
شما در حال تجربه نرم شدن HAZ هستید. گرمای جوشکاری به طور موثری فولاد را تحت عملیات حرارتی قرار داده و ریزساختار TMCP ریزدانه را به فریت/پرلیت تعادلی برمیگرداند. این یک 'ساندویچ نرم' ایجاد میکند که در آن کرنش کاملاً در HAZ قرار میگیرد و باعث شکست در کرنش جهانی کم (<0.5%) میشود، حتی اگر سختی در مناطق دیگر قابل قبول به نظر برسد.
پارادوکس TMCP: مدیریت نرم شدن HAZ
X70 خواص مکانیکی خود را از فرآیند نورد (TMCP) و نه فقط شیمی به دست می آورد. از نظر ترمودینامیکی ناپایدار است. هنگامی که آن را جوش می دهید، یک عملیات حرارتی موضعی اعمال می کنید که خطر پاک شدن این ویژگی ها را به همراه دارد. متغیر بحرانی t8/5 است - زمان لازم برای خنک شدن جوش از 800 درجه سانتیگراد تا 500 درجه سانتیگراد.
آیا می توانیم محتوای آلیاژ را برای جلوگیری از نرم شدن HAZ افزایش دهیم؟
نه. نرم شدن HAZ در X70 تابعی از چرخه های حرارتی است نه کمبود آلیاژ. افزودن آلیاژها به فلز پایه نمیتواند از بازگشت ریزساختار TMCP جلوگیری کند، اگر سرعت خنکسازی خیلی کند باشد.
پنجره زمان خنک کننده t8/5
موفقیت عملیاتی بستگی به حفظ زمان خنک کننده t8/5 بین 5 تا 20 ثانیه دارد. نقض این پنجره منجر به حالت های شکست متالورژیکی فوری می شود. زمان خنک کننده
شرایط
(t8/5)
ریزساختار نتیجه
حالت شکست
خنک کننده سریع
< 5 ثانیه
ترکیبات مارتنزیت-آستنیت (MA).
شکستگی شکننده / ترک سرد
پنجره هدف
5 تا 20 ثانیه
بینیت ریز / فریت سوزنی
مشترک موفق
خنک کننده آهسته
> 20 ثانیه
فریت دانه درشت / پرلیت
نرم شدن HAZ / شکست کششی
نکته مهندسی: خدمه میدانی باید حرارت ورودی (معمولاً 0.6 تا 1.2 کیلوژول بر میلیمتر) و دمای پیش گرمایش را برای ماندن در پنجره 5 تا 20 ثانیه نظارت کنند. 'داغتر بهتر است' یک اشتباه خطرناک برای X70 است.
کاهش تاخیر هیدروژنی ترک خوردگی
دادههای میدانی نشاندهنده روند رو به افزایش ترک در هنگام استفاده از جوشکاری 'لوله اجاق گاز' (عمودی پایین) با میلههای سلولزی است. این الکترودها 30-40 میلی لیتر در 100 گرم هیدروژن را رسوب می دهند که بدون پروتکل های سختگیرانه برای X70 کشنده است.
آیا فلاش مشعل سطحی برای پیش گرم کردن X70 کافی است؟
شماره X70 به یک 'خیساندن' نیاز دارد نه فقط یک فلاش. به دلیل هدایت حرارتی سریع، ضخامت کامل باید به دما برسد. اگر دمای محیط کمتر از 5 درجه سانتیگراد باشد، حداقل پیشگرم باید تا 150 درجه سانتیگراد افزایش یابد تا از ترک خوردن جلوگیری شود.
فیزیک ترک خوردن دهانه
توقف ناگهانی یک قوس روی X70 یک دهانه مقعر ایجاد می کند. به محض سرد شدن، استرس انقباض این مرکز نازک را پاره می کند. اقدام اصلاحی تکنیک Back-Step است : ماشه را فوراً رها نکنید. جهت معکوس برای 12 میلی متر (1/2 اینچ) به فلز رسوب داده شده برای ایجاد یک دهانه محدب قبل از خاموش کردن.
وقتی خط لوله X70 انتخاب اشتباهی است (محدودیت ها)
آزاد کردن گیره ها در 50% ریشه: ممنوع است. استحکام تسلیم بالای X70 باعث ایجاد پشت فنری الاستیک فوری می شود. رها کردن گیره های لاین آپ داخلی قبل از اتمام 100% ریشه باعث ترک خوردن دانه ریشه می شود.
