La soldadura de
tubos de acero ERW se basa en la piel de corriente de alta frecuencia y el efecto de proximidad, utilizando corriente de alta frecuencia o calor de resistencia para inducir corriente de alta frecuencia para calentar y fundir los bordes de los tubos en bruto, y luego extrusión y soldadura.La característica más importante de las soldaduras ERW es que no hay metal de aportación externo, una velocidad de calentamiento rápida y una alta eficiencia de producción. Ésta es su ventaja y su desventaja. Sin metal de aportación, es imposible mejorar el rendimiento de la soldadura rellenando elementos de aleación; la alta temperatura de calentamiento, el tono de tiempo corto y el gran gradiente de temperatura de soldadura facilitan la producción de fases y estructuras endurecidas para ciertos tipos de acero durante el proceso de soldadura. La tensión aumenta la fragilidad de la soldadura y reduce las propiedades mecánicas generales. Por lo tanto, se deben llevar a cabo medidas correctivas posteriores a la soldadura (tratamiento térmico de soldadura) en las soldaduras ERW para mejorar la estructura, eliminar la tensión y mejorar el rendimiento.
1) Composición de la soldadura y características de rendimiento de los tubos de acero ERW
Según los diferentes valores máximos del ciclo térmico de soldadura, la soldadura ERW se puede dividir en cinco zonas: zona de fusión (T>T fusión); zona de sobrecalentamiento (1100 grados Celsius)
Características de rendimiento de las soldaduras ERW:
En los últimos años, el desarrollo de áreas frías y campos petrolíferos marinos ha brindado perspectivas de desarrollo más amplias para los tubos de acero ERW, lo que requiere que los tubos de acero ERW tengan buenas propiedades de resistencia a la corrosión y a bajas temperaturas. Sin embargo, en la actualidad, las soldaduras de tubos de acero ERW producidas por muchos fabricantes tienen poca tenacidad a bajas temperaturas y valores FATT altos, lo que limita en gran medida su ámbito de uso. La tenacidad a baja temperatura de las soldaduras de tubos de acero ERW se ha convertido en un indicador importante del nivel técnico de estos tubos de acero.
2) Proceso de tratamiento térmico en línea de costura de soldadura
1. Tipos de procesos de tratamiento térmico online
Desde la aparición del proceso de tratamiento térmico en línea de cordones de soldadura en la década de 1960, el proceso y la tecnología se han vuelto cada vez más perfectos hasta ahora. En términos generales, el método de calentamiento es generalmente el calentamiento por inducción; para garantizar la precisión del sensor que calienta la soldadura, la mayoría de las unidades avanzadas están equipadas con un sistema de seguimiento automático de soldadura fotoeléctrico: para garantizar la estabilidad de la temperatura de calentamiento, es equipado con control automático de temperatura Tipos de sistemas y procesos Además de los procesos de normalización y recocido de soldadura que se utilizan principalmente, algunos fabricantes utilizan un proceso de tratamiento térmico de enfriamiento y revenido para tubos de acero de alta resistencia con el fin de mejorar la tenacidad al impacto de la soldadura. El proceso de templado y revenido hace que los granos de soldadura se refinan y mejoran la tenacidad al impacto de la soldadura. Además, están la normalización más revenido, el enfriamiento más revenido y el proceso de tratamiento térmico de deformación recientemente desarrollado.
2. Normalización de la costura de soldadura del proceso de tratamiento térmico ordinario
Actualmente, a nivel mundial, el proceso de normalización de soldadura es el más utilizado en el tratamiento térmico de soldadura. El proceso de normalización de soldadura generalmente utiliza una fuente de alimentación de frecuencia media (1-10 KHz), pero considerando el ruido generado por la oscilación y otros factores, es mejor usar 1-3 KHz primero. La normalización de la costura de soldadura se puede realizar en tubos de acero con un diámetro de 50,8 mm o más. El tratamiento de normalización puede mejorar significativamente el rendimiento de aplanamiento de la soldadura y sus parámetros de proceso incluyen: temperatura máxima de calentamiento, velocidad de calentamiento, tiempo de mantenimiento y temperatura inicial de enfriamiento por agua, etc.
a. Temperatura máxima de calentamiento
Según los resultados de la prueba de simulación térmica, sin considerar la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior, la temperatura máxima de normalización puede variar dentro de un amplio rango de temperatura (860-1010 grados Celsius), pero es mejor elegir entre 920-950 grados Celsius. Si la temperatura es demasiado alta, la FATT de la soldadura aumentará y la tenacidad de la soldadura disminuirá. Además, en las soldaduras de tubos de acero ERW en uso se produce un fenómeno de corrosión llamado "rosión de ranurado". La temperatura del tratamiento térmico de la soldadura determina el tamaño del sistema de corrosión de ranura.
