La saldatura dell'involucro API J55

API 5A J55 è un materiale comunemente usato per il casing. Il corpo del tubo è filettato al giunto e deve essere saldato per rafforzare la resistenza della connessione filettata. Un ambiente di lavoro difficile richiede una qualità elevata per il corpo del tubo e per la qualità della saldatura. Analizziamo la sua saldabilità calcolando il carbonio equivalente. La composizione chimica del casing J55 è riportata nella tabella seguente:

CE＝C＋Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15

CE＝0,69＞0,4

La saldabilità del materiale è scarsa quando il carbonio equivalente supera lo 0,4; per ottenere una qualità di saldatura qualificata sono necessari un'elevata temperatura di preriscaldamento e un processo rigoroso. Il contenuto di carbonio di 0,34%~0,39% fa sì che la curva di transizione dell'austenite superraffreddata si sposti verso destra e che la stabilità dell'austenite superraffreddata aumenti. L'aggiunta di elementi di lega, come Cr, Mn, Ni e Cu, fa spostare verso destra la curva di transizione dell'austenite superraffreddata e ne aumenta la stabilità e il punto MS (il punto di inizio della formazione della martensite). Tutti questi effetti aumentano la tendenza all'estinzione del J55, che si incrina facilmente durante la saldatura.

La tendenza alla fessurazione a freddo di Involucro J55 è dovuto principalmente alla grande cricca da infragilimento da tempra. Il valore massimo di durezza della zona termicamente interessata dalla saldatura è elevato e il rapido raffreddamento facilita la formazione di martensite a causa dell'elevata resistenza. Per ridurre la velocità di raffreddamento, prolungare il tempo di raffreddamento del giunto saldato da 800 ℃ a 500℃, migliorare la microstruttura del metallo saldato e ridurre la durezza massima della zona termicamente alterata, è necessario un preriscaldamento prima della saldatura e un rinvenimento dopo la saldatura. L'involucro J55 ha una piccola tendenza alla cricca a caldo perché non contiene carburo forte e ha una bassa conducibilità termica, che è difficile da generare a bassa fusione eutettica. La resistenza alla trazione del J55 è maggiore o uguale a 517 MPa e la resistenza allo snervamento è di 379-522 MPa. Il filo di saldatura ha un elevato contenuto di Ni, una forte resistenza alla criccatura a freddo ed eccellenti proprietà meccaniche complessive del metallo depositato. I nostri ingegneri hanno elaborato i due piani seguenti:

Metodo di saldatura 1: saldatura a gas 80%Ar+20%CO2. Filo di saldatura ER55-G con diametro di 3,2 mm. Parametri di saldatura: corrente 250~320A, tensione 26~30V; velocità di saldatura 35~50cm/min; la temperatura di preriscaldamento è di 100℃ e la temperatura inter-strato non è inferiore alla temperatura di preriscaldamento, ma non può essere superiore alla temperatura di preriscaldamento di 30℃. Trattamento post-saldatura: raffreddamento ad aria senza alcun trattamento termico.

Metodo di saldatura 2: gli stessi materiali di saldatura e gli stessi parametri di saldatura del metodo uno, solo la modifica del trattamento termico post-saldatura: trattamento di rinvenimento, temperatura 600±20℃, tempo di mantenimento per 4h; velocità di riscaldamento 50℃/h, velocità di raffreddamento 50℃/h.

I risultati delle due prove di saldatura sono i seguenti:

La prova di trazione del primo schema è qualificata. I valori di impatto dei tre campioni nella zona termicamente alterata sono 26,47,23, non qualificati. I quattro campioni di flessione laterale presentavano cricche rispettivamente di 3,75 mm, 4 mm, 1,38 mm e 0,89 mm, non qualificate. Il test dimostra che questo schema di saldatura non è ragionevole.

Il secondo schema è qualificato dalla prova di trazione; i valori di impatto dei tre campioni nella zona termicamente alterata sono 51,40,40, che sono qualificati. Tutti e quattro i campioni di piegatura laterale sono integri e qualificati; l'esperimento dimostra che questo schema di saldatura è ragionevole. Il trattamento termico post-saldatura può migliorare la microstruttura e le proprietà della saldatura, uno dei fattori importanti per ottenere giunti saldati che soddisfino i requisiti tecnici della saldatura dell'involucro J55.