내열강은 고온에서 작동하며 열강도와 열안정성이 우수한 강재를 말합니다. 열강도는 고온에서 크리프 및 파괴에 저항하는 능력을 말하며, 열안정성은 고온에서 기체 매질의 산화 및 부식에 저항하는 능력을 말합니다. 사람들은 일반적으로 열 강도를 가진 내열강을 내열강, 열 안정성을 가진 내열강을 내열안정강이라고 합니다. 내열강은 주로 정유 장비, 보일러, 원자력 용기, 증기 터빈, 합성 화학 용기, 항공 우주 장비 및 기타 고온 처리 장비의 제조와 같은 전력 및 에너지 공학에 사용됩니다. 많은 스테인리스강(309, 310H)은 내열성을 가지고 있어 "내열 스테인리스강"이라고도 합니다.

용접된 조인트는 내열성 강철 은 모재와 실질적으로 동일한 고온 산화 저항성을 가져야 합니다. 용접 금속의 합금 조성 및 함량은 기본적으로 Cr, Mo, W 및 기타 주요 원소와 같은 모재와 일치해야 하며, P 및 S와 같은 불순물은 가능한 한 낮은 수준으로 제어하여 고온 균열 경향을 줄여야 합니다. 용접성을 향상시키기 위해 용접 재료의 C 함량을 모재보다 약간 낮추어 고온 성능을 보장 할 수 있습니다. 용접 금속의 강도는 용접할 모재의 강도와 유사해야 합니다. 내열강 용접 접합부는 상온 및 고온에서 기본적으로 모재와 동일한 단기 강도를 가져야 할 뿐만 아니라 더 중요한 것은 모재와 유사한 고온 크리프 특성을 가져야 한다는 것입니다. 초초임계 보일러용 새로운 내열강 접합부의 성능 요건은 다음 표에 나와 있습니다.

성적	T.S σb MPa	Y.Sσs MPa	연신율 Δ％	AkvJ	작동 온도에서 허용 응력, MPa	경도, HB
P122	630	530	17%	31	64 (620℃)	225～270
P92	630	530	17%	31	70(620℃)	-
HR3C	655	-	30	-	69(650℃)	-
Super304H	590	-	35	-	91(620℃)78(650℃)	225～270

내열강 용접 구조의 대부분은 고온에서 작동하지만 압력 용기 및 배관 요구 사항에 대한 최종 검사는 일반적으로 실온에서 작동 압력 실험 유압 또는 공압 압력 테스트의 1.5 배, 압력 장비의 작동 또는 유지 보수는 콜드 스타트 프로세스를 거쳐야하므로 내열강 용접 조인트도 취성 골절에 대한 특정 저항력을 가져야 합니다. 마르텐사이트 및 오스테나이트 내열강의 경우 고온에서 장시간 작동하는 동안 용접 조인트의 크리프 특성을 보장하기 위해 증착된 금속의 δ 페라이트 함량을 엄격하게 제어해야 합니다.

