Processus de soudage pour les tuyaux composites en acier en acier à faible teneur en acier à faible teneur en carbone

L'analyse suivante fournit un complet, scientifique, et discussion basée sur les données du processus de soudage pour les tuyaux composites en acier en acier à faible teneur en carbone à faible teneur en carbone, Sur la base de l'étude référencée (Doi: 10.7512/J.issn.1001-2303.2023.05.12). Le contenu couvre les propriétés des matériaux, Techniques de soudage, qualité Contrôle, et analyse comparative, Soutenu par des tables pour plus de clarté.

1. Propriétés du matériau et sélection pour les tuyaux composites

Le soudage de tuyaux composites en acier en acier à faible teneur en acier à faible teneur en carbone implique de combiner une couche de base en acier à faible teneur en carbone avec une couche de revêtement en acier inoxydable. Acier à faible teneur en carbone, comme Q235, offre une excellente soudabilité en raison de son faible contenu en carbone (≤0,20%), Minimiser le risque de fissuration à froid et d'assurer une bonne ductilité. La couche en acier inoxydable, Typiquement 304 ou 316L, offre une résistance à la corrosion, Le rendre idéal pour les applications en pétrole et en gaz, Traitement chimique, ou systèmes d'approvisionnement en eau. La structure composite exploite la résistance et la rentabilité de l'acier à faible teneur en carbone avec la durabilité de l'acier inoxydable.

Les propriétés des matériaux influencent considérablement le processus de soudage. L'acier à faible teneur en carbone a une conductivité thermique d'environ 50 W/(m · k) et un point de fusion vers 1500 ° C, tandis que l'acier inoxydable (par exemple,, 304) a une conductivité thermique plus faible de 16 à 20 W /(m · k) et un point de fusion de 1400–1450 ° C. Cette disparité nécessite un contrôle précis de l'entrée de chaleur pour éviter les défauts comme la brûlure ou la fusion incomplète à l'interface. La couche en acier inoxydable est généralement de 1 à 3 mm d'épaisseur, lié métallurgiquement à un substrat en acier à faible teneur en carbone de 3 à 10 mm, formant des tuyaux composites avec des diamètres externes de 20 à 50 mm pour des applications de petit diamètre.

L'étude référencée souligne l'importance de la sélection des matériaux de remplissage. Consommables de soudage en acier inoxydable austénitique, comme ER308L ou ER316L, sont choisis pour correspondre à la composition de la couche de revêtement, Assurer la résistance à la corrosion et la compatibilité mécanique. La composition chimique de ces matériaux est résumé dans le tableau 1. Différences dans les coefficients de dilatation thermique (Acier à faible teneur en carbone: ~ 12 × 10⁻⁶ / ° C; Acier inoxydable: ~ 17 × 10⁻⁶ / ° C) poser des défis, Comme les contraintes thermiques peuvent entraîner une distorsion ou une fissuration. Préparation avant soudure, comme le nettoyage au laser pour éliminer les oxydes et les contaminants, est essentiel pour assurer la soudure qualité. Le nettoyage au laser atteint une rugosité de surface de RA = 2,52 à des paramètres optimaux (puissance laser: 16 W, vitesse de balayage: 1200 mm / s), Réduire les défauts.

2. Sélection et techniques du processus de soudage

Les tuyaux composites de petit diamètre de soudage nécessitent des processus qui équilibrent l'entrée de chaleur, pénétration, et compatibilité métallurgique. L'article référencé met en évidence le gaz inerte tungstène (TIG) et gaz inerte métallique (MOI) Soudage comme méthodes principales en raison de leur précision et de leur capacité à gérer les métaux différents. Soudage TIG, Utilisation d'une électrode de tungstène non consommée, fournit un excellent contrôle sur la piscine de soudure, Le rendre adapté à la fine couche en acier inoxydable. Soudage MIG, avec son taux de dépôt plus élevé, est souvent utilisé pour la couche de base ou les soudures multi-passes, Améliorer la productivité.

Les paramètres de soudage TIG comprennent généralement un courant de 80 à 120 (Dcen), tension de 10 à 15 V, et débit d'argon de 8 à 12 l / min. Pour moi souder, Les paramètres varient de 100 à 150, 18–22 V, et une vitesse d'alimentation en fil de 4 à 6 m / min. Ces paramètres garantissent un comportement à l'arc stable et minimisent la zone touchée par la chaleur (ZAT) Problèmes, comme le grossissement des grains ou la sensibilisation en acier inoxydable. Le soudage TIG pulsé peut réduire davantage l'apport de chaleur, Amélioration de l'uniformité des perles de soudure et réduction de la distorsion, Comme indiqué dans l'étude.

