Quy trình hàn cho các ống composite không ngắt thép có đường kính nhỏ có đường kính

Các phân tích sau đây cung cấp một toàn diện, có tính khoa học, và thảo luận dựa trên dữ liệu về quy trình hàn đối với các ống tổng hợp bằng thép không ngả có đường kính nhỏ có đường kính, Dựa trên nghiên cứu được tham chiếu (Doi: 10.7512/J.ISSN.1001-2303.2023.05.12). Nội dung bao gồm các thuộc tính vật liệu, Kỹ thuật hàn, phẩm chất Điều khiển, và phân tích so sánh, được hỗ trợ bởi các bảng cho rõ ràng.

1. Tính chất vật liệu và lựa chọn cho các đường ống tổng hợp

Sự hàn của ống composite bằng thép không chứa thép không gỉ có đường kính nhỏ có đường kính liên quan đến việc kết hợp một lớp đế bằng thép carbon thấp với lớp ốp thép không gỉ không gỉ. Thép carbon thấp, chẳng hạn như Q235, cung cấp khả năng hàn tuyệt vời do hàm lượng carbon thấp (≤0,20%), giảm thiểu nguy cơ nứt lạnh và đảm bảo độ dẻo tốt. Lớp thép không gỉ, Điển hình 304 hoặc 316L, cung cấp khả năng chống ăn mòn, làm cho nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng trong dầu khí, Xử lý hóa học, hoặc hệ thống cấp nước. Cấu trúc tổng hợp tận dụng sức mạnh và hiệu quả chi phí của thép carbon thấp với độ bền của thép không gỉ.

Tính chất vật chất ảnh hưởng đáng kể đến quá trình hàn. Thép carbon thấp có độ dẫn nhiệt xấp xỉ 50 W/(m · k) và một điểm nóng chảy khoảng 1500 ° C, trong khi thép không gỉ (ví dụ, 304) có độ dẫn nhiệt thấp hơn là 16 trận20 w/(m · k) và một điểm nóng chảy 14001450 ° C. Sự chênh lệch này đòi hỏi phải điều khiển đầu vào nhiệt chính xác để ngăn ngừa các khiếm khuyết như đốt cháy hoặc không hoàn chỉnh tại giao diện. Lớp thép không gỉ thường dày 1 mm, liên kết luyện kim với chất nền thép carbon thấp 3 trận10 mm, Hình thành các đường ống tổng hợp với đường kính ngoài 20 205050 mm cho các ứng dụng đường kính nhỏ.

Nghiên cứu được tham chiếu nhấn mạnh tầm quan trọng của lựa chọn vật liệu phụ. Austenitic Thép không gỉ Hàn vật dụng, chẳng hạn như ER308L hoặc ER316L, được chọn để phù hợp với thành phần lớp phủ lớp, đảm bảo khả năng chống ăn mòn và khả năng tương thích cơ học. Thành phần hóa học của các vật liệu này được tóm tắt trong bảng 1. Sự khác biệt về hệ số giãn nở nhiệt (Thép carbon thấp: ~ 12 × 10⁻⁶/° C.; Thép không gỉ: ~ 17 × 10⁻⁶/° C.) đặt ra những thách thức, vì ứng suất nhiệt có thể dẫn đến biến dạng hoặc nứt. Chuẩn bị trước khi hàn, chẳng hạn như làm sạch laser để loại bỏ oxit và chất gây ô nhiễm, rất quan trọng để đảm bảo mối hàn phẩm chất. Làm sạch laser đạt được độ nhám bề mặt RA = 2,52 ở các tham số tối ưu (năng lượng laser: 16 W, Tốc độ quét: 1200 mm/s), giảm khuyết điểm.

