1. سؤال: برای کاربرد لوله خطی API 5L X52 PSL2، معمولاً چه عملیات حرارتی جوش خاصی مورد نیاز است و چگونه بر ریزساختار و خواص مکانیکی منطقه متاثر از حرارت (HAZ) تأثیر میگذارد؟
پاسخ:
برای لولههای API 5L X52 PSL2 ERW، فرآیند تولید مستلزم آن است که ناحیه جوش تحت عملیات حرارتی پس از{3}}جوش قرار گیرد، بهویژهعادی سازی. این صرفاً یک تسکین استرس نیست. این یک فرآیند عملیات حرارتی کامل است که در آن ناحیه جوش تا دمای بالاتر از نقطه بحرانی بالایی (معمولاً حدود 900 درجه تا 980 درجه) گرم شده و سپس اجازه داده می شود تا هوای 6- خنک شود.
هدف اولیه از این درمان نرمال سازی، اصلاح ساختار دانه در درز جوش و منطقه متاثر از حرارت (HAZ) است. در طی فرآیند جوشکاری با فرکانس بالا، گرمایش و خنکسازی سریع میتواند یک ریزساختار شکننده و سخت (مانند مارتنزیت) و ساختار ریختهگری ایجاد کند که به طور قابلتوجهی با ساختار فرفورژه فلز اصلی متفاوت است. نرمال کردن این ریزساختار را به مخلوطی یکنواخت از فریت و پرلیت تبدیل میکند که کاملاً با فلز پایه درجه X52 -1-4 مطابقت دارد. این تضمین میکند که خواص مکانیکی درز جوش{11}}مانند استحکام تسلیم (حداقل 52000 psi / 360 مگاپاسکال)، استحکام کششی و شکلپذیری تقریباً با بدنه لوله یکسان است. این "نقطه ضعیف" که به طور سنتی با جوش مرتبط است را از بین می برد و به لوله اجازه می دهد تحت شرایط فشار متوسط معمول برای خطوط لوله X52 مانند شبکه های گاز شهری و خطوط پالایشگاه -4-6 به طور قابل اعتماد عمل کند.
2. سؤال: هنگام تهیه لولههای ERW در گریدهای فولاد کربنی مانند Q235 یا Q345 برای کاربردهای ساختاری، تفاوتهای کلیدی در خواص مکانیکی و استفاده از انتهای معمولی در مقایسه با مواد درجه{{3} بالاتر مانند API 5L X70 چیست؟
پاسخ:
تمایز بین نمرات مانندQ235 (معادل ASTM A36) , Q345 (معادل درجه 50 ASTM A572)، وAPI 5L X70در قدرت تسلیم، چقرمگی و کاربرد مورد نظر آنها نهفته است که پروتکل های ساخت و آزمایش را دیکته می کند.
Q235 و Q345 (استانداردهای چینی GB/T):اینها فولادهای ساختاری استاندارد هستند. Q235 دارای حداقل استحکام تسلیم 235 مگاپاسکال است و برای کاربردهای عمومی،{3}}کم فشار مانند حصار کشی، داربست، و خطوط لوله آب که شکلپذیری و جوشپذیری کلیدی هستند -1-۹ استفاده میشود. Q345 استحکام تسلیم بالاتری (حدود 345 مگاپاسکال) و چقرمگی دمای پایینتر{11}را ارائه میدهد که آن را برای قابهای ساختمان، تکیهگاه پل و سازههای مکانیکی مناسب میکند. آزمایش معمولاً شامل آزمایشهای مسطح، شعلهور شدن و هیدرواستاتیک است، اما آزمایش غیر مخرب (NDT) ممکن است 100٪ بر روی درز جوش برای استفادههای ساختاری غیر بحرانی -3-8 اجباری نباشد.
