Hàn ống thép cán nóng đòi hỏi phải tuân thủ nghiêm ngặt các quy trình chuyên ngành để đảm bảo tính toàn vẹn cấu trúc và tuổi thọ. Chất lượng của các mối hàn ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất chung của các thành phần công nghiệp có giá trị cao này, đặc biệt là trong các ứng dụng quan trọng như vận chuyển dầu khí, tàu áp lực và hỗ trợ cấu trúc. Hướng dẫn toàn diện này phác thảo các yêu cầu quan trọng để đạt được kết quả hàn tối ưu với ống thép.
Yêu cầu chuẩn bị trước khi uốn
Chuẩn bị đúng là nền tảng của các hoạt động hàn thành công cho ống thép. Trước khi bất kỳ sự hàn nào bắt đầu, một số bước quan trọng phải được tuân theo:
Chuẩn bị và làm sạch bề mặt
Bề mặt ống cán nóng phải được làm sạch hoàn toàn để loại bỏ tất cả các chất gây ô nhiễm có thể thỏa hiệp tính toàn vẹn mối hàn. Điều này bao gồm:
Làm sạch cơ học bằng cách sử dụng bàn chải dây hoặc máy mài để loại bỏ bề mặt rỉ sét
Làm sạch hóa chất để loại bỏ dầu và mỡ
Loại bỏ quy mô nhà máy thông qua các quy trình phun cát hoặc ngâm
Loại bỏ bất kỳ độ ẩm nào có thể gây ra sự hấp thụ hydro
Các giao thức làm nóng trước
Làm nóng trước là điều cần thiết cho các ống có thành dày hơn (thường là trên 19mm) và cho các loại thép hợp kim có hàm lượng carbon cao hơn. Quá trình này:
Giảm sốc nhiệt và ngăn ngừa nứt lạnh
Giảm tốc độ làm mát trong vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt (HAZ)
Giảm thiểu các ứng suất dư có thể dẫn đến biến dạng
Cho phép khuếch tán hydro từ khu vực hàn
Nhiệt độ làm nóng trước thường nằm trong khoảng từ 100 ° C đến 300 ° C, tùy thuộc vào đặc tả vật liệu và độ dày thành. Ví dụ, vật liệu API 5L x65 thường yêu cầu làm nóng trước đến 150 ° C đối với độ dày của tường vượt quá 25 mm.
Cân nhắc thiết kế chung
Thiết kế chung thích hợp là rất quan trọng cho các hoạt động hàn ống. Cấu hình nên tính đến:
Độ dày vật liệu và thông số kỹ thuật cấp
Góc rãnh thích hợp (thường là 60-75 °)
Kích thước khuôn mặt gốc và các phép đo khoảng cách gốc
Khả năng tiếp cận thiết bị hàn
Lựa chọn quá trình hàn
Chọn phương pháp hàn thích hợp ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và độ bền của khớp cuối cùng. Một số quy trình phù hợp cho đường ống lăn nóng:
Phương pháp hàn phổ biến cho ống thép
SMAW (Hàn hồ quang kim loại được bảo vệ) : Versatile cho các ứng dụng hiện trường nhưng cung cấp tỷ lệ lắng đọng thấp hơn
GTAW/TIG (Hàn hồ quang Vonfram Gas) : Cung cấp độ chính xác cho các đường chuyền rễ và ống có thành mỏng
GMAW/MIG (Hàn hồ quang kim loại khí) : Cung cấp tỷ lệ lắng đọng cao hơn cho các vật liệu dày hơn
FCAW (Hàn hồ quang-Cors-Lowed) : Thích hợp cho các ứng dụng hiện trường với tỷ lệ lắng đọng cao hơn
SAW (Hàn hồ quang ngập nước) : Lý tưởng cho việc chế tạo các ống có đường kính lớn hơn
Tối ưu hóa tham số hàn
Các tham số quan trọng phải được kiểm soát chính xác theo thông số kỹ thuật của đường ống:
Cường độ: phải phù hợp với độ dày và vị trí của vật liệu (thường là 80-250A cho SMAW)
Điện áp: ảnh hưởng đến chiều dài hồ quang và sự xâm nhập (thường là 20-30V đối với GMAW)
Tốc độ di chuyển: Tác động đến đầu vào nhiệt và hồ sơ mối hàn
Nhiệt độ xen kẽ: thường được duy trì trong khoảng từ 100-250 ° C
Yêu cầu điều trị nhiệt sau hàn
Xử lý nhiệt sau khi hàn thường là bắt buộc, đặc biệt đối với các ứng dụng áp suất cao phù hợp với tiêu chuẩn ASME, API hoặc ISO:
Thủ tục giảm căng thẳng
Điều trị nhiệt sau chiến (PWHT) thực hiện một số chức năng quan trọng:
Làm giảm các ứng suất dư có thể dẫn đến nứt ăn mòn căng thẳng
Tempers có khả năng các cấu trúc vi mô giòn trong vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt
Cải thiện độ dẻo và độ bền của khớp hàn
Tăng cường sự ổn định kích thước trong dịch vụ nhiệt độ cao
Đối với các ống thép carbon (như ASTM A106 Lớp B), nhiệt độ giảm căng thẳng điển hình dao động từ 550 ° C đến 650 ° C với thời gian giữ dựa trên độ dày vật liệu (khoảng 1 giờ mỗi 25 mm).
