Введение 3
1 Анализ известных способов сварки трубопроводов из
разнородных сталей 6
1.1 Виды теплоустойчивых сталей 6
1.2 Сравнительные характеристики перспективных сталей 10
1.3 Особенности сварки теплоустойчивых сталей 19
1.4 Особенности процесса сварки аустенитных сталей 24
1.5 Особенности процесса сварки разнородных сталей 26
1.6 Анализ способов сварки трубопроводов из разнородных сталей 32
1.8 Задачи работы 43
2 Проведение экспериментов 45
3 Карта технологического процесса сварки 63
Список использованных источников 71
Улучшение работающих и разработка новых агрегатов, постоянное улучшение экономичности используемых агрегатов, появление новых видов технологических процессов изготовления продукции определяют необходимость работы современного оборудования в агрессивных средах, при высоких температурах и в других специфических условиях. Необходимо при этом сваривать стали, с разными физико-техническими свойствами, и обеспечить высокое качество сварного соединения. Несмотря на трудности, возникающие при сварке разнородных сталей, данные стали находят все большее применение. В современных агрегатах применяются поверхности нагрева из разнородных сталей (теплоустойчивой с аустенитной). Применение разнородных сталей обусловлено тем, что внутри агрегата температура поверхностей нагрева труб достигает 700-750°С, а с наружи она значительно ниже. В этом случае конструкцию изготавливают из аустенитного металла, а выходные коллекторы изготавливаются из теплоустойчивых сталей, несмотря на то, что сварка разнородных сталей представляет определенные сложности. Мартенситные стали очень широко применяются для изготовления технологических трубопроводов и корпусных узлов нефтехимического и химического оборудования, работающего в условиях воздействия высоких температур и агрессивных сред.
На ПАО «КуйбышевАзот» работают два вида агрегатов по производству аммиака в которых применяют коллектора из разнородных сталей. Коллектора внутри печи реформинга изготовлены из аустенитных сталей (М11 - 12Х18Н10Т), а снаружи коллектора изготовлены из низколегированных теплоустойчивых хромомолибденованадиевых сталей перлитного класса (М02 - 12Х1МФ) и легированных сталей мартенситного класса с содержанием хрома до 10% (М05).
На чешском агрегате по производству аммиака «М-70» в печи реформинга используют разнородные стали 08Х18Н12Б и 12Х1МФ.
На немецком агрегате фирмы «Linde» используют разнородные стали Р91 и 12Х18Н10Т. Улучшенные механические свойства стали Р91 (аналог 10Х9М1Ф) позволяют уменьшить толщину рабочей стенки трубопровода, это приводит к снижению температурного градиента в стенках труб что приводит к понижению тепловой усталости. Например, при замене стали Р22 (аналог стали 12ХМ) на сталь Р91 позволяет уменьшать толщину стенки трубопровода на 50% и вес агрегата на 60%.
При ремонтах и монтаже применяют ручную дуговую сварку покрытыми электродами. Сварка разнородных сталей на агрегатах аммиака осуществляется с применением специальной переходной вставки. Соединение данным методом получило название «Келкаллой». На сточенный конус вставки из менее легированной стали производят наплавку высоколегированного металла. Затем в монтажных условиях выполняют соединения однородных сталей [1].
При сварке сталей Р91 и 12Х18Н10Т необходимо применять несколько катушек Р91-Р22-Р11-12Х18Н10Т. Данное условие необходимо для получения плавного изменения химического состава от одного свариваемого металла к другому. При резком изменении химического состава в соединениях разнородных металлов в стали Р91 возникают трещины в зоне термического влияния и основного металла. Резкие изменения химического состава создают высокие напряжения в районе шва, образующие условия для образования трещин. Трещины могут появиться на относительно ранней стадии эксплуатации 20,0 - 30,0 тыс. часов при относительно низких температурах ниже 600°С при этом они зарождаются и растут внутри основного металла, а затем раскрываются на поверхности.
При применении катушек возникают трудности при остановках агрегата на аварийные и плановые ремонты, в связи с ограниченным временем, выделенным на проведение ремонта. Следует учитывать, что каждый сварной шов является источником дополнительных сварочных напряжений и возможными пропусками.
В настоящее время ведется разработка технологии сварки для сварки сталей 12Х18Н10Т и Р91 без переходных вставок.
Трубопроводы из разнородных сталей свариваются с применением переходных электродов, это не всегда дает хорошее качество и при многократных переменных нагрузках приводит к появлению трещин и аварийным остановкам агрегатов.
Поэтому целью работы является обеспечить качественную сварку трубопровода из разнородных сталей.
1. При сварке стали 12Х1МФ все электроды показали хорошие результаты как при наплавке буферной зоны, так и без наплавки. Временное сопротивление разрыву и угол загиба соответствуют требованиям НТД. Вследствие этого наплавку буферной зоны можно не проводить. Это даст экономию времени и трудовых ресурсов при аварийных ремонтах и внеплановых остановках.
2. Сталь Р91 имеет выше предел прочности чем у стали 12Х1МФ до 30%, ее применение позволит снизить толщина стенки коллектора, а соответственно и его вес.
3. При сварке стали Р91 электроды Bohler fox nibas 70/20, ЦТ-28, АНЖР-1 показали хорошие результаты как при наплавке буферной зоны, так и без наплавки. Временное сопротивление разрыву и угол загиба соответствуют требованиям НТД. Можно рекомендовать их к применению при сварке данной стали.
4. Электроды ОЗЛ-25б имеют хороший предел прочности, но угол загиба меньше, чем регламентируется РД. Для сварки стали Р91 их применять нельзя. При сварке стали 12Х1МФ со сталью 12Х18Н10Т при повышенных температурах (300-350оС) электроды ОЗЛ-25б показали самую высокую стойкость к образованию горячих трещин. Можно рекомендовать данные электроды при сварке оборудования из стали 12Х1МФ при ремонтах, если оборудование невозможно охладить.
5. Ударная вязкость не регламентируется РД, но необходимо отметить, что после выдержки при температуре 600ОС, резко снижается, особенно у стали Р91 как при наплавке буферной зоны, так и без нее.
6. Твердость сварного шва, основного металла и околошовной зоны после сварки до и после выдержки при температуре 600ОС находится в пределах нормы согласно РД.
7. Разработан технологический процесс сварки трубопроводов из разнородных сталей.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