Un défi clé consiste à gérer la zone de transition entre l'acier à faible teneur en carbone et l'acier inoxydable. La dilution de la piscine de soudure doit être contrôlée pour éviter une teneur en fer excessive à partir de la couche de base, qui pourrait compromettre la résistance à la corrosion. L'étude suggère une technique de couche de beurre, où un remplissage en acier inoxydable est appliqué sur le côté acier à faible teneur en carbone avant le soudage final, Réduire les effets de dilution. Cela s'aligne sur la recherche sur le soudage métallique différent, mettant l'accent sur la nécessité d'un contrôle précis des entrées de chaleur pour éviter les fissures. Les avantages comparatifs de TIG et MIG sont résumés dans le tableau 2, mettre en évidence leur aptitude à différents scénarios de soudage.

3. Imperfections de soudure et contrôle de la qualité

Les tuyaux composites de soudage de petit diamètre sont sensibles aux défauts tels que une fusion incomplète, porosité, et la fissuration de la lique, en particulier à l'interface matérielle. L'étude référencée identifie la fissuration des liaisons comme un problème significatif en raison de différents points de fusion et propriétés thermiques. La sensibilité à la fissuration de la lique est influencée par la ségrégation des limites des grains et peut être atténuée en optimisant les paramètres de soudage et en utilisant des charges à faible teneur en carbone, Comme le soutenu par la littérature connexe.

Contrôle non destructif (CND) méthodes, comme les tests par ultrasons (UT) et tests radiographiques (RT), sont essentiels pour qualité assurance. UT détecte les défauts internes avec une sensibilité de 0.5 mm, tandis que RT identifie les défauts de surface et souterrains. L'étude rapporte que les soudures produites avec des paramètres optimisés (par exemple,, Se mettre à 100 A, 12 V) atteindre un taux de défaut ci-dessous 1%, Normes de rencontre comme GB / T 41107.1—2021. Tests mécaniques, y compris les tests de traction et de pliage, évalue l'intégrité de la soudure. La résistance à la traction de l'articulation de la soudure atteint 90 à 95% de l'acier à faible teneur en carbone (σ_b ≈ 400-500 ppa), avec allongement de 20 à 25%. La couche en acier inoxydable maintient une résistance à la corrosion, avec potentiel de piqûres (E_pit) valeurs comparables à 304 Acier inoxydable (~ 0,3 en vs. SCE).

traitement thermique après soudage (PWHT) à 600–650 ° C pendant 1 à 2 heures peut soulager les contraintes résiduelles, Réduire le risque de fissuration par corrosion du stress. cependant, PWHT excessif peut provoquer une sensibilisation en acier inoxydable, Réduire la résistance à la corrosion. Table 3 Compare les mesures de qualité de soudure pour TIG et MIG, Mettre en évidence le contrôle supérieur des défauts et les performances de corrosion de Tig.

4. Analyse comparative et optimisation

Le soudage des tuyaux composites de petit diamètre nécessite une productivité d'équilibrage, qualité, et coûter. Le soudage TIG excelle dans la production de soudures de haute qualité avec un minimum de défauts mais est plus lent et plus à forte intensité de main-d'œuvre. Le soudage MIG offre une efficacité plus élevée mais augmente le risque de défauts en raison de l'apport de chaleur plus élevé. L'étude référencée propose une approche hybride, combinant Tig pour le pass racine et MIG pour les passes de remplissage, Pour optimiser la qualité et la productivité.

Les données indiquent que le soudage TIG à 100 A et 12 V atteint une largeur de perle de soudure de 4 à 6 mm avec une profondeur de pénétration de 2 à 3 mm, Convient pour les tuyaux de petit diamètre (20-50 mm de). Moi souder ça 120 A et 20 V entraîne une perle plus large (6–8 mm) et une pénétration plus profonde (3–4 mm), Mais avec un taux de défaut plus élevé. L'approche hybride réduit le temps de soudage de 20 à 30% par rapport au TIG seul tout en maintenant un taux de défaut en dessous 1%. Pour les tuyaux avec un 2 couche en acier inoxydable mm et 5 MM Base en acier à faible teneur en carbone, une passe de racine tig à 90 A suivi de Mig Filler passe à 110 A est recommandé pour assurer une piscine de soudure stable et minimiser la dilution.

La préchauffage du côté acier à faible teneur en carbone à 100–150 ° C réduit les contraintes thermiques, alignement avec ISO / TR 17671-2 normes. Table 4 Compare les performances de soudage entre les processus, Mettre en évidence l'équilibre entre l'efficacité et la qualité de l'approche hybride. Les améliorations futures pourraient impliquer le soudage hybride laser-TIG pour améliorer la précision et réduire les apports de chaleur, comme exploré dans la recherche connexe.

Conclusion

Le soudage des tuyaux composites en acier à faible teneur en acier à faible teneur en carbone exige un examen attentif des propriétés des matériaux, Techniques de soudage, et mesures de contrôle de la qualité. Le soudage TIG et MIG sont des processus viables, avec TIG offrant une qualité supérieure et un MIG offrant une efficacité plus élevée. Une approche hybride optimise les deux aspects, Prise en charge par un contrôle précis des paramètres et une préparation avant le soudure. Les données et l'analyse comparative fournies assurent une base scientifique pour atteindre des soudures de haute qualité avec un minimum de défauts, Répondre aux normes de l'industrie pour la performance et la durabilité.