دمای بین گذر > 250 درجه سانتیگراد: خطر بالا. بیش از 250 درجه سانتیگراد (480 درجه فارنهایت) زمان t8/5 را بیش از 20 ثانیه افزایش می دهد، HAZ را به منطقه نرم شدن فشار می دهد و استحکام کششی را کاهش می دهد.
مواد مصرفی با کیفیت پایین (E8010): پرخطر. در حالی که به طور اسمی 80ksi، E8010 اغلب در ~75ksi در شرایط مزرعه به دلیل رقیق شدن رسوب می کند. از GMAW/FCAW مکانیزه برای عبورهای پر/درپوش برای اطمینان از تطابق بیش از حد (بازدهی بیش از 535 مگاپاسکال) استفاده کنید.
تجزیه و تحلیل علت ریشه ای برای شکست های میدانی
اگر ترک خوردگی یا خرابی رخ داد، قبل از سرزنش منبع مواد، ترتیب زیر را بررسی کنید:
زمان NDT: آیا NDT کمتر از 24 ساعت پس از جوشکاری انجام شد؟ (خطر بالای منفی کاذب به دلیل تاخیر در ترک خوردن).
پروتکل کلمپ: آیا گیره لاین آپ قبل از تکمیل روت پاس کامل آزاد شد؟
Preheat Soak: آیا پیش گرما بلافاصله قبل از برخورد قوس اندازه گیری شد یا چند دقیقه قبل؟ (X70 گرما را به سرعت از دست می دهد).
عایق: آیا لوله بلافاصله پس از جوشکاری پیچیده شد؟ خنک شدن سریع در شرایط مرطوب/زمستانی باعث افزایش سختی بیش از 350 HV می شود.
سوالات متداول: عیب یابی X70
چگونه حد دقیق ورودی حرارت را محاسبه کنیم تا از نرم شدن HAZ جلوگیری کنیم؟
برای حفظ زمان خنکسازی t8/5 کمتر از 20 ثانیه، گرمای ورودی معمولاً باید بین 0.6 و 1.2 کیلوژول بر میلیمتر باقی بماند. با این حال، این بر اساس ضخامت دیوار متفاوت است. دیوارهای ضخیمتر سریعتر گرم میشوند و اجازه ورودیهای کمی بالاتر را میدهند. از فرمول استفاده کنید: ورودی گرما (kJ/mm) = (ولتاژ × آمپر × 60) / (سرعت سفر × 1000) . اگر دمای بین گذر بالا (بیش از 200 درجه سانتیگراد) باشد، حرارت ورودی مجاز را تا 15 درصد کاهش دهید.
چرا GMAW مکانیزه نسبت به SMAW برای جوش های دور X70 ترجیح داده می شود؟
مکانیزه GMAW (جوشکاری قوس فلزی گازی) از فرآیندهای کم هیدروژن استفاده می کند که خطر ترک خوردگی تاخیری را کاهش می دهد. مهمتر از آن، سرعت سفر و ورودی گرمای ثابتی را ارائه می دهد و اطمینان حاصل می کند که HAZ در پنجره t8/5 باقی می ماند. SMAW (Stick) به شدت به مهارت جوشکار متکی است، که منجر به تغییراتی می شود که پنجره فرآیند باریک X70 نمی تواند آن را ببخشد.
حداقل زمان ماندگاری برای پیش گرم کردن X70 در شرایط زمستانی چقدر است؟
هنگامی که دمای محیط کمتر از 5 درجه سانتیگراد است، اندازه گیری سطح ساده کافی نیست. شما باید طرف مقابل اتصال را گرم کنید یا حداقل 60 ثانیه زمان ماندگاری را پس از برداشتن مشعل قبل از احتراق قوس در نظر بگیرید. این تضمین می کند که گرما از طریق ضخامت کامل لوله خیس شده است و از خنک شدن سریع در ریشه جلوگیری می کند.
چرا تکنیک 'Back-Step' از ترک خوردن دهانه جلوگیری می کند؟
هدایت حرارتی بالای X70 باعث یخ زدن سریع حوضچه های جوش می شود. یک توقف استاندارد یک دهانه مقعر (توخالی) را ایجاد می کند که از نظر هندسی تحت تنش انقباض ضعیف است. تکنیک Back-Step شامل معکوس کردن 12 میلی متر روی فلز جوش است. این ماده پرکننده را برای ایجاد یک دهانه محدب (تپهدار) اضافه میکند که میتواند نیروهای انقباض کششی بالا را در طول خنک شدن تحمل کند.