P92/T92, 122/T122 마르텐사이트강 용접

P92와 P122는 모두 마르텐사이트강으로 용접 시 냉간 균열 경향과 고온 균열 경향이 있습니다. 용접 시 냉간 균열을 방지하기 위해 용접 전 예열이 필요합니다. 예열 온도는 TIG 용접의 경우 150℃ 이상, 전극 아크 용접 및 서브머지드 아크 용접의 경우 200℃ 이상입니다. 뜨거운 균열과 거친 입자를 방지하기 위해 용접 공정 중에 용접 라인 에너지를 엄격하게 제어해야하며 층간 온도는 300 ℃ 미만이어야하며 용접 열 입력이 작은 텅스텐 전극 아르곤 아크 용접이 선호됩니다. 전극 아크 용접을 용접 할 때 다층 및 다중 패스 용접에주의를 기울여야합니다. 용접 패스 두께는 전극 직경보다 크지 않아야합니다. 용접 패스 폭은 전극 직경의 3 배를 넘지 않아야하며 전극 직경은 4mm를 넘지 않는 것이 좋으며 벽 두께가 큰 공작물의 경우 용접에 서브 머지 아크 용접을 사용할 수 있지만 미세 와이어 서브 머지 아크 용접을 사용해야하며 용접 와이어의 직경은 3mm 미만이어야합니다. T122 및 T92 소구경 튜브를 용접할 때는 전체 용접 과정에서 뒷면을 아르곤으로 채워야 합니다. 대구경 두꺼운 벽 파이프의 경우, 루트에서 처음 세 층의 용접 뒷면에 아르곤 가스 보호가 필요합니다. 용접 용접 후 석면 단열재와 저속 냉각을 사용하고 금속 조직이 마르텐사이트로 완전히 변형 될 때까지 최소 1 ~ 2 시간 동안 100 ~ 150 ℃를 유지 한 다음 용접 후 열처리를 수행 할 수 있습니다. 공작물의 벽 두께가 40mm 이상인 경우 석면 단열재 저속 냉각으로 용접 한 후 100 ~ 150 ℃에서 최소 1 ~ 2 시간 유지, 즉시 열처리하지 않으면 200 ~ 300 ℃ 단열재로 2 시간 가열 한 다음 실온으로 천천히 식혀 야합니다.

SUPER 304H, SA-213 TP310HCBN 오스테나이트강 용접

오스테나이트강은 용접성이 우수하고 냉간 균열 경향이 없으므로 예열이 필요하지 않습니다. 그러나 오스테나이트강은 용접 시 고온 균열 경향이 있으므로 용접 열 입력 및 층간 온도 제어에 주의를 기울여야 합니다. 용접 공정에서 용접 라인 에너지의 용접 방법은 수동 TIG, 자동 냉간 와이어 TIG 용접 또는 열간 와이어 TIG 용접과 같이 더 작습니다. 일반적으로 층간 온도는 150℃ 이하로 제어해야 합니다. 자동 냉간 와이어 TIG 용접 또는 열간 와이어 TIG 용접의 경우, 연속 용접 공정에서는 용접된 용접부의 층간 수냉이 필요합니다. 입계 부식을 방지하기 위해 냉각수의 염화물 이온 함량을 제어해야 합니다. 고온 영역에서 합금 원소의 산화를 방지하기 위해 전체 용접 공정 동안 뒷면을 아르곤으로 채워야 합니다. 홈의 양쪽에서 좋은 융합을 보장하기 위해 오스테 나이트 강의 홈 각도는 일반 페라이트 강의 홈 각도보다 커야합니다. 페라이트 소재를 사용한 이종강 용접의 경우 ernicR-3 또는 EnICRFE-2 용접 와이어 또는 전극을 사용하는 것이 좋습니다. 이종 강을 (페라이트 강과) 용접하고 고온에서 사용하는 경우 두 재료의 팽창 계수를 고려해야 합니다.

 

열교환 튜브와 튜브 플레이트의 연결 형태는 주로 확장, 용접, 확장 용접 등을 포함합니다. 강도 확장 조인트는 열교환 튜브와 튜브 시트 사이의 연결부의 밀봉 성능 및 인장 강도의 확장을 나타냅니다. 당기는 힘을 견디기 위해 튜브 끝의 소성 변형에 의존합니다. 튜브 팽창 후 잔류 응력은 온도가 상승하면 점차 약해져 튜브와 튜브 시트 사이의 밀봉 성능과 연결 강도가 감소합니다. 따라서 강도 팽창은 설계 압력이 4MPa 이하이고 설계 온도가 300 ℃ 이하인 경우에 적합합니다. 심한 진동, 큰 온도 차이 또는 작동 중 명백한 응력 부식의 경우 강도 확장을 사용해서는 안됩니다.

