Заваряването е решаващ процес при производството и монтажа на тръби от въглеродна стомана, които се използват широко в различни индустрии поради техните отлични механични свойства и ефективност на разходите. Като доставчик на тръби от въглеродна стомана, разбирането на въздействието на заваряването върху свойствата на тръбите от въглеродна стомана е от съществено значение за предоставянето на висококачествени продукти и осигуряването на дългосрочна работа на тръбопроводните системи.
1. Микроструктурни промени
Едно от най-значимите въздействия на заваряването върху тръбите от въглеродна стомана са микроструктурните промени, които настъпват в засегнатата от топлина зона (HAZ) и заваръчния метал. По време на процеса на заваряване основният метал в близост до заваръчния шев се нагрява до високи температури и след това бързо се охлажда. Този термичен цикъл може да доведе до образуването на различни микроструктури в зависимост от съдържанието на въглерод в стоманата, процеса на заваряване и скоростта на охлаждане.
При тръбите от нисковъглеродна стомана в HAZ може да има растеж на зърна. При повишени температури съществуващите зърна в основния метал могат да станат по-големи поради повишената подвижност на атомите. Този растеж на зърната може да доведе до намаляване на якостта и издръжливостта на HAZ. Например, ако скоростта на охлаждане е бавна след заваряване, феритните зърна могат да станат по-груби, намалявайки границата на провлачване и пластичността на материала.
От друга страна, при тръби от средно и високо въглеродна стомана, бързото охлаждане в HAZ може да доведе до образуването на твърди и крехки микроструктури като мартензит. Мартензитът е много твърда фаза, която се образува, когато аустенитът се охлажда бързо. Наличието на мартензит в HAZ може да увеличи твърдостта, но значително да намали якостта на тръбата. Това може да направи тръбата по-податлива на напукване, особено при напрежение или в корозивна среда.
Самият заваръчен метал също има уникална микроструктура. Образува се от топенето и втвърдяването на добавъчния и основния метал. Съставът на добавъчния метал играе решаваща роля при определяне на микроструктурата и свойствата на заваръчния метал. Например, добавъчен метал с по-високо съдържание на сплав може да подобри здравината и устойчивостта на корозия на заваръчния шев.
2. Промени в механичните свойства
Микроструктурните промени, предизвикани от заваряването, пряко влияят върху механичните свойства на тръбите от въглеродна стомана.
Сила
Заваряването може да има както положителен, така и отрицателен ефект върху здравината на тръбите от въглеродна стомана. В някои случаи заваръчният метал, ако е правилно избран и нанесен, може да има по-висока якост от основния метал. Въпреки това, HAZ може да изпита намаляване на якостта поради растеж на зърна или образуване на крехки фази. Например, в заварено съединение на тръба от стомана с ниско съдържание на въглерод, границата на провлачане на HAZ може да бъде по-ниска от тази на основния метал, което може да бъде критичен фактор в приложения, където се изисква висока якост.
Издръжливост
Издръжливостта е способността на материала да абсорбира енергия и да се деформира пластично, преди да се счупи. Заваряването често намалява якостта на тръбите от въглеродна стомана, особено в HAZ. Както бе споменато по-рано, образуването на мартензит в тръби от средно и високо въглеродна стомана може да доведе до значително намаляване на якостта. Това може да бъде основен проблем при приложения, при които тръбите са подложени на ударни натоварвания или циклични напрежения. Например, в тръбопроводна система, която може да претърпи воден удар или сеизмична активност, намаляването на якостта може да увеличи риска от повреда на тръбата.
твърдост
Твърдостта на заваръчния метал и HAZ може да бъде значително различна от тази на основния метал. Заваръчният метал може да е по-твърд поради наличието на легиращи елементи в добавъчния метал и бързия процес на втвърдяване. HAZ може също да има градиент на твърдост, като най-близкият до заваръчния шев регион е най-твърд. Високата твърдост в HAZ може да бъде проблем, тъй като може да доведе до повишена чувствителност към напукване и намалена формоспособност.
3. Остатъчно напрежение
Заваряването генерира остатъчни напрежения в тръбите от въглеродна стомана. Тези напрежения са причинени от неравномерното нагряване и охлаждане по време на процеса на заваряване. Когато заваръчната зона се нагрее, тя се разширява, но околният по-хладен метал ограничава това разширение. Докато заваръчният шев се охлажда, той се свива и отново околният метал се съпротивлява на това свиване. Това води до развитие на остатъчни напрежения в заваръчния шев и HAZ.