Lựa chọn và khả năng tương thích tiêu thụ
Vật liệu hàn phải được khớp cẩn thận với các thuộc tính kim loại cơ bản:
Yêu cầu kim loại phụ
Tiêu chí lựa chọn bao gồm:
Thành phần hóa học tương thích với vật liệu ống thép
Độ bền kéo bằng hoặc lớn hơn so với vật liệu cơ bản
Tính chất tác động thích hợp cho nhiệt độ dịch vụ
Phù hợp với chống ăn mòn hoặc vượt quá vật liệu cơ sở (đặc biệt đối với các ứng dụng dịch vụ chua trên mỗi NACE MR0175)
Kim loại chất độn phổ biến cho các ống thép carbon bao gồm E7018 cho SMAW và ER70S-6 cho các quy trình GMAW.
Lựa chọn khí bảo vệ
Đối với các quy trình yêu cầu che chắn khí bên ngoài:
Argon: Cung cấp độ ổn định hồ quang tuyệt vời cho GTAW
Hỗn hợp Argon/CO2 (thường là 75%/25%): Tiêu chuẩn cho GMAW của thép carbon
Hỗn hợp Helium/Argon: Đối với các ứng dụng chuyên dụng yêu cầu đầu vào nhiệt cao hơn
Kiểm soát và kiểm tra chất lượng
Thử nghiệm nghiêm ngặt đảm bảo các khớp hàn đáp ứng các tiêu chuẩn ngành:
Phương pháp kiểm tra không phá hủy
Kiểm tra X quang (RT) : Cần thiết cho các khớp quan trọng trên mỗi API 1104 hoặc ASME B31.3
Kiểm tra siêu âm (UT) : ưa thích cho các đường ống có thành dày
Kiểm tra hạt từ tính (MPI) : Để phát hiện vết nứt bề mặt
Thử nghiệm thâm nhập chất lỏng (PT) : Để xác định các khuyết tật bề mặt trong vật liệu không từ tính
Yêu cầu kiểm tra cơ học
Xác minh tính toàn vẹn chung thường bao gồm:
Kiểm tra độ bền kéo để xác nhận sức mạnh đầy đủ
Kiểm tra uốn cong để xác minh độ dẻo
Kiểm tra tác động cho các ứng dụng có dịch vụ nhiệt độ thấp
Kiểm tra độ cứng để đảm bảo các giá trị vẫn còn trong phạm vi chấp nhận được (thường là dưới 250 HV cho đường ống thép carbon trong dịch vụ chua)
Chiến lược kiểm soát biến dạng
Giảm thiểu sự biến dạng trong quá trình hàn đòi hỏi phải lập kế hoạch cẩn thận:
Trình tự chiến lược của các đường chuyền hàn (thường sử dụng các mẫu hàn cân bằng)
Áp dụng các công cụ sửa chữa và căn chỉnh thích hợp
Kỹ thuật hàn không liên tục cho các hội đồng lớn
Phương pháp hàn bước ngược để phân phối đầu vào nhiệt hơn
Những cân nhắc đặc biệt cho ống thép hợp kim
Các ống hợp kim cao yêu cầu các biện pháp phòng ngừa bổ sung:
Kiểm soát nghiêm ngặt nhiệt độ trước và nhiệt độ
Lựa chọn các quy trình hàn hydro thấp
Chu kỳ điều trị nhiệt sau trận gió chính xác hơn
Tăng cường bảo vệ chống ô nhiễm khí quyển trong quá trình hàn
Kim loại phụ chuyên dụng phù hợp với thành phần chính xác của vật liệu cơ bản
Phần kết luận
Hàn ống thép cán nóng đòi hỏi sự chú ý tỉ mỉ đến việc chuẩn bị, lựa chọn quy trình, khả năng tương thích vật liệu và điều trị sau chiến dịch. Tuân thủ các yêu cầu này đảm bảo các khớp duy trì lợi thế vốn có của việc xây dựng đường ống trong khi cung cấp sức mạnh cần thiết, khả năng chống ăn mòn và tuổi thọ dịch vụ cho các ứng dụng công nghiệp quan trọng. Luôn tham khảo các mã hiện hành như API 1104, ASME B31.3 hoặc ISO 15614 khi phát triển các quy trình hàn cho các ứng dụng đường ống cụ thể.