API 5L X70 (موسسه نفت آمریکا):این فولاد با استحکام بالا-برای کاربردهای انرژی حیاتی است. با حداقل قدرت تسلیم 70000 psi (تقریباً 483 مگاپاسکال)، برای انتقال-فشار بالا-از راه دور نفت و گاز طبیعی -6 طراحی شده است. فرآیند تولید X70 شامل کنترلهای سختگیرانه روی شیمی (محتوای کربن بسیار کم و آلیاژهای میکرو{10}مانند نیوبیم یا وانادیوم) و پردازش کنترلشده مکانیکی حرارتی (TMCP) است. علاوه بر این، مشخصات API 5L PSL2 برای X70 محدودیتهای سختی را برای معادلهای کربن (برای جلوگیری از ترک خوردن) تعیین میکند و نیاز به بازرسی 100% اولتراسونیک از درز جوش -6-10 دارد. برخلاف Q235 یا Q345، X70 برای چقرمگی شکست طراحی شده است تا از شکستگی شکننده در محیطهای سخت جلوگیری کند، اگرچه معمولاً برای سرویس ترش (H2S) بدون آزمایش اضافی -6 توصیه نمیشود.
3. سوال: برای لولههای ERW تولید شده بر اساس ASTM A53 Grade B، روشهای آزمایش غیرمخرب بحرانی (NDT) برای تشخیص عیوب رایج در ساخت مانند ترکهای قلاب یا عدم همجوشی مورد استفاده قرار میگیرند، و چرا آنها ضروری هستند؟
پاسخ:
لولههای ERW درجه B ASTM A53 که به طور گسترده در کاربردهای مکانیکی و فشار استفاده میشود، باید تحت آزمایشهای غیرمخرب خاصی قرار گیرند تا از یکپارچگی جوش اطمینان حاصل شود. روش های اولیه هستندآزمایش جریان گردابی (ET)وتست اولتراسونیک (UT) -3-8.
این روشها ضروری هستند زیرا فرآیند جوشکاری فاز جامد مورد استفاده در ERW میتواند عیبهای مسطحی ایجاد کند که تشخیص آنها با چشم غیرمسلح یا آزمایش هیدرواستاتیک به تنهایی دشوار است.
تشخیص عدم فیوژن (LOF):اگر پارامترهای جوش (دما یا فشار) خارج از محدوده باشند، رابط جوش ممکن است به درستی به هم متصل شود. UT، به ویژه آزمایش پیشرفته فاز آرایه اولتراسونیک (PAUT)، در تشخیص این عیوب LOF با ارسال امواج صوتی از طریق جوش و تجزیه و تحلیل بازتاب -5-10 بسیار موثر است.
تشخیص ترک های قلاب:اینها ترک هایی هستند که در منطقه متاثر از گرما (HAZ) به دلیل طویل شدن اجزای غیرفلزی در طول فرآیند شکل گیری -2-7 ایجاد می شوند. جریان گردابی فرکانس بالا یا پروب های تخصصی UT می توانند این ناپیوستگی های ظریف را در طول خط جوش تشخیص دهند.
سیستم های بازرسی مدرن اغلب از ردیابی خودکار جوش با پروب های PA برای بازرسی جوش و HAZ استفاده می کنند. این تضمین میکند که حتی عیوب مانند لایههای انتهایی در جوش (که هندسههای عیب منحصربهفردی ایجاد میکنند) شناسایی میشوند، و اطمینان حاصل میکند که لوله با الزامات کد برای خدماتی مانند خطوط آب، بخار یا هوا تا حد تعیینشده توسط ASME B31.1 یا B31.3 -4-2.
4. سؤال: آیا یک لوله ERW در گرید S355J2H (EN 10219) میتواند مستقیماً جایگزین لوله بدون درز در یک کاربرد ساختاری-سرد شود و چه ملاحظاتی در مورد درز جوش باید مورد توجه قرار گیرد؟
پاسخ:
بله، یک لوله ERW در درجهS355J2Hبه طور کلی می تواند یک لوله بدون درز را در کاربردهای سازه ای جایگزین کند، مشروط بر اینکه طراحی وجود درز جوش را در نظر بگیرد. S355J2H یک بخش توخالی ساختاری دانه ریز است که تحت EN 10219 برای مقاطع جوشکاری شده سرد -8 مشخص شده است.
ملاحظات برای جایگزینی:
کیفیت درز جوش:آسیاب های مدرن ERW به دلیل عادی سازی عملیات حرارتی، درز جوشی را تولید می کنند که به اندازه فلز پایه استحکام دارد. با این حال، نام "J2H" نشان می دهد که این ماده دارای چقرمگی ضربه ای در -20 درجه است. بسیار مهم است که درز جوش نیز این نیاز چقرمگی را برآورده کند. تأمینکننده باید گواهیهای آزمایش آسیاب (EN 10204 3.1) را ارائه دهد که نشان دهد نمونههای جوش داده شده آزمایشهای ضربهای Charpy -3-8 را گذراندهاند.
