قابلیت جوشکاری لوله فولادی آلیاژی ASTM A335

چرا لوله آلیاژی A335 به یک روش جوشکاری کنترل شده نیاز دارد؟

ASTM A335 لوله فولادی آلیاژی فریتی بدون درز را برای خدمات دمای بالا پوشش می دهد. گریدهای P5، P9، P11، P22 و P91 بر اساس محتوای کروم و مولیبدن طبقه‌بندی می‌شوند و برای استحکام خزشی و مقاومت در برابر حمله هیدروژنی با دمای بالا در لوله‌کشی پالایشگاه، پتروشیمی و نیروگاه انتخاب می‌شوند. عناصر آلیاژی که این عملکرد دمای بالا را ارائه می دهند، سختی پذیری را نیز افزایش می دهند، بنابراین ناحیه متاثر از حرارت جوش می تواند به شدت سخت شود و در صورت کنترل نشدن حرارت ورودی، پیش گرمایش و سرعت خنک کننده، سختی خود را از دست بدهد. بنابراین جوش پذیری لوله A335 از طریق روش جوشکاری واجد شرایط به جای انتخاب فلز پرکننده به تنهایی حاصل می شود.

الزامات کششی درجات رایج A335

کروم مقاومت در برابر اکسیداسیون و خوردگی گرم را ایجاد می کند، مولیبدن باعث تقویت محلول جامد و مقاومت در برابر خزش می شود، و افزودنی های وانادیوم و نیوبیم در P91 به آن درجه حداقل استحکام کششی و تسلیم بسیار بالاتری نسبت به درجه های 1.25Cr تا 2.25Cr می دهد. از آنجایی که استحکام از طریق تعادل آلیاژ و شرایط عملیات حرارتی ایجاد می شود، اتصال جوش داده شده باید هم ترکیب شیمیایی و هم ریزساختار لوله اصلی را بازتولید کند.

فلز پرکننده و انتخاب فرآیند جوشکاری

برای گریدهای 1.25Cr و 2.25Cr، جوشکاری قوسی تنگستن گازی با الکترود ER80S-B2 یا ER80S-B2L برای ریشه و پاس داغ، و به دنبال آن جوشکاری قوس فلزی محافظ با الکترودهای E8018-B2{{20}5 برقرار می‌شود. طبقه بندی B2 دقیقاً با ترکیب فلز پایه مطابقت دارد و به طور قابل پیش بینی به عملیات حرارتی پس از جوش پاسخ می دهد. برای گریدهای 9Cr-1Mo-V مانند P91، به جای آن از مواد مصرفی منطبق از نوع ER90S-B9 و E9015-B9 استفاده می شود و گاز محافظ، سرعت سفر و گرمای ورودی ثبت می شود تا اتصال دقیقا تکرار شود.

در جاهایی که عملیات حرارتی پس از جوش غیرعملی است، به عنوان مثال در برخی از جوش‌های محل یا در اتصالات غیرمشابه، می‌توان به جای آن یک الکترود آستنیتی از نوع E309Mo-16 انتخاب کرد. اتصالات آستنیتی از این نوع برای عدم تطابق انبساط حرارتی و برای شرایط سرویس اتصال فلزی غیرمشابه ارزیابی می شوند و این روش به طور جداگانه واجد شرایط است. تمیزی سطح مفصل، الکترودهای خشک و گاز محافظ خشک ضروری است، زیرا رطوبت منبع اصلی هیدروژن قابل انتشار در این خانواده مواد است.

پیش گرم کردن، دمای بین پاس و عملیات حرارتی پس از جوش

پیش گرم کردن رطوبت سطح را از بین می برد و سرعت خنک شدن مفصل را کاهش می دهد. روش های معمول برای این خانواده حداقل حدود 150 درجه سانتیگراد برای درجه 1.25Cr و 200 درجه سانتیگراد یا بالاتر برای درجه های 2.25Cr و 9Cr است، با دمای بینگذر معمولاً کمتر از تقریباً 300 درجه سانتیگراد نگه داشته می شود تا از رشد دانه و از دست دادن چقرمگی جلوگیری شود. گرمایش روی یک نوار سخاوتمندانه در دو طرف اتصال اعمال می شود تا کل بخش به دما برسد.

