El acero resistente al calor se refiere al acero que trabaja a alta temperatura y tiene una excelente resistencia térmica y estabilidad térmica. La resistencia térmica se refiere a la capacidad de resistir la fluencia y la fractura a alta temperatura, y la estabilidad térmica se refiere a la capacidad de resistir la oxidación y la corrosión de medios gaseosos a alta temperatura. La gente suele referirse al acero termorresistente con resistencia térmica como acero termorresistente y al acero termorresistente con estabilidad térmica como acero termoestable. Los aceros termorresistentes se utilizan principalmente en la ingeniería energética, como en la fabricación de equipos de refinado de petróleo, calderas, recipientes nucleares, turbinas de vapor, recipientes de productos químicos sintéticos, equipos aeroespaciales y otros equipos de procesamiento a alta temperatura. Cabe señalar que muchos aceros inoxidables (309, 310H) también tienen resistencia al calor y a veces se denominan "aceros inoxidables resistentes al calor".

Las uniones soldadas de acero resistente al calor deberá tener sustancialmente la misma resistencia a la oxidación a alta temperatura que el metal de base. La composición de la aleación y el contenido del metal de soldadura deben ser básicamente coherentes con el metal base, como Cr, Mo, W y otros elementos principales, mientras que las impurezas como P y S deben controlarse a un nivel bajo en la medida de lo posible para reducir la tendencia a la fisuración en caliente. Para mejorar la soldabilidad, el contenido de C del material de soldadura puede ser ligeramente inferior al del metal base para garantizar el rendimiento a alta temperatura. La resistencia del metal de soldadura deberá ser similar a la del metal base a soldar. Las uniones soldadas de acero resistente al calor no sólo deberán tener una resistencia a corto plazo a temperatura ambiente y a alta temperatura básicamente igual a la del metal base, sino también, lo que es más importante, propiedades de fluencia a alta temperatura similares a las del metal base. Los requisitos de rendimiento de las nuevas uniones de acero resistente al calor para calderas ultrasupercríticas se muestran en la siguiente tabla.

Aunque la mayor parte de la estructura de soldadura de acero resistente al calor está trabajando a alta temperatura, pero la inspección final de los recipientes a presión y tuberías requisitos, por lo general a temperatura ambiente a 1,5 veces la presión de trabajo experimento hidráulico o neumático de prueba de presión, el funcionamiento de los equipos de presión o de mantenimiento tienen que someterse al proceso de arranque en frío, por lo que la junta de soldadura de acero resistente al calor es también debe tener cierta resistencia a la fractura frágil. Para martensita y austenita aceros resistentes al calor, el contenido de δ ferrita en el metal depositado debe ser estrictamente controlada para garantizar la propiedad de fluencia de las juntas soldadas durante el largo tiempo de funcionamiento a alta temperatura.

Soldadura de aceros martensíticos P92/T92, P122/T122

Tanto el P92 como el P122 son aceros martensíticos, que tienen tendencia a la fisuración en frío y a la fisuración en caliente durante la soldadura. Para evitar las grietas frías en la soldadura, es necesario precalentar antes de soldar. La temperatura de precalentamiento no es inferior a 150℃ para la soldadura TIG y no inferior a 200℃ para la soldadura por arco con electrodo y la soldadura por arco sumergido. Con el fin de evitar el agrietamiento en caliente y el grano grueso, la energía de la línea de soldadura debe ser estrictamente controlada durante el proceso de soldadura, la temperatura entre capas debe ser inferior a 300℃, y se prefiere la soldadura por arco de argón con electrodo de tungsteno con pequeño aporte de calor de soldadura. En la soldadura por arco con electrodo debe prestarse atención a la soldadura multicapa y multipaso. El grosor de la pasada de soldadura no debe ser mayor que el diámetro del electrodo. La anchura de la pasada de soldadura no debe ser superior a 3 veces el diámetro del electrodo y se recomienda que el diámetro del electrodo no sea superior a 4 mm.Para la pieza de trabajo con gran espesor de pared, la soldadura por arco sumergido se puede utilizar para la soldadura, pero la soldadura por arco sumergido de alambre fino se debe utilizar, y el diámetro del alambre de soldadura debe ser inferior a 3 mm. Cuando se sueldan tubos T122 y T92 de pequeño diámetro, la parte posterior debe llenarse de argón durante todo el proceso de soldadura. Para los tubos de gran diámetro y paredes gruesas, se requiere protección con gas argón en la parte posterior de las tres primeras capas de soldadura en la raíz. Después de la soldadura, utilizar el aislamiento de amianto y enfriamiento lento y permanecer entre 100 ~ 150℃ durante al menos 1 ~ 2 horas, hasta que la metalografía se transforma completamente en martensita, a continuación, puede llevar a cabo el tratamiento térmico posterior a la soldadura. Para el espesor de pared de la pieza de trabajo es superior a 40 mm, después de la soldadura con aislamiento de amianto enfriamiento lento, 100 ~ 150℃ al menos estancia 1 ~ 2 horas, si no inmediatamente el tratamiento térmico, debe ser calentado a 200 ~ 300℃ aislamiento 2 horas y luego enfriamiento lento a temperatura ambiente.