튜브를 확장할 때 튜브의 경도는 튜브 시트의 경도보다 낮아야 합니다. 파이프와 파이프 사이의 간격과 파이프의 부드러움은 확장 파이프의 품질에 영향을 미칩니다. 파이프 구멍의 거친 표면은 큰 마찰력을 생성 할 수 있으며 당기기가 쉽지 않지만 누출이 발생하기 쉽습니다. 파이프 구멍의 표면은 홈을 통과하는 세로 방향이 엄격히 금지되어 있습니다. 튜브 구멍의 매끄러운 표면은 누출이 쉽지 않지만 쉽게 벗겨지기 쉽습니다. 일반적으로 표면 거칠기는 12.5μm 이하여야 합니다. 파이프 구멍에는 구멍과 환형 홈의 두 가지 종류가 있으며, 전자는 아래 그림 (a)와 같고 후자는 아래 그림 (b) 및 (c)와 같습니다.

그루브 가공 후 강철 튜브 확장시 홈에 압착되어 풀오프 저항을 개선하고 밀봉 성능을 향상시킬 수 있습니다. 튜브 구멍의 환형 슬롯 수는 튜브 플레이트의 두께에 따라 다릅니다. 일반적으로 두께가 25mm 미만이면 슬롯 하나가 열리고 두께가 25mm보다 크면 두 개의 슬롯이 열립니다. 튜브 플레이트가 두껍거나 틈새 부식을 방지하기 위해 다음 그림 (d)에 표시된 구조를 사용할 수 있으며 복합 튜브 플레이트와 열교환 튜브도 확장 할 수 있으며 클래딩이 8mm 이상일 때 튜브 구멍의 홈에 있어야하며 구조는 다음 그림 (e)에 나와 있습니다.

강도 용접은 열교환 튜브와 튜브 시트 연결의 밀봉 성능과 인장 강도를 보장하는 것을 말하며 가장 널리 사용되는 튜브 시트 연결 유형입니다. 강도 용접 제조가 간단하고 용접 부품 고장과 같은 인장 능력이 강하며 2 차 수리 용접, 더 편리한 열교환 튜브가 될 수 있습니다. 강도 용접의 사용은 압력과 온도에 의해 제한되지 않지만 큰 진동이나 갭 부식의 경우에는 적합하지 않습니다. 강도 용접의 일반적인 형태는 아래 그림 (a)에 나와 있습니다. 파이프 끝단 주변에 액체가 축적되는 것을 방지하기 위해 아래 그림 (b)와 같은 구조가 자주 사용됩니다. 아래 그림 (c)와 같은 구조는 일반적으로 튜브 시트가 스테인리스 스틸인 상황에서 사용됩니다.

튜브와 튜브 플레이트 사이의 조인트의 밀봉 성능이 높아야하거나 간극 부식이 있거나 심한 진동 및 기타 경우를 견딜 수 있어야하며 단일 확장 또는 용접이 요구 사항을 충족 할 수 없으며 둘의 조합은 충분한 강도와 우수한 밀봉 성능을 제공 할 수 있습니다. 확장 및 용접의 조합은 확장 및 용접 순서에 따라 확장 및 용접 후 확장 및 용접의 두 가지 종류로 나눌 수 있습니다. 일반적인 확장 방법은 필연적으로 조인트 갭에 오일 얼룩이 생길 수 있으며 확장 후 용접됩니다. 이러한 오일 얼룩과 틈새의 공기는 용접 품질을 저하시킵니다.

확장 전에 용접하면 용접이 손상될 수 있습니다. 현재 두 가지 주문의 선택에 대한 통일 된 조항은 없습니다. 용접 후 팽창과 같은 실제 엔지니어링에서 용접 전에는 깨끗한 오일이어야하며, 확장 후 첫 번째 용접은 일반적으로 확장 범위보다 15mm 위의 튜브 플레이트 표면에서 제어하기 위해 튜브 끝의 확장 위치에 대한 제한이어야합니다. 첫 번째 확장 후 용접은 일반적으로 강도 확장 및 밀봉 용접의 형태를 채택합니다. 강도 확장은 튜브 및 튜브 시트의 밀봉 성능을 보장하여 충분한 인장 강도를 제공하고 씰 용접은 튜브 및 튜브 시트의 밀봉 성능을 더욱 보장합니다. 구조는 그림 (a)에 나와 있습니다. 강도 용접은 튜브와 튜브 시트의 밀봉 성능을 보장하고 충분한 인장 강도를 제공하며 점착 팽창은 튜브와 튜브 구멍 사이의 간격을 제거하여 밀봉 성능을 보장합니다. 구조는 그림 (b)에 나와 있습니다.