Остатъчните напрежения могат да имат вредно въздействие върху работата на тръбите от въглеродна стомана. Остатъчните напрежения при опън могат да увеличат риска от корозионно напукване, особено в корозивни среди. Остатъчните напрежения при натиск, от друга страна, могат да бъдат полезни, тъй като могат да помогнат за противодействие на външните напрежения на опън. Често обаче е трудно да се контролира величината и разпределението на остатъчните напрежения по време на заваряване.
Има няколко метода за облекчаване на остатъчните напрежения, като термична обработка след заваряване (PWHT). PWHT включва нагряване на заварената тръба до определена температура и задържането й за определен период от време, за да се позволи на напрежението да се отпусне. Това може да подобри механичните свойства и да намали риска от напукване на тръбата.
4. Устойчивост на корозия
Устойчивостта на корозия на тръбите от въглеродна стомана също може да бъде повлияна от заваряване. Микроструктурните промени и наличието на остатъчни напрежения в заваръчния шев и HAZ могат да направят тези области по-податливи на корозия.
В HAZ растежът на зърната и образуването на различни фази може да създаде хетерогенна микроструктура. Тази хетерогенност може да доведе до образуването на галванични клетки, където една фаза действа като анод, а друга като катод. Това може да ускори процеса на корозия. Например, в тръба от въглеродна стомана, използвана във водопроводна система, HAZ може да корозира по-бързо от основния метал, което води до образуването на ями и дупки в тръбата.
Самият заваръчен метал също може да има различни свойства на устойчивост на корозия в сравнение с основния метал. Ако добавъчният метал има различен състав от основния метал, той може да създаде потенциална разлика между заваръчния шев и основния метал, увеличавайки риска от корозия.
За да се подобри устойчивостта на корозия на заварени тръби от въглеродна стомана, могат да се използват повърхностни обработки като боядисване, поцинковане или нанасяне на устойчиво на корозия покритие. например,Поцинкована тръбае популярен избор, тъй като цинковото покритие осигурява жертвен анод, който предпазва стоманата от корозия.
5. Устойчивост на умора
В приложения, където тръбите от въглеродна стомана са подложени на циклично натоварване, като например в електроцентрали, нефтопроводи и газопроводи и автомобилни изпускателни системи, устойчивостта на умора на тръбите е от голямо значение. Заваряването може значително да намали устойчивостта на умора на тръбите от въглеродна стомана.
Микроструктурните промени, остатъчните напрежения и наличието на дефекти на заваръчния шев като порьозност, липса на стопяване и подрязване могат да действат като концентратори на напрежение. Тези концентратори на напрежение могат да инициират пукнатини при циклично натоварване, които след това могат да се разпространят и да доведат до повреда от умора. Например, в тръбопровод, който транспортира нефт под налягане, заварените съединения могат да бъдат най-слабите места по отношение на устойчивостта на умора.
За да се подобри устойчивостта на умора на заварени тръби от въглеродна стомана, правилните техники за заваряване, като например използване на процеси на заваряване с ниско съдържание на водород и осигуряване на добро качество на заварката, са от съществено значение. Освен това могат да се използват обработки след заваряване, като дробно уплътняване, за въвеждане на остатъчни напрежения при натиск върху повърхността на заваръчния шев, което може да помогне за подобряване на живота на тръбата при умора.
Заключение
Като доставчик на тръби от въглеродна стомана е изключително важно да разберем въздействието на заваряването върху свойствата на тръбите от въглеродна стомана. Микроструктурните промени, вариациите на механичните свойства, остатъчните напрежения, устойчивостта на корозия и устойчивостта на умора са всички фактори, които трябва да се вземат предвид при доставката на заварени тръби от въглеродна стомана.
Ние предлагаме широка гама от тръби от въглеродна стомана, включителноPentagon Plum Blossom TubeиОсновна стоманена тръба, които са произведени с помощта на усъвършенствани техники за заваряване, за да се сведат до минимум отрицателните въздействия от заваряването. Нашият екип от експерти може да предостави техническа поддръжка и съвети относно процесите на заваряване и обработката след заваряване, за да гарантира, че нашите клиенти получават висококачествени тръби, които отговарят на техните специфични изисквания.
Ако се интересувате от закупуване на тръби от въглеродна стомана или имате въпроси относно въздействието на заваряването върху свойствата на тръбите, моля не се колебайте да се свържете с нас за по-нататъшно обсъждане и преговори за доставка.
Референции
- Наръчник на ASM, том 6: Заваряване, спояване и спояване, ASM International.
-Металургия на заваряване и заваряемост на въглеродни стомани, Джон С. Липолд и Дейвид К. Матлок.
- Наръчник за тръбопроводи, 8-мо издание, Джордж А. Нестлерот и Роналд У. Кифнър.