SUPER 304H, SA-213 TP310HCBN Soldadura de acero austenítico

El acero austenítico tiene buena soldabilidad y no tiende a agrietarse en frío, por lo que no necesita precalentamiento. Sin embargo, el acero austenítico tiene tendencia al agrietamiento en caliente durante la soldadura, por lo que se debe prestar atención al control de la entrada de calor de soldadura y la temperatura entre capas. En el proceso de soldadura, el método de soldadura de la energía de la línea de soldadura es menor, como TIG manual, soldadura TIG automática de alambre frío o soldadura TIG de alambre caliente. Generalmente, la temperatura entre capas debe ser controlada no más de 150℃. Para la soldadura automática TIG de alambre frío o la soldadura TIG de alambre caliente, el proceso de soldadura continua requiere la refrigeración por agua entre capas de la soldadura. Para prevenir la corrosión intergranular, debe controlarse el contenido de iones cloruro en el agua de refrigeración. Para evitar la oxidación de los elementos de aleación en la zona de alta temperatura, la superficie posterior debe llenarse de argón durante todo el proceso de soldadura. Para garantizar una buena fusión a ambos lados de la ranura, el ángulo de la ranura del acero austenítico debe ser mayor que el del acero ferrítico general. Para la soldadura de acero disímil con materiales de ferrita, se recomienda el alambre o electrodo de soldadura ernicR-3 o EnICRFE-2. Cuando se sueldan aceros disimilares (con aceros de ferrita) y se utilizan a altas temperaturas, debe tenerse en cuenta el coeficiente de dilatación de ambos materiales.

La forma de conexión del tubo de intercambio de calor y la placa tubular incluye principalmente la expansión, la soldadura, la soldadura de expansión, etc. La junta de expansión de fuerza se refiere a la expansión del rendimiento de sellado y la resistencia a la tracción de la conexión entre el tubo de intercambio de calor y la placa tubular. Se basa en la deformación plástica del extremo del tubo para soportar la fuerza de tracción. La tensión residual tras la expansión del tubo se debilitará gradualmente cuando aumente la temperatura, de modo que el rendimiento de sellado y la resistencia de la conexión entre el tubo y la placa tubular disminuirán. Por lo tanto, la expansión de la fuerza es adecuada para la presión de diseño es menor o igual a 4MPa, la temperatura de diseño es menor o igual a 300℃. La expansión de la fuerza no debe utilizarse en el caso de vibración severa, gran diferencia de temperatura, o la corrosión por tensión evidente durante el funcionamiento.

Al expandir el tubo, la dureza del tubo debe ser inferior a la de la lámina tubular. La separación entre el tubo y la tubería y la lisura del tubo afectan a la calidad del tubo expansible. La superficie rugosa del orificio del tubo puede producir una gran fuerza de fricción y no es fácil de arrancar, pero es fácil que se produzcan fugas. La superficie del orificio del tubo tiene estrictamente prohibido tener un longitudinal a través de la ranura. La superficie lisa del orificio del tubo no es fácil que se produzcan fugas, pero es fácil de arrancar. Generalmente, se requiere que la rugosidad de la superficie sea menor o igual a 12,5μm. Hay dos tipos de agujeros de tubo: agujeros y ranurado anular, el primero como se muestra en la figura (a) a continuación, y el segundo como se muestra en la figura (b) y (c) a continuación.

Después del ranurado, el tubos de acero se introducen en las ranuras al expandirse, lo que puede mejorar la resistencia al arrancamiento y aumentar el rendimiento de la estanqueidad. El número de ranuras anulares en el orificio del tubo depende del grosor de la placa tubular. En general, se abre una ranura cuando el grosor es inferior a 25 mm, y dos ranuras cuando el grosor es superior a 25 mm. Cuando la placa tubular es gruesa o para evitar la corrosión de la ranura, se puede utilizar la estructura que se muestra en la siguiente figura (d), la placa tubular compuesta y el tubo de intercambio de calor también se pueden ampliar, cuando el revestimiento es mayor o igual a 8 mm, debe estar en la ranura en el orificio del tubo, la estructura se muestra en la siguiente figura (e).