b. Velocidad de calentamiento
En términos generales, un cambio repentino en la velocidad de calentamiento hará que la fase se doble en el punto de transformación de fase del acero. La velocidad de calentamiento rápida aumentará el punto de transformación de fase del acero y provocará la flexión de la dinámica de transformación de fase. Sin embargo, a juzgar por los resultados de la simulación térmica de la soldadura, cambiar el tiempo de calentamiento por flexión entre 650 y 950 grados Celsius de 12 S a 37 S tiene poco impacto en la tenacidad de la soldadura (FATT y energía de impacto).
c. Mantener el tiempo
Debido a las limitaciones de los equipos y procesos de tratamiento térmico en línea de cordones de soldadura, no existen muchos estudios en línea en esta área. Sin embargo, existen informes bibliográficos sobre los resultados de la investigación sobre el tiempo de retención y el rendimiento de la soldadura de tuberías de acero al carbono de pequeño tamaño utilizando hornos de tratamiento térmico en línea. Los resultados muestran que calentar la tubería soldada de acero al carbono por encima del punto Ac3 en poco tiempo puede hacer que las propiedades integrales de la soldadura y el material base sean consistentes. Ampliar el tiempo de retención (0, 5, 10, 15, 30 minutos) no provoca muchos cambios en las propiedades mecánicas de la soldadura, ni tampoco provoca muchos cambios en las propiedades mecánicas de la soldadura. Pero en el caso de los tubos de acero aleado, cuanto mayor sea el tiempo de conservación del calor, mejor será el rendimiento del aplanamiento, lo que puede estar relacionado con el proceso de homogeneización de los elementos de aleación en la soldadura. Estos investigadores no realizaron investigaciones sobre la relación entre el tiempo de retención y la tenacidad de la soldadura.
d. Velocidad de enfriamiento y temperatura inicial de enfriamiento por agua
El medio de enfriamiento de la especificación del proceso de normalización sigue siendo aire, pero dado que el tratamiento térmico de inducción de soldadura en línea se realiza en la línea de producción, el proceso de enfriamiento por aire se completa mientras la tubería de acero corre sobre el rodillo enfriado por aire. De esta diferencia, la norma API a partir de la 39ª edición utiliza el término "Tratamiento térmico de normalización similar". Para reducir la longitud del rodillo enfriado por aire y mejorar la eficiencia de enfriamiento, el tratamiento térmico de normalización en línea a menudo utiliza un proceso que combina enfriamiento por aire y enfriamiento por agua.
La velocidad de enfriamiento del aire depende de varios factores, como la temperatura máxima de calentamiento, la velocidad de la línea de laminación y el espesor de la pared de la tubería de acero. El proceso de enfriamiento por aire debe esperar hasta que la austenita se convierta en finas estructuras de ferrita y perlita antes de poder terminar. La temperatura inicial del enfriamiento por agua afecta la tenacidad de la soldadura. La temperatura inicial del enfriamiento por agua para el tratamiento térmico de normalización de las soldaduras de tubos de acero ERW debe ser inferior a 500 grados Celsius para que las soldaduras tengan buena tenacidad. Algunas personas también creen que la temperatura crítica más baja del acero al carbono es de aproximadamente 371 grados Celsius, y debe ser inferior a esta temperatura antes de que se pueda implementar el enfriamiento por agua.
3. Normalización + templado y templado + templado
Durante el tratamiento de normalización de algunas tuberías soldadas de acero de baja aleación y alta resistencia (HSLA), el fenómeno de endurecimiento producido durante el enfriamiento por aire reducirá la plasticidad de la soldadura; después del tratamiento de normalización de tuberías de acero al carbono ordinarias, el rendimiento integral de la soldadura es Además el material base es bajo. Para superar estos defectos, algunos fabricantes utilizan procesos de normalización + revenido y enfriamiento + revenido.
El proceso de normalización + templado es: después de la austenitización, sin conservación del calor, se enfría directamente hasta obtener un desperdicio y luego se templa sin conservación del calor. De esta manera, para algunas tuberías soldadas de alta resistencia, la fase endurecida producida durante el enfriamiento por aire se puede templar para formar una estructura de ferrita + troostita templada, lo que reduce la resistencia de la soldadura y mejora la tenacidad.
Para algunos tubos de acero ERW para usos especiales, con el fin de mejorar aún más su resistencia, algunos fabricantes adoptan el proceso de tratamiento de refuerzo de enfriamiento + revenido, que tiene buenos resultados. Las especificaciones generales de este proceso son: enfriamiento por pulverización de la soldadura después de la austenización y luego templado. Después de alcanzar la temperatura de templado, transfiera inmediatamente a enfriamiento por agua y enfriamiento forzado, lo que puede ampliar el rango de uso de los tubos de acero ERW.