본질적으로 폭발성 팽창은 일종의 강도 팽창이며 후자는 일반적으로 롤러 팽창을 채택하고 전자는 매우 짧은 시간에 폭발물을 사용하여 고압 가스 충격파를 생성하여 파이프가 튜브 구멍에 단단히 부착되도록합니다. 높은 폭발성 팽창 및 연결 효율, 윤활유 필요 없음, 팽창 후 용접 용이, 큰 인장 강도, 작은 축 연신율 및 변형.

폭발 팽창은 얇은 벽 튜브, 작은 직경 튜브 및 큰 두께 튜브 시트 확장, 열교환 튜브 끝 누출에 적합하며 기계적 팽창은 수리하기 어렵습니다.

오일 케이싱은 칼라와 파이프 본체로 구성됩니다. 하나의 파이프 본체를 칼라 스레드와 연결하고 필요한 길이에 도달한 후 운송 및 사용을 용이하게 하기 위해 종단 간 연결을 통해 유전 현장으로 운송합니다. 나사산 연결의 강도와 풀림 방지 제어를 강화하기 위해서는 나사산 연결 후 파이프 본체와 커플링을 용접해야 하므로 용접 성능을 분석하고 합리적인 용접 공정을 수립하는 것이 매우 중요합니다. API 5A J55 는 가장 일반적으로 사용되는 케이스 소재 중 하나이며, 탄소 환산값을 기준으로 용접성을 분석했습니다.

API 5CT J55 화학 성분

등급	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	Mo
API 5CT J55	0.34-0.39	0.20-0.35	1.25-1.50	0.020	0.015	0.15	0.20	0.20	/

국제 용접 학회의 탄소 등가 공식에 따릅니다:

CE＝C＋Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15

CE＝0.69＞0.4

탄소 당량이 0.4 이상이고 용접성이 좋지 않습니다. 자격을 갖춘 용접 품질을 얻으려면 높은 예열 온도와 엄격한 기술 조치가 필요합니다.

J55 합금 원소 함량이 미세 구조 및 특성에 미치는 영향에 따라 용접성을 분석했습니다:

• J55 케이싱 튜브 는 탄소 함량이 0.34%~0.39%로 높아 강철의 과냉각 오스테나이트 전이 곡선이 오른쪽으로 이동하고 증가합니다. Cr, Mn, Ni, Cu 및 기타 합금 원소를 첨가하면 과냉각 오스테나이트의 전이 곡선이 오른쪽으로 이동하여 과냉각 오스테나이트의 안정성이 향상되고 MS 점(마르텐사이트 형성의 시작점)이 증가합니다. 이러한 모든 효과는 J55의 담금질 경향을 증가시키고 용접 균열이 나타났습니다.
• J55는 냉간 균열, 주로 담금질 및 취성 균열이 발생하는 경향이 큽니다. 고강도, 용접 열 영향 영역의 높은 최대 경도 값 및 빠른 냉각으로 인해 마르텐사이트가 쉽게 생성됩니다. 용접시 큰 라인 에너지와 용접 전류를 선택하고 용접 속도를 과도하게 줄여서는 안됩니다. 냉각 속도를 줄이려면 용접 조인트의 냉각 시간을 800 ℃에서 500 ℃로 연장하고 용접 금속 및 열 영향 영역의 미세 구조를 개선하고 열 영향 영역의 최대 경도를 줄이려면 용접 전 예열 및 용접 후 템퍼링이 필요합니다.
• J55는 열전도율이 낮아 낮은 용융 공융을 생성하기 쉽지 않기 때문에 고온 균열 경향이 높지 않으며, 강한 카바이드를 포함하지 않기 때문에 재가열 균열 경향이 크지 않습니다. 강도에 맞는 용접 와이어 ER55-G가 선택됩니다. 용접 와이어는 우수한 용접 공정 성능, 높은 Ni 함량, 강한 냉간 균열 저항성 및 증착 된 금속의 우수한 포괄적 인 기계적 특성을 가지고 있습니다.
• J55 용접에 필요한 열 입력이 크기 때문에 모재와 용접 재료의 강도 값이 크고 용접 중 내부 응력이 매우 큽니다. 용접하는 동안 용접부를 망치로 두드려야 합니다. 용접 후 내부 응력을 제거하고 과도한 응력으로 인한 용접 후 균열을 방지하기 위해 열처리를 수행합니다. 용접 후 열처리는 용접 미세 구조 특성도 개선할 수 있습니다.

