Для изготовления сосудов, работающих под давлением, углеродистая сталь ASTM A516 Grade 70 (A516 Gr 70) стала преобладающим материалом благодаря своей прочности и вязкости при низких температурах эксплуатации. Он также популярен благодаря своей свариваемости и доступности в продаже. Он обычно производится толщиной от 1/4 дюйма до 1-1/2 дюйма. При толщине свыше 1-1/2 дюйма материал необходимо нормализовать, чтобы обеспечить его прочность в процессе эксплуатации. Несмотря на то, что лист A516 Gr 70 относительно легко сваривается, подбор комбинаций присадочных металлов, отвечающих его механическим свойствам, может оказаться непростой задачей. Сосуды под давлением имеют строгие требования к расчетной температуре, и присадочный металл должен обеспечивать соответствующую ударную вязкость при таких низких температурах. Это так, даже если рабочая температура или фактическая температура, встречающаяся в реальной ситуации, не будет такой экстремальной. Например, расчетная температура сосуда под давлением может составлять -50 градусов по Цельсию, но в процессе эксплуатации сосуд не будет подвергаться таким воздействиям. По сути, наличие строгих требований к расчетной температуре и соответствие присадочного металла этим требованиям является защитой.

ВЫБОР ПРИСАДОЧНОГО МЕТАЛЛА

Все присадочные металлы для сварки сосудов под давлением должны соответствовать химическому составу согласно ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section IX. Кроме того, операторы сварочных работ должны иметь аттестацию ASME по сварке для данного применения. При определении подходящей комбинации присадочных металлов для сварки A516 Gr 70, а также при получении любой необходимой документации или испытаний для подтверждения процедур сварки, необходимо задать несколько вопросов:

Каковы предел прочности на растяжение и предел текучести материала? Лист A516 Gr 70 выпускается с пределом прочности на растяжение от 70 до 90 кси, поэтому комбинации присадочных металлов для корневого, заполняющего и верхнего проходов должны быть совместимы с его механическими свойствами. Минимальный предел текучести листа A516 Gr 70 составляет 38 кси.

Каковы требования к V-образному надрезу Шарпи (CVN) при определенной температуре (по Фаренгейту)? Значения CVN определяются в фут-фунтах, которые представляют собой энергию, поглощаемую при разрушении образца сварного шва во время испытания CVN. Другим фактором является температура, при которой проводилось испытание. В совокупности эти два фактора указывают на ударные свойства присадочного металла при данной температуре — или на то, какую силу может выдержать готовый сварной шов при данной температуре до разрушения. Как правило, для изготовления листов A516 Gr 70 для сосудов под давлением требуется присадочный металл, обеспечивающий среднюю ударную вязкость более 20 фунтов-фунтов при температуре -20 градусов F или более 20 фунтов-фунтов при температуре -50 градусов F. Помимо определения требований к CVN, важно знать, существует ли минимальное требование к CVN. Например, задание может требовать, чтобы при испытании CVN не было меньше 15 фунт-футов при температуре -50 градусов F. Производители металла-наполнителя проводят испытания CVN партиями по пять образцов для испытания сварных швов, поэтому в данном примере ни одно испытание не может быть ниже этих минимальных значений. Среднее значение должно составлять 20 фунт-футов при температуре -20 градусов F.

Будет ли сварной шов вводиться в эксплуатацию в сваренном состоянии или со снятием напряжения? После сварки может потребоваться снятие напряжения, исходя из конструкции соединения для сосуда под давлением и предполагаемых условий эксплуатации. В ходе этого процесса сосуды под давлением нагреваются в больших печах по строгому графику до достижения необходимой температуры. Для A516 Gr 70 эта температура составляет примерно 1 150 градусов F или чуть ниже температуры отпуска материала. Обычно материал выдерживается при этой температуре в течение одного часа на каждый дюйм толщины. Если A516 Gr 70 будет подвергаться снятию напряжения в таких условиях, выбранный присадочный металл должен быть рассчитан на этот процесс и обеспечивать сварные швы, способные выдерживать температуру, которой они подвергаются.