Comparado con la normalización, este proceso de fortalecimiento tiene las siguientes ventajas:
(1) La martensita obtenida después del templado tiene alta resistencia y los carburos obtenidos después del templado a alta temperatura tienen una distribución granular, por lo que el acero puede obtener propiedades de resistencia iguales o superiores a las del normalizado, y su plasticidad y tenacidad al impacto son mucho mejores. que normalizar;
(2) La relación entre rendimiento y resistencia es alta;
(3) El rendimiento de los tubos de acero se vuelve más uniforme y se controla con mayor precisión.
4. Proceso de tratamiento térmico de deformación en línea de tubos de acero ERW
Para acero laminado microaleado Nb, V, normalizado primario, normalizado secundario, templado + revenido, templado y otros procesos con bajo contenido de carbono (0,04% C), bajo contenido de carbono, fósforo (0,001% s, 0,003% P). Tiene poco efecto en la mejora de su tenacidad. Para aprovechar al máximo las ventajas potenciales de la alta tenacidad del laminado controlado de tiras de acero y lograr una "igualación de iso-tenacidad" entre las soldaduras de tubos de acero ERW y el metal base, algunos fabricantes japoneses han aplicado tecnología de tratamiento térmico por deformación al proceso en línea. tratamiento térmico de soldaduras de tubos de acero ERW, que ha mejorado en gran medida la tenacidad de la soldadura de tubos de acero ERW, especialmente la tenacidad a baja temperatura. Las características de este proceso son: después del tratamiento de normalización ordinario, se utiliza el ablandamiento por calor del área de soldadura calentada y la resistencia a la flexión es significativamente menor que la de otras áreas del cuerpo de la tubería.Se utiliza el método U&R (Upsetting and Rolling). para hacer que el área de soldadura produzca flexión de forma con una cierta tasa de compresión y luego enfriamiento por aire para mejorar la tenacidad de la soldadura.
a. Control de la temperatura de deformación.
La temperatura de deformación no puede ser demasiado alta. De lo contrario, es fácil que la recristalización dinámica de la austenita se desarrolle completamente durante el proceso de flexión, lo que da como resultado granos grandes. Por lo tanto, la temperatura de deformación debe controlarse por debajo de la temperatura de recristalización del acero. Por debajo de la temperatura de recristalización, a medida que aumenta la cantidad de deformación, los granos de soldadura se refinan y su temperatura de giro disminuye.
b. Rango de cantidad de deformación
Aunque la costura de soldadura de tubería de acero ERW tiene sus propias propiedades térmicas después del tratamiento térmico de deformación en línea: cuando la temperatura de deformación es de 850 a 790 grados Celsius y la cantidad de deformación es del 6%, la energía absorbida de la costura de soldadura a -60 grados Celsius es 7J. . Sin embargo, dado que el rodillo interior está instalado en un mandril de unos 20 m de largo, la fuerza de rodadura se ajusta mediante la presión del aceite. Basándose en la experiencia existente, el autor cree que este tipo de dispositivo tiene un funcionamiento deficiente y es difícil de controlar con precisión. Por lo tanto, no es fácil que el rendimiento de la soldadura deformada sea estable. Se deben encontrar otras formas de mejorar la tenacidad de las soldaduras de tubos de acero ERW.
3) Inspección del rendimiento de las costuras de soldadura de tubos de acero ERW después del tratamiento térmico
La inspección de calidad de las soldaduras después del tratamiento térmico de tubos de acero ERW, además de las inspecciones de procesos como el aplanamiento y el estiramiento de la soldadura, así como la prueba de tenacidad a la fractura por impacto Charpy y la prueba DWTT, en este artículo le gustaría analizar la inspección metalográfica y la inspección de la dureza de la soldadura.
Examen metalográfico de soldaduras normalizadas:
Después del tratamiento térmico de la costura de soldadura de tubería de acero ERW, su examen metalográfico incluye macro y micropartes. La inspección macroscópica debe medir el ancho de la zona de normalización completa y la zona de normalización incompleta en el área de soldadura, así como la simetría izquierda y derecha de la línea de fusión de la soldadura. La morfología normal debe ser: las zonas afectadas por el tratamiento térmico a ambos lados de la línea de fusión son bien simétricas, y la zona completamente normalizada después del tratamiento térmico abarca completamente la zona afectada por el calor de soldadura. Sólo así se podrá demostrar que durante el proceso de tratamiento térmico, el sensor de calentamiento y la soldadura están bien alineados y que la temperatura del tratamiento térmico es la adecuada. Si la zona afectada por el calor está distribuida asimétricamente alrededor de la línea de fusión, significa que el sensor de calentamiento se desvía del centro de la soldadura durante el tratamiento térmico. El inspector metalográfico debe enviar rápidamente esta información al operador en el sitio y realizar ajustes rápidamente.
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