Soldadura de fuerza se refiere a garantizar el rendimiento de sellado y resistencia a la tracción del tubo de intercambio de calor y la conexión tubesheet, es el más utilizado tipos de conexión tubesheet. Fabricación de soldadura de fuerza es simple, la capacidad de tracción es fuerte, como el fracaso de la pieza de soldadura, puede ser la soldadura de reparación secundaria, tubo de intercambio de calor más conveniente. El uso de la soldadura de fuerza no está limitado por la presión y la temperatura, pero no es adecuado para la ocasión de gran vibración o la corrosión brecha. La forma general de la soldadura de resistencia se muestra en la figura (a) a continuación. Para evitar la acumulación de líquido alrededor del extremo de la tubería, se suele utilizar la estructura que se muestra en la figura (b). La estructura como se muestra en la figura (c) a continuación se utiliza generalmente en la situación en la que la placa tubular es de acero inoxidable.

El rendimiento de sellado de la junta entre el tubo y la placa tubular debe ser alto, o hay corrosión de holgura, soportar vibraciones severas y otras ocasiones, la expansión o la soldadura solas no pueden cumplir los requisitos, la combinación de las dos puede proporcionar suficiente resistencia y buen rendimiento de sellado. La combinación de expansión y soldadura puede dividirse en dos tipos según la secuencia de expansión y soldadura: expansión y soldadura después de la expansión. El método de expansión general tendrá inevitablemente manchas de aceite en el hueco de la junta, que se soldará después de la expansión. Estas manchas de aceite y el aire en el hueco reducirán la calidad de la soldadura.

Soldar antes de la expansión, causará daños a la soldadura. En la actualidad, no existe una disposición uniforme para la elección de los dos órdenes. En la ingeniería real, como la expansión después de la soldadura, antes de la soldadura debe ser aceite limpio; Si la primera soldadura después de la expansión, debe ser un límite a la posición de expansión del extremo del tubo, por lo general para controlar desde la superficie de la placa de tubo de 15 mm por encima del alcance de la expansión. La primera expansión y luego la soldadura generalmente adopta la forma de expansión de fuerza y soldadura de sellado. La expansión de resistencia asegura el rendimiento de sellado del tubo y la placa tubular, proporcionando suficiente resistencia a la tracción, y la soldadura de sellado asegura aún más el rendimiento de sellado del tubo y la placa tubular. La estructura se muestra en la figura (a). La soldadura de resistencia garantiza el rendimiento de sellado del tubo y la placa portamangas, proporcionando suficiente resistencia a la tracción, y la expansión por adherencia elimina el hueco entre el tubo y el orificio del tubo para garantizar el rendimiento de sellado. La estructura se muestra en la figura (b).

En esencia, la expansión explosiva es también un tipo de expansión de fuerza, este último suele adoptar la expansión de rodillo, el primero utiliza el explosivo en un período muy corto de tiempo para producir onda de choque de gas de alta presión para hacer que la tubería firmemente unida al orificio del tubo. Alta expansión explosiva y eficiencia de conexión, sin necesidad de aceite lubricante, fácil de soldar después de la expansión, gran resistencia a la tracción, pequeña elongación axial y deformación.

Expansión explosiva es adecuado para tubos de pared delgada, tubos de pequeño diámetro y la expansión de la hoja de tubos de gran espesor, fugas en el extremo del tubo de intercambio de calor, la expansión mecánica es difícil de reparar la ocasión.

La tubería de revestimiento está compuesta por un collarín y un cuerpo de tubería. Un solo cuerpo de tubería se conecta con la rosca del collarín y se transporta al yacimiento petrolífero con conexión de extremo a extremo para facilitar el transporte y el uso después de alcanzar la longitud requerida. Con el fin de fortalecer la fuerza y el control anti-aflojamiento de la conexión roscada, es necesario soldar el acoplamiento con el cuerpo de la tubería después de la conexión roscada, por lo que es muy importante analizar el rendimiento de la soldadura y formular un proceso de soldadura razonable. API 5A J55 es uno de los materiales de revestimiento más utilizados, y analizamos su soldabilidad en función de su equivalente en carbono.

API 5CT J55 Composición química

Según la fórmula del equivalente en carbono del Instituto Internacional de Soldadura:

CE＝C＋Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15

CE＝0,69＞0,4

Su equivalente en carbono es superior a 0,4 y su soldabilidad es deficiente. Para obtener una calidad de soldadura cualificada, son necesarias una temperatura de precalentamiento elevada y medidas tecnológicas estrictas.