Необходимо ли проводить квалификацию процедур на основе отдельных партий присадочных металлов? Соблюдение графика в любой отрасли и для любого применения — это ключ к соблюдению сроков и поддержанию хороших отношений с клиентами. Нехватка присадочного металла вредит достижению этих целей. Если компаниям необходимо квалифицировать процедуры на основе отдельных партий присадочного металла, очень важно поддерживать контакт с производителем присадочного металла относительно сроков поставки. Это поможет обеспечить наличие достаточного количества запасов для реализации проекта.

Нужны ли фактические сертификаты или сертификаты соответствия на присадочный металл? В некоторых случаях производители присадочных металлов могут предоставить фактические сертификаты или протоколы испытаний сертифицированных материалов (CMTR), подтверждающие испытания партии конкретной продукции; однако в зависимости от вида испытаний продукции за них может взиматься дополнительная плата. Если компании нуждаются в таких сертификатах в рамках своих сварочных процедур, они должны выбрать присадочный металл, имеющий такой сертификат и отвечающий их требованиям CVN, или предоставить производителю время для проведения соответствующих испытаний. В этих сертификатах указаны фактические механические свойства присадочного металла для сварки сосудов под давлением. Сертификаты соответствия обычно легко доступны на веб-сайте производителя присадочного металла. Производители тестируют продукцию для получения этих сертификатов на основе требований CVN, установленных Американским обществом сварки (AWS) для классификации присадочного металла.

Для некоторых присадочных металлов значения ударной вязкости CVN проверяются при температуре -40 градусов F. Если в сертификате соответствия не указаны значения ударной вязкости CVN при температуре -50 градусов F, то при изготовлении сосудов под давлением, требующих значений ударной вязкости CVN при температуре -50 градусов F, потребуются дополнительные испытания на удар, чтобы убедиться, что присадочный металл может обеспечить это механическое свойство. Кроме того, компаниям важно убедиться, что все сертификаты соответствия содержат необходимую информацию для конкретного применения. Детали могут быть разными, но включают температуру испытания CVN, данные об уровне диффузионного водорода и/или механические свойства после снятия напряжения.

ПРОЦЕССЫ СВАРКИ И ТИПЫ ПРИСАДОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ

В зависимости от конструкции и требуемых механических свойств, сварка A516 Gr 70 может выполняться с использованием любого количества процессов и типов присадочного металла. Сплошные проволоки, такие как AWS ER70S-6, можно использовать для корневого прохода, а металлические порошковые проволоки и порошковые проволоки с газовой защитой (FCAW-G) — для заполняющего и завершающего проходов. Металлопорошковая проволока AWS E70C-6M H4 является одним из вариантов. Проволока FCAW-G обычно имеет класс T-12 в соответствии с ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section IX. Одним из вариантов является AWS E71T-12MJ H4. Согласно ASME, эти проволоки очень похожи на проволоки EXXT-1C и EXXT-1M по характеристикам дуги и сварки и скорости осаждения, но они обладают большей ударной вязкостью и более низким содержанием марганца. Эти характеристики обеспечивают более узкий диапазон прочности на разрыв (от 70 до 90 кси для проволоки T-12 по сравнению с 70-95 кси для проволоки T-1). Дуговая сварка под флюсом может быть использована для наплавки и наплавки крышки. Подходящие присадочные металлы и флюсы зависят от требований к механическим свойствам материала.

Изготовление сосудов под давлением — критически важная область применения. Неисправность сварного шва в этих областях может привести к катастрофическим потерям человеческих жизней и капитала. Все аспекты процесса сварки должны быть точными, чтобы получить соответствующий уровень качества сварного шва. Следуйте рекомендациям производителя присадочного металла по силе тока, напряжению и скорости перемещения для выбранного диаметра проволоки.