J55의 용접 공정

용접 방법 180% Ar+20%CO2 가스 차폐 용접. 용접 재료 : 용접 와이어 ER55-G, 직경 Φ3.2mm. 용접 매개 변수 : 전류 250 ~ 320A, 전압 26 ~ 30V; 용접 속도 35 ~ 50cm / 분;

예열 온도는 100℃이며, 층간 온도는 예열 온도보다 낮지 않지만 예열 온도 30℃보다 높을 수 없습니다.

용접 후 처리: 열처리 없이 공랭식으로 처리합니다.

결과: 인장 시험은 적격 판정을 받았습니다. 열 영향 영역에 있는 세 샘플의 충격 값은 26,47,23으로 불합격입니다. 네 개의 측면 굽힘 샘플은 각각 3.75mm 균열, 4mm 균열, 1.38mm 균열, 0.89mm 균열이 있으며 불합격입니다. 이 기술 방식은 합리적이지 않습니다.

용접 방법 280%Ar+20%CO2 가스 용접. 용접 재료 : 용접 와이어 ER55-G, 직경 Φ3.2mm. 용접 매개 변수 : 전류 250 ~ 320A, 전압 26 ~ 30V; 용접 속도 35 ~ 50cm / 분; 예열 온도는 100 ℃이고 층간 온도는 예열 온도보다 낮지 않지만 예열 온도 30 ℃보다 높을 수 없습니다.

용접 후 처리: 템퍼링 처리, 온도 600±20℃, 유지 시간 4시간; 가열 속도 50℃/h, 냉각 속도 50℃/h.

결과: 인장 시험은 적격 판정을 받았습니다. 열 영향 구역에 있는 세 샘플의 충격 값은 각각 51, 40, 40으로 적합 판정을 받았습니다.

측면 굽힘 테스트, 적격; 실험은이 기술 계획이 합리적임을 증명합니다. 용접 후 열처리는 용접 미세 구조와 특성을 향상시킬 수 있으며, 이는 J55 용접이 기술 요구 사항을 충족하는 용접 조인트를 얻기위한 중요한 요소 중 하나입니다.

가혹한 API 5A J55 케이싱 환경에서는 파이프 자체의 품질과 용접 품질이 요구됩니다. 위의 용접 분석 및 테스트를 통해 요구 사항을 충족할 수 있는 용접 공정을 확보하여 오일 케이싱의 올바른 용접을 위한 이론적 및 실험적 근거를 제공합니다.

절연 조인트는 주로 오일의 밀봉 보호에 사용됩니다. 가스 파이프 라인 전기 화학적 부식을 방지합니다. 주로 짧은 조인트, 강철 플랜지, 고정 링, 씰, 단열판, 단열 슬리브 및 충전 단열재로 구성됩니다. 씰링 유형은 O- 링 씰, U- 링 씰 및 "O + U 자형"복합 씰이 될 수 있지만 씰링 구조는 다르지만 씰링 원리는 동일합니다. 씰링 원리는 외부 예압의 작용을받는 씰링 링으로 탄성 변형과 파이프 라인의 매체가 누출되지 않도록하는 데 필요한 씰링 력을 생성합니다. 다음은 용접 공정을 설명하기 위해 X80 DN1200 /PN120 절연 조인트의 예입니다.