پس از جوشکاری، عملیات حرارتی پس از جوش معمولاً در محدوده 700 تا 760 درجه سانتیگراد انجام می شود که باند دقیق آن توسط کد ساخت و ساز حاکم به همراه درجه و ضخامت دیوار تنظیم شده است. این درمان ناحیه تحت تاثیر حرارت سخت شده را تعدیل می کند، چقرمگی را بازیابی می کند و استرس باقی مانده را کاهش می دهد. نرخ‌های گرمایش و سرمایش کنترل‌شده استفاده می‌شود و ترموکوپل‌ها برای تأیید اینکه محیط کامل به دمای نگهداری برای زمان مورد نیاز رسیده است، قرار می‌گیرند.

نقص در نقاط دیده بان و بازرسی

ترک خوردگی ناشی از هیدروژن در منطقه تحت تأثیر گرما، با پیش گرم کردن، مواد مصرفی خشک و دمای کافی بین پاسی از آن جلوگیری می شود.

ترک خوردگی را در گریدهای 2.25Cr و 9Cr گرم کنید که از طریق ورودی گرمای کنترل شده و دمای عملیات حرارتی صحیح مدیریت می شود.

فقدان همجوشی و نفوذ ناقص، کنترل شده توسط آماده سازی اتصال، تناسب و تکنیک جوشکاری به جای گرمای ورودی به تنهایی.

سختی بیش از حد، با بررسی سختی جوش با پذیرش معمولاً در یا کمتر از 250 HV10 در منطقه تحت تأثیر گرما تأیید می شود.

مناطق نرم یا بیش از حد نرم ناشی از گرمایش ناهموار در طول عملیات حرارتی، که با قرار دادن صحیح ترموکوپل و عایق بندی از آن جلوگیری می شود.

معاینه رادیوگرافی یا اولتراسونیک روی اتصال نهایی اعمال می شود و هر جوش بر اساس مشخصات روش جوشکاری واجد شرایط و سوابق عملکرد جوشکار برای فرآیند مورد استفاده قابل ردیابی است.

سوالات متداول

س: آیا می توان لوله ASTM A335 P11 را بدون پیش گرم جوش داد؟
خیر. ترکیب 1.25Cr-0.5Mo در منطقه تحت تأثیر گرما سخت می شود، بنابراین یک پیش گرمای کنترل شده حدود 150 درجه سانتیگراد یا بالاتر همراه با روش واجد شرایط استفاده می شود.

س: کدام فلز پرکننده برای لوله A335 P22 استفاده می شود؟
گریدهای 2.25Cr-1Mo معمولاً با ER80S-B2 یا ER80S-B2L برای ریشه و E8018-B2 یا E8015-B2 برای پر کردن و کلاهک جوش داده می‌شوند که با فلز پایه مطابقت دارد و به طور قابل پیش‌بینی به عملیات حرارتی پاسخ می‌دهد.

س: آیا عملیات حرارتی پس از جوش همیشه مورد نیاز است؟
برای اکثر اتصالات 1.25Cr تا 9Cr بالاتر از آستانه ضخامت قوانین ساخت و ساز حاکم، مورد نیاز است، و همیشه در جایی که سرویس به سختی و چقرمگی کنترل شده در منطقه تحت تأثیر گرما نیاز دارد، اعمال می شود.

س: اگر لوله A335 بدون کنترل بینگذر جوش داده شود چه اتفاقی می افتد؟
دمای بیش از حد بین گذر، ریزساختار را درشت می کند، چقرمگی را کاهش می دهد و می تواند نتایج حاصل از ضربه یا سختی مورد نیاز را غیرممکن کند، بنابراین دمای بین گذر در حین جوشکاری اندازه گیری و ثبت می شود.

س: جوش P91 چه تفاوتی با جوش P22 دارد؟
P91 یک گرید 9Cr-1Mo-V-Nb با حداقل تسلیم و استحکام کششی بالاتر است، بنابراین از مواد مصرفی 9Cr منطبق، کنترل گرمای ورودی محکم‌تر و باند عملیات حرارتی مشخص شده در مقایسه با درجه 2.25Cr استفاده می‌کند.

س: کیفیت جوش روی لوله آلیاژی چگونه تایید می شود؟
با معاینه رادیوگرافی یا اولتراسونیک از مفصل تکمیل شده، با بررسی سختی ناحیه تحت تأثیر حرارت، و با بررسی صلاحیت روش جوشکاری و سوابق جوشکار.