Se analizó su soldabilidad en función de la influencia del contenido de elementos de aleación J55 en la microestructura y las propiedades:

• Tubo de revestimiento J55 tiene un alto contenido de carbono, es decir, 0,34%~0,39%, lo que hace que la curva de transición de la austenita sobreenfriada del acero se desplace hacia la derecha y aumente; La adición de Cr, Mn, Ni, Cu y otros elementos de aleación hace que la curva de transición de la austenita sobreenfriada se desplace hacia la derecha, lo que aumenta la estabilidad de la austenita sobreenfriada, y aumenta el punto MS (punto de inicio de la formación de martensita). Todos estos efectos aumentan la tendencia al enfriamiento de J55, y han aparecido grietas de soldadura.
• El J55 tiene una gran tendencia al agrietamiento en frío, principalmente al enfriamiento rápido y a la fragilización. Debido a su alta resistencia, alto valor máximo de dureza de la zona afectada por el calor de soldadura y enfriamiento rápido, la martensita se genera fácilmente. Al soldar, hay que procurar elegir gran energía de línea y corriente de soldadura, no se debe reducir excesivamente la velocidad de soldadura. Para reducir la velocidad de enfriamiento, prolongar el tiempo de enfriamiento de la unión soldada de 800 ℃ a 500℃, mejorar la microestructura del metal de soldadura y de la zona afectada por el calor, y reducir la dureza máxima de la zona afectada por el calor, es necesario precalentar antes de soldar y templar después de soldar.
• La tendencia al agrietamiento en caliente de J55 no es alta porque su conductividad térmica no es fácil de generar eutéctico de baja fusión; La tendencia al agrietamiento por recalentamiento no es grande, porque no contiene carburo fuerte. Se selecciona el alambre de soldadura ER55-G en función de su resistencia. El alambre de soldadura tiene un excelente rendimiento en el proceso de soldadura, alto contenido de Ni, fuerte resistencia a la fisuración en frío y excelentes propiedades mecánicas globales del metal depositado.
• Debido al gran aporte de calor necesario para la soldadura J55, el valor de resistencia del material base y del material de soldadura es grande, y la tensión interna durante la soldadura es extremadamente grande. Durante la soldadura, es necesario martillar la soldadura mientras se suelda. Después de la soldadura, se lleva a cabo un tratamiento térmico para eliminar la tensión interna y evitar el agrietamiento posterior a la soldadura causado por una tensión excesiva. El tratamiento térmico posterior a la soldadura también puede mejorar las propiedades de la microestructura de la soldadura.

Proceso de soldadura de J55

Método de soldadura 1Soldadura con gas de protección 80% Ar+20%CO2. Material de soldadura: alambre de soldadura ER55-G, diámetro Φ3.2mm. Parámetros de soldadura: corriente 250~320A, voltaje 26 ~30V; velocidad de soldadura 35~50cm/min;

La temperatura de precalentamiento es de 100℃, y la temperatura entre capas no es inferior a la temperatura de precalentamiento, pero no se permite que sea superior a la temperatura de precalentamiento de 30℃.

Tratamiento posterior a la soldadura: enfriamiento por aire sin ningún tratamiento térmico.

Resultados: El ensayo de tracción fue cualificado. Los valores de impacto de las tres muestras en la zona afectada por el calor son 26,47,23, no cualificados. Las cuatro muestras de flexión lateral tienen grieta de 3,75 mm, grieta de 4 mm, grieta de 1,38 mm, grieta de 0,89 mm, respectivamente, no cualificadas. Este esquema tecnológico no es razonable.

Método de soldadura 2Soldadura con gas: 80%Ar+20%CO2. Material de soldadura: alambre de soldadura ER55-G, diámetro Φ3.2mm. Parámetros de soldadura: corriente 250~320A, voltaje 26 ~30V; Velocidad de soldadura 35~50cm/min; La temperatura de precalentamiento es de 100℃, y la temperatura entre capas no es inferior a la temperatura de precalentamiento, pero no se permite que sea superior a la temperatura de precalentamiento de 30℃.

Tratamiento posterior a la soldadura: tratamiento de revenido, temperatura 600±20℃, tiempo de mantenimiento 4h; velocidad de calentamiento 50℃/h, velocidad de enfriamiento 50℃/h.

Resultados: El ensayo de tracción fue cualificado. Los valores de impacto de las tres muestras en la zona afectada por el calor son 51, 40 y 40, respectivamente, que se califican.

Ensayo de flexión lateral, cualificado; El experimento demuestra que este esquema tecnológico es razonable. El tratamiento térmico posterior a la soldadura puede mejorar la microestructura y las propiedades de soldadura, que es uno de los factores importantes para la soldadura J55 para obtener las uniones soldadas que cumplan con los requisitos técnicos.

El duro entorno de la tubería de revestimiento API 5A J55 requiere la calidad de la propia tubería, también la calidad de la soldadura. Mediante el análisis y la prueba de soldadura anteriores, se obtiene el proceso de soldadura que puede cumplir los requisitos, lo que proporciona una base teórica y experimental para la soldadura correcta de la tubería de revestimiento de petróleo.