이 실험에서 절연 조인트의 재료는 다음과 같습니다. API 5L X80크기는 1219mm × 27.5mm입니다. 본체 압력 단조 강철 (플랜지, 고정 링) 재질은 F65, Ⅳ 등급이며, 밀봉 부분은 불소 고무 U 자형 밀봉 링으로 안정적인 밀봉, 낮은 수분 흡수, 높은 압축 강도, 우수한 탄성 및 전기 절연 특성을 가지고 있습니다. 절연 플레이트 소재는 전기 절연 성능이 강하고 유체 침투에 대한 내성 및 낮은 수분 흡수를 가지고 있습니다. ASTM A694에 따른 단조 플랜지 F65, C, Mn, P, S 및 탄소 등가물의 함량, 균열 저항 지수, 경도 및 충격 에너지 요구 사항. 테스트 후 금속 조직 구조는 펄라이트 + 페라이트, 균일 한 구조, 분리 없음, 평균 입자 크기는 8 등급입니다. 입자 크기가 미세할수록 단조품의 고강도 및 인성을 보장합니다.

용접 절차

이 제품의 용접은 응력 제거 처리, 인장, 굽힘, 충격, 경도, 금속 조직학 및 스펙트럼 분석 테스트 후 사양을 충족하는 결과를 얻었습니다.

1. 용접 홈

• 파이프 피팅 및 플랜지의 재료 특성 및 벽 두께에 따라 적절한 홈 형태와 크기, 즉 이중 "V"홈을 선택하십시오.
• 용접 홈의 크기와 유형을 설계 할 때 용접 열 입력이 밀봉 요소의 성능에 미치는 영향을 고려하고 용접에 더 낮은 열 입력을 채택하여 용접에 가까운 고무 씰링 링이 용접 공정에서 연소되지 않도록합니다. 좁은 간격 홈은 완전 용접 볼 밸브 용접에 대한 수년간의 경험에 따라 결정됩니다.

2. 용접 방법

용접 방법의 "아르곤 아크 용접 백킹 + 침수 아크 용접 충전 및 피복". 압력 용기 용접 코드 및 표준에 규정 된 강종이 다른 고 합금강의 용접 재료 선택 원칙에 따라 F65 강종과 일치하는 용접 재료를 선택하여 F65 및 X80 재료의 강도 요구 사항을 보장 할뿐만 아니라 우수한 인성을 가질 수 있습니다.

플랜지 니플 용접

플랜지와 파이프 조인트는 아르곤 아크 용접과 자동 서브머지드 아크 용접으로 용접됩니다. 백킹 용접에는 아르곤 아크 용접을, 충전 및 피복 용접에는 자동 서브머지드 아크 용접을 사용합니다.

1. 용접 장비

수중 아크 자동 용접기 : 속도 0.04 ~ 2r / min, 공작물 클램핑 범위 Φ330 ~ 2700mm, 용접 가능한 공작물의 최대 길이 4500mm, 최대 용접 이음새 깊이 110mm, 30t의 무게를 견딜 수 있습니다.

수중 아크 용접은 신뢰할 수있는 용접 품질, 아름다운 용접 비드 형성, 높은 증착률의 장점을 가지고 있으며 대구경 절연 조인트, 전체 용접 매립 볼 밸브 등에 널리 사용될 수 있습니다.

2. 용접 방법

GTAW+SAW 용접 방식. 먼저 아르곤 아크 용접 루트 백킹 및 충전을 매번 사용하여 루트가 녹을 수 있도록 한 다음 침지 아크 자동 다층 다중 패스 용접 방법을 사용하여 충진 및 덮개를 완료합니다.

용접 후 열처리

용접부의 잔류 응력을 줄이고 용접부의 균열이나 응력 변형을 방지하기 위해 용접 후 응력 제거 및 템퍼링이 필요합니다. 열처리에는 SCD 타입 로프 전기 히터(길이 18.5m)와 LWK-3×220-A 타입 온도 제어 상자가 사용됩니다. 온도 측정 장비로는 K형 외장형 열전대를 선택했습니다. 열처리 온도는 550℃, 열 보존 시간은 2시간으로 설정했습니다.