2. Lựa chọn quy trình hàn và kỹ thuật

Hàn ống tổng hợp có đường kính nhỏ yêu cầu các quy trình cân bằng đầu vào nhiệt, thâm nhập, và khả năng tương thích luyện kim. Bài báo được tham chiếu làm nổi bật khí trơ vonfram (TIG) và khí trơ kim loại (TÔI) Hàn như các phương pháp chính do độ chính xác và khả năng xử lý các kim loại không giống nhau của chúng. Hàn TIG, sử dụng điện cực vonfram không tiêu thụ, Cung cấp quyền kiểm soát tuyệt vời đối với nhóm hàn, làm cho nó phù hợp với lớp thép không gỉ mỏng. Hàn MIG, với tỷ lệ lắng đọng cao hơn, thường được sử dụng cho lớp cơ sở hoặc các mối hàn đa đường, cải thiện năng suất.

Các tham số hàn TIG thường bao gồm dòng điện 80 (Dcen), điện áp của 10 trận15 V, và tỷ lệ dòng chảy argon là 8 trận12 l/phút. Cho tôi hàn, tham số nằm trong khoảng từ 100 trận150 a, 18Mạnh22 v, và tốc độ thức ăn dây là 4 trận6 m/phút. Các cài đặt này đảm bảo hành vi hồ quang ổn định và giảm thiểu vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt (HAZ) Vấn đề, chẳng hạn như hạt thô hoặc nhạy cảm trong thép không gỉ. Hàn Tig xung có thể làm giảm thêm đầu vào nhiệt, Cải thiện tính đồng nhất của hạt hàn và giảm biến dạng, Như đã lưu ý trong nghiên cứu.

Một thách thức quan trọng là quản lý vùng chuyển tiếp giữa thép carbon thấp và thép không gỉ. Sự pha loãng hồ hàn phải được kiểm soát để ngăn chặn hàm lượng sắt quá mức từ lớp cơ sở, mà có thể làm tổn hại khả năng chống ăn mòn. Nghiên cứu cho thấy một kỹ thuật lớp bơ, trong đó chất độn bằng thép không gỉ được áp dụng cho mặt thép carbon thấp trước khi hàn cuối cùng, giảm hiệu ứng pha loãng. Điều này phù hợp với nghiên cứu về hàn kim loại không giống nhau, nhấn mạnh sự cần thiết phải kiểm soát đầu vào nhiệt chính xác để tránh bị nứt. Những lợi thế so sánh của TIG và MIG được tóm tắt trong bảng 2, làm nổi bật sự phù hợp của họ cho các kịch bản hàn khác nhau.

3. Sự không hoàn hảo và kiểm soát chất lượng

Hàn ống tổng hợp có đường kính nhỏ dễ bị các khiếm khuyết như phản ứng tổng hợp không hoàn chỉnh, độ xốp, và vết nứt thanh lý, Đặc biệt tại giao diện vật liệu. Nghiên cứu được tham chiếu xác định vết nứt thanh lý là một vấn đề quan trọng do các điểm nóng chảy và tính chất nhiệt khác nhau. M cảm vết nứt bị ảnh hưởng bởi sự phân biệt ranh giới hạt và có thể được giảm thiểu bằng cách tối ưu hóa các thông số hàn và sử dụng chất độn carbon thấp, được hỗ trợ bởi các tài liệu liên quan.

Kiểm tra không phá hủy (NDT) phương pháp, chẳng hạn như kiểm tra siêu âm (OUT) và xét nghiệm X quang (RT), là rất quan trọng phẩm chất đảm bảo. UT phát hiện các khiếm khuyết bên trong với độ nhạy của 0.5 mm, Trong khi RT xác định các lỗ hổng bề mặt và dưới bề mặt. Nghiên cứu báo cáo rằng các mối hàn được sản xuất với các tham số được tối ưu hóa (ví dụ, Tig tại 100 A, 12 V) đạt được tỷ lệ khiếm khuyết bên dưới 1%, Các tiêu chuẩn đáp ứng như GB/T 41107.1. Bài kiểm tra cơ học, bao gồm các bài kiểm tra độ bền kéo và uốn cong, Đánh giá tính toàn vẹn hàn. The tensile strength of the weld joint reaches 90–95% of the base low-carbon steel (σ_B ≈ 400-500 PPA), với sự kéo dài 20 trận25%. Lớp thép không gỉ duy trì khả năng chống ăn mòn, với tiềm năng rỗ (E_pit) giá trị tương đương với 304 Thép không gỉ (~ 0,3 trong VS. Sce).

