Сварка сосудов из нержавеющей стали

Версия для печати

24 Мая 2019 г.

Оглавление
Технология сварки емкостей из нержавейки на Заводе САРРЗⓇ
Последовательность сварочных работ на изделиях из нержавеющей стали
Галерея изготовленных из нержавеющей стали резервуаров и емкостей

Наш Завод выпускает большие объемы резервуаров и баков из нержавеющей стали, что связано с увеличением спроса благодаря их коррозионностойким свойствам. При этом, производство нержавеющих емкостей имеет свою специфику.

В этой статье мы совместно со Службой главного сварщика осветим тему особенностей сварки сосудов и резервуаров из нержавеющей стали и углубимся в технологические процессы на нашем Заводе.

Нержавеющая сталь: особенности материала

Нержавеющая сталь относится к легированным сталям, которая имеет высокие коррозионностойкие свойства в нормальных условиях и агрессивных средах.

За счет чего достигается стойкость к коррозии? – Благодаря добавлению в состав хрома -Cr. От процентного соотношения легирующего компонента сплав получает необходимые физико-химические характеристики.

Хром – основной компонент, который добавляет неустойчивому к коррозии металлу свойства, позволяющие ему не подвергаться ее влиянию. Содержание всего 10,5-30% хрома уже позволяет изделию быть коррозионностойким в обычных и агрессивных окислительных средах.

Технология сварки емкостей из нержавейки на Заводе САРРЗⓇ

Технологией сборки-сварки занимается Служба главного сварщика, которая разрабатывает проекты производства работ ППР “Сварка нержавеющей стали”, технологические карты и отвечает за аттестацию НАКС в соответствии с РД 03-614-03 “Порядок применения сварочного оборудования при изготовлении, монтаже, ремонте и реконструкции технических устройств для опасных производственных объектов. (с Изменениями)”, РД 03-615-03 “Порядок применения сварочных технологий при изготовлении, монтаже, ремонте и реконструкции технических устройств для опасных производственных объектов” и РД 03-495-02 “Технологический регламент проведения аттестации сварщиков и специалистов сварочного производства”.

У нас разработано более 20 технологий сварки на проведение работ на поверхностях из материалов группы 9 (М11) (высоколегированные стали аустенитного класса*) с диапазоном толщин от 2 до 40 мм и диаметров трубопроводов от 25 до 1420 мм.

Нами получены Свидетельства НАКС на выполнение следующих способов сварки на объектах использования нефтегазодобывающего (НГДО), котельного (КО) и газового оборудования (ГО), оборудования химических, нефтехимических, нефтеперерабатывающих и взрывопожароопасных производств (ОХНВП):

1. МП – механизированная дуговая сварка плавящим электродом в среде активных газов и смесях

Данный способ отличается скоростью и возможностью выполнять протяженные швы без остановки процесса, после чего не требуется зачистка. Процесс заключается в одновременной подаче электродной проволоки и газа, защищающего зону от воздействия окружающей среды.

2. АФ – автоматическая дуговая сварка под флюсом (плавленным или керамическим)

При этом типе на поверхность наносится флюс, который выполняет защитную функцию и не позволяет кислороду окислять зону сварки. Для получения качественного шва изделие требуется жестко зафиксировать, а стыки точно подогнать. Преимуществом такого процесса является полная его автоматизация.

3. РД – ручная дуговая сварка покрытыми электродами

При данном методе электрод подается и перемещается вручную, а за счет расплавления электродного покрытия при горении дуги образуется защита зоны от кислорода. Универсальность, низкая стоимость материалов и оборудования, а также возможность проводить сварку в любом месте делают этот способ незаменим при монтажных работах и ремонте.

Все способы имеют аттестацию на изготовление, монтаж и ремонт нефтяных резервуаров, газовых газгольдеров, резервуаров для хранения взрывоопасных и токсичных веществ, сосудов, эксплуатируемых под давлением выше 0,07 МПа, оборудования нефтехимических производств, эксплуатируемых под давлением до и более 16 МПа, внутренних и внешних газопроводов низкого, среднего и высокого давления, а также нефтепромыслового, бурового и нефтеперерабатывающего оборудования (технологического оборудования и технологических трубопроводов).

Аттестованные технологии сварки включают в себя проведение сварки во всех пространственных положениях с использованием защитных газов, таких как аргон, смесь аргона и углекислоты в процентном соотношении.

Кроме того, технологии аттестованы на применение предварительного подогрева и послесварочной термообработки.

Последовательность выполнения сварных соединений нержавеющего проката

• Предварительная обработка поверхностей
• Сварочные расходные материалы и оборудование
• Режимы и процессы сварки нержавеющих листов
• Послесварочная обработка швов

Работы проводятся в соответствии с нормативно-технической документацией**, действующей на территории РФ, технологической картой и ППР.

Каждая марка нержавеющей стали в зависимости от компонентов и состава имеет свои особенности выполнения сварных соединений, заключающиеся в до- и послесварочном температурном режиме (предварительном нагреве, отпуске, термообработке), правильном выборе типа и диаметра электродов, проволок, газа и др.

Предварительная обработка поверхностей

Практически 70% качественно выполненного сварного соединения зависит от надлежащей подготовки поверхности под сварку, так как она (подготовка) способствует качественному провару, снижению пористости шва, повышению устойчивости сварного соединения и исключает образование неметаллических включений.

Подготовка нержавеющего металлопроката ничем не отличается от обработки заготовок других металлов. Кромки и соседние участки на ширину 20-30 мм механически очищаются и обрабатываются для удаления шероховатостей и неровностей с помощью металлических щеток. Кромки также обезжириваются и протравляются в травильных ваннах специальными составами.

Окончательная зачистка необходима для удаления любых частиц, оставшихся на поверхности, ржавчины, окалины, влаги, смазки и различных загрязнений.

Затем на заготовки наносятся разметки для точности выполнения швов: обводится контур, намечаются размеры, детали маркируются.

В некоторых случаях необходимо использовать устройства для холодной или горячей гибки металла, кромкострогальное и фрезерное оборудование, которое исправляет неровности металла. А при толщине больше 5 мм выполняется скос кромки под углом 70-90º с задействованием зубил (пневматических или ручных).

Разделка кромки становится необходимым этапом при толщине проката больше 3 мм. Если технология не предполагает разделку кромки, то рекомендуется применять послойную сварку и увеличивать сварочный ток.

Одним из возможных этапов подготовки кромок является притупление кромки металлозаготовок, что позволяет сделать плотный стык и плавный переход, а также помогает избежать деформацию шва.

Важным этапом становится сборка деталей под сварку: крепление заготовок прихватками (короткими швами), которые наносятся на обратной стороне выполняемого соединения теми же режимами сварки, которыми будут впоследствии свариваться. Расстояние между прихватