Processo di saldatura per tubi compositi in acciaio a basso contenuto di carbonio a bassa carbonio

La seguente analisi fornisce una completa, scientifico, e discussione basata sui dati sul processo di saldatura per tubi compositi in acciaio a bassa carbonio a bassa carbonio, Basato sullo studio di riferimento (Doi: 10.7512/J.ISSN.1001-2303.2023.05.12). Il contenuto copre le proprietà del materiale, tecniche di saldatura, qualità Controllo, e analisi comparativa, Supportato dalle tabelle per chiarezza.

1. Proprietà del materiale e selezione per tubi compositi

La saldatura di tubi compositi in acciaio a bassa carbonio a bassa carbonio a bassa carbonio prevede la combinazione di uno strato di base in acciaio a basso contenuto di carbonio con uno strato di rivestimento in acciaio inossidabile. Acciaio a basso contenuto di carbonio, come Q235, offre un'eccellente saldabilità grazie al suo basso contenuto di carbonio (≤0,20%), ridurre al minimo il rischio di crack a freddo e garantire una buona duttilità. Lo strato in acciaio inossidabile, Tipicamente 304 o 316l, fornisce resistenza alla corrosione, rendendolo ideale per applicazioni in petrolio e gas, lavorazione chimica, o sistemi di approvvigionamento idrico. La struttura composita sfrutta la resistenza e il costo-efficacia dell'acciaio a bassa carbonio con la durata dell'acciaio inossidabile.

Le proprietà del materiale influenzano significativamente il processo di saldatura. L'acciaio a basso contenuto di carbonio ha una conduttività termica di approssimativamente 50 W/(M · k) e un punto di fusione intorno a 1500 ° C, mentre in acciaio inossidabile (es, 304) ha una conduttività termica inferiore di 16-20 w/(M · k) e un punto di fusione di 1400-1450 ° C. Questa disparità richiede un preciso controllo di input di calore per prevenire difetti come l'ustione o la fusione incompleta all'interfaccia. Lo strato in acciaio inossidabile è in genere spesso 1-3 mm, incollato metallurgicamente a un substrato in acciaio a basso contenuto di carbonio da 3-10 mm, Formare tubi compositi con diametri esterni di 20-50 mm per applicazioni di piccolo diametro.

Lo studio di riferimento sottolinea l'importanza della selezione dei materiali di riempimento. Saldabile in acciaio inossidabile austenitico, come ER308L o ER316L, sono scelti per abbinare la composizione dello strato di rivestimento, Garantire la resistenza alla corrosione e la compatibilità meccanica. La composizione chimica di questi materiali è riassunta nella tabella 1. Differenze nei coefficienti di espansione termica (Acciaio a basso contenuto di carbonio: ~ 12 × 10⁻⁶/° C.; IN ACCIAIO INOX: ~ 17 × 10⁻⁶/° C.) Posa sfide, Poiché le sollecitazioni termiche possono portare a distorsioni o cracking. Preparazione pre-saldatura, come la pulizia laser per rimuovere ossidi e contaminanti, è fondamentale per garantire la saldatura qualità. La pulizia laser raggiunge una rugosità superficiale di RA = 2,52 a parametri ottimali (Potere laser: 16 W, velocità di scansione: 1200 mm/s), Ridurre i difetti.

2. Selezione e tecniche del processo di saldatura

La saldatura dei tubi compositi di piccolo diametro richiede processi che bilanciano l'input di calore, penetrazione, e compatibilità metallurgica. L'articolo di riferimento evidenzia il gas inerte di tungsteno (TIG) e gas inerte in metallo (ME) Saldatura come metodi primari a causa della loro precisione e capacità di gestire metalli diversi. Saldatura TIG, Utilizzando un elettrodo di tungsteno non consumabile, Fornisce un controllo eccellente sul pool di saldatura, rendendolo adatto allo strato sottile in acciaio inossidabile. Saldatura MIG, con il suo tasso di deposizione più elevato, viene spesso utilizzato per lo strato di base o le saldature multi-pass, Migliorare la produttività.

I parametri di saldatura TIG in genere includono una corrente di 80-120 a (Dcen), tensione di 10-15 V., e la portata dell'argon di 8-12 L/min. Per me saldatura, I parametri vanno da 100 a150 a, 18–22 v, e una velocità di alimentazione del filo di 4-6 m/min. Queste impostazioni assicurano un comportamento dell'arco stabile e minimizzano la zona colpita dal calore (HAZ) Problemi, come il grosso ingrossamento o la sensibilizzazione in acciaio inossidabile. La saldatura TIG pulsata può ridurre ulteriormente l'input di calore, Migliorare l'uniformità del perline di saldatura e ridurre la distorsione, Come notato nello studio.

Una sfida chiave è la gestione della zona di transizione tra acciaio a basso contenuto di carbonio e acciaio inossidabile. La diluizione del pool di saldatura deve essere controllata per evitare un contenuto di ferro eccessivo dallo strato di base, che potrebbe compromettere la resistenza alla corrosione. Lo studio suggerisce una tecnica di strato di imburia, dove viene applicato un riempimento in acciaio inossidabile sul lato in acciaio a bassa carbonio prima della saldatura finale, Ridurre gli effetti di diluizione. Ciò si allinea alla ricerca sulla saldatura di metalli dissimili, enfatizzare la necessità di un controllo preciso in ingresso di calore per evitare il cracking. I vantaggi comparativi di TIG e MIG sono riassunti nella tabella 2, evidenziando la loro idoneità per diversi scenari di saldatura.

3. Imperfezioni di saldatura e controllo di qualità

La saldatura dei tubi compositi di piccolo diametro è suscettibile a difetti come la fusione incompleta, porosità, e cracking di liva, in particolare all'interfaccia materiale. Lo studio di riferimento identifica il cracking di liquori come un problema significativo a causa di diversi punti di fusione e proprietà termiche. La suscettibilità al cracking della life è influenzata dalla segregazione al contorno del grano e può essere mitigata ottimizzando i parametri di saldatura e utilizzando filler a basse emissioni di carbonio, Come supportato dalla letteratura correlata.

Controlli non distruttivi (NDT) metodi, come i test ad ultrasuoni (OUT) ed esami radiografici (RT), sono fondamentali per qualità assicurazione. UT rileva difetti interni con una sensibilità di 0.5 mm, mentre RT identifica i difetti di superficie e sottosuolo. Lo studio riporta che le saldature prodotte con parametri ottimizzati (es, Tig at 100 A, 12 V) ottenere un tasso di difetto sottostante 1%, Standard di incontro come GB/T 41107.1—2021. Prove meccaniche, compresi i test di trazione e piega, Valuta l'integrità della saldatura. La resistenza alla trazione del giunto di saldatura raggiunge il 90-95% dell'acciaio a bassa carbonio di base (σ_b ≈ 400-500 ppa), con allungamento del 20-25%. Lo strato in acciaio inossidabile mantiene la resistenza alla corrosione, con potenziale di corting (E_pit) valori paragonabili a 304 IN ACCIAIO INOX (~ 0,3 in vs. Sce).

Trattamento termico post-saldatura (PWHT) A 600-650 ° C per 1-2 ore possono alleviare le sollecitazioni residue, Ridurre il rischio di crack di corrosione da stress. tuttavia, PWHT eccessivo può causare sensibilizzazione in acciaio inossidabile, Ridurre la resistenza alla corrosione. tavolo 3 confronta le metriche di qualità della saldatura per TIG e MIG, Evidenziazione del controllo del difetto superiore di TIG e delle prestazioni della corrosione.

4. Analisi comparativa e ottimizzazione

La saldatura di tubi compositi di piccolo diametro richiede il bilanciamento della produttività, qualità, e costo. La saldatura TIG eccelle nella produzione di saldature di alta qualità con difetti minimi ma è più lenta e più ad alta intensità di lavoro. La saldatura MIG offre una maggiore efficienza ma aumenta il rischio di difetti a causa di un maggiore input di calore. Lo studio di riferimento propone un approccio ibrido, Combinando TIG per il passaggio della radice e MIG per i pass di riempimento, Per ottimizzare la qualità e la produttività.

I dati indicano che la saldatura TIG a 100 A e 12 V raggiunge una larghezza di perline di saldatura di 4-6 mm con una profondità di penetrazione di 2-3 mm, Adatto per tubi di piccolo diametro (20-50 mm da). Io salvo quello 120 A e 20 V si traduce in un tallone più ampio (6–8 mm) e penetrazione più profonda (3–4 mm), Ma con un tasso di difetto più elevato. L'approccio ibrido riduce i tempi di saldatura del 20-30% rispetto al solo TIG mantenendo un tasso di difetto inferiore 1%. Per tubi con a 2 strato di acciaio inossidabile mm e 5 Mm Base in acciaio a basso contenuto di carbonio, Un passaggio di radice TIG a 90 Un seguito da Mig Filler passa a 110 A è raccomandato per garantire una piscina di saldatura stabile e ridurre al minimo la diluizione.

Preriscaldare il lato in acciaio a basso contenuto di carbonio a 100–150 ° C riduce le sollecitazioni termiche, Allineare con ISO/TR 17671-2 standard. tavolo 4 confronta le prestazioni di saldatura tra i processi, Evidenziazione dell'equilibrio di efficienza e qualità dell'approccio ibrido. I miglioramenti futuri potrebbero comportare la saldatura ibrida Laser-Tig per migliorare la precisione e ridurre gli input di calore, Come esplorato nella ricerca correlata.

Conclusione

La saldatura di tubi compositi in acciaio a basso contenuto di carbonio a bassa carbonio di diametro richiede un'attenta considerazione delle proprietà del materiale, tecniche di saldatura, e misure di controllo della qualità. La saldatura TIG e MIG sono processi praticabili, con TIG che offre qualità e MIG superiori che forniscono una maggiore efficienza. Un approccio ibrido ottimizza entrambi gli aspetti, supportato da un controllo preciso dei parametri e preparazione pre-salvata. I dati e l'analisi comparativa hanno garantito una base scientifica per il raggiungimento di saldature di alta qualità con difetti minimi, Soddisfare gli standard del settore per la performance e la durata.