شکل دهی در مقابل جوشکاری:بر خلاف لوله های بدون درز که از یک بیلت جامد اکسترود می شوند، لوله های ERW از یک سیم پیچ تشکیل شده و جوش داده می شوند. برای قابهای سازهای یا قطعات خودرو، شکلپذیری سرد فلز پایه عالی است، اما ناحیه جوش در صورت عدم عملیات حرارتی مناسب، انعطافپذیری کمتری نسبت به فلز اصلی خواهد داشت. در کاربردهایی که به خمش سرد قابل توجهی نیاز دارندبعد ازبرای تولید لوله، خم باید به دور از درز جوش (معمولاً 45 تا 90 درجه از محل جوش) جهت جلوگیری از ترک خوردگی جوش -9 باشد.
تحمل های ابعادی:لولههای ERW اغلب دارای تحملهای ضخامت دیواره دقیقتر و تمرکز بهتری نسبت به لولههای بدون درز داغ- هستند. این می تواند برای کاربردهای مکانیکی دقیق، کاهش وزن مواد و اطمینان از تناسب ثابت-در ساختارهای شبکه -4 سودمند باشد.
5. سوال: محدودیت های استفاده از لوله استاندارد API 5L Gr.B ERW در محیط "سرویس ترش" حاوی H2S چیست و چه تغییراتی در درجه و آزمایش لازم است تا مناسب شود؟
پاسخ:
استانداردAPI 5L درجه Bلوله های ERW به طور کلی هستندتوصیه نمی شودبرای سرویس ترش (محیط H2S مرطوب) بدون تغییرات قابل توجه. وجود H2S میتواند باعث ترکخوردگی استرس سولفیدی (SSC) یا ترک ناشی از هیدروژن (HIC) شود، بهویژه در ریزساختارهای سختتر موجود در درز جوش و HAZ لولههای درجه استاندارد -6.
برای اینکه یک لوله ERW برای سرویس ترش مناسب باشد، تغییرات زیر در درجه پایه و پروتکل های آزمایش مورد نیاز است:
کنترل شیمی:فولاد باید دارای ناخالصی بسیار کم باشد، به ویژه:
گوگرد (S):به طور معمول محدود به<0.002% or even <0.001%. Low sulfur reduces the number of manganese sulfide inclusions, which are initiation sites for HIC.
فسفر (P):باید به شدت کنترل شود.
معادل کربن (CE):برای اطمینان از سختی کم و جوش پذیری خوب، جلوگیری از تشکیل نواحی حساس مارتنزیتی -6، باید بسیار پایین نگه داشته شود.
تست سختی (HV10):مشخصات خدمات ترش (مانند API 5L PSL2 با ضمیمه H) حداکثر سختی را بر روی بدنه لوله، درز جوش و HAZ اعمال می کند (اغلب حداکثر 250 HV یا 22 HRC). استاندارد Gr.B این محدودیت های اجباری را ندارد. برای حصول اطمینان از عدم وجود لکه های سخت، نگاشت میکرو سختی در سراسر جوش مورد نیاز است -2-6.
تست HIC/SSC:فراتر از استاندارد NDT، لوله باید آزمایش های آزمایشگاهی خاصی را انجام دهد که در آن نمونه ها در محلول اشباع شده با H2S غوطه ور شده و پس از یک دوره تعیین شده برای ترک خوردگی بررسی می شوند. این امر مقاومت ماده را در برابر ایجاد تاول- و ترک تدریجی -6 ناشی از هیدروژن تأیید میکند.
اگر این شرایط برآورده شود، می توان از یک لوله ERW درجه B "Sour Service" اصلاح شده استفاده کرد، اما اغلب طراحان به درجه بالاتری مانند L245NS یا L290NS (با "NS" نشان دهنده مقاومت ترش بودن خدمات) می روند یا لوله های بدون درز را مشخص می کنند تا کاملاً از خطرات مرتبط با درز جوش در محیط های ترش بحرانی جلوگیری کنند -6.