Xử lý nhiệt sau hàn (PWHT) Ở 600 Hàng650 ° C trong 1 giờ2 giờ có thể làm giảm các ứng suất dư, Giảm nguy cơ nứt ăn mòn căng thẳng. tuy nhiên, PWHT quá mức có thể gây ra sự nhạy cảm trong thép không gỉ, Giảm kháng ăn mòn. Bàn 3 So sánh các số liệu chất lượng mối hàn cho TIG và MIG, Làm nổi bật hiệu suất kiểm soát và ăn mòn khuyết tật vượt trội của TIG TIG.

4. Phân tích và tối ưu hóa so sánh

Việc hàn các ống composite đường kính nhỏ đòi hỏi phải cân bằng năng suất, phẩm chất, và chi phí. Hàn TIG xuất sắc trong việc sản xuất các mối hàn chất lượng cao với các khuyết tật tối thiểu nhưng chậm hơn và nhiều lao động hơn. Hàn MIG cung cấp hiệu quả cao hơn nhưng làm tăng nguy cơ khuyết tật do đầu vào nhiệt cao hơn. Nghiên cứu được tham chiếu đề xuất một cách tiếp cận lai, Kết hợp TIG cho vượt qua gốc và MIG cho các lần làm phụ, Để tối ưu hóa chất lượng và năng suất.

Dữ liệu chỉ ra rằng Hàn TIG tại 100 A và 12 V đạt được chiều rộng hạt hàn là 4 trận6 mm với độ sâu thâm nhập là 2, Thích hợp cho các đường ống có đường kính nhỏ (20-50 mm từ). Tôi hàn đó 120 A và 20 V kết quả là một hạt rộng hơn (688 mm) và thâm nhập sâu hơn (3Mạnh4 mm), Nhưng với tỷ lệ khiếm khuyết cao hơn. Phương pháp lai làm giảm 20% thời gian hàn so với TIG chỉ trong khi duy trì tỷ lệ khiếm khuyết dưới đây 1%. Cho các đường ống với một 2 lớp thép không gỉ mm và 5 cơ sở thép carbon thấp mm, một chiếc tig root ở 90 A tiếp theo là filler mig đi qua 110 A được khuyến nghị để đảm bảo bể hàn ổn định và giảm thiểu độ pha loãng.

Làm nóng trước mặt thép carbon thấp xuống còn 100 nhiệt150 ° C làm giảm ứng suất nhiệt, Căn chỉnh với ISO/TR 17671-2 chuẩn. Bàn 4 So sánh hiệu suất hàn giữa các quy trình, làm nổi bật phương pháp lai cân bằng hiệu quả và chất lượng. Những cải tiến trong tương lai có thể liên quan đến hàn lai laser-laser để tăng cường độ chính xác và giảm đầu vào nhiệt, Như được khám phá trong nghiên cứu liên quan.

Sự kết luận

Sự hàn của ống tổng hợp bằng thép không gỉ bằng thép carbon có đường kính nhỏ đòi hỏi phải xem xét cẩn thận các tính chất vật liệu, Kỹ thuật hàn, và các biện pháp kiểm soát chất lượng. Hàn Tig và Mig là các quy trình khả thi, với việc cung cấp chất lượng vượt trội và MIG cung cấp hiệu quả cao hơn. Một cách tiếp cận lai tối ưu hóa cả hai khía cạnh, được hỗ trợ bởi kiểm soát tham số chính xác và chuẩn bị trước Weld. Dữ liệu và phân tích so sánh cung cấp đảm bảo một cơ sở khoa học để đạt được các mối hàn chất lượng cao với các khiếm khuyết tối thiểu, đáp ứng các tiêu chuẩn ngành về hiệu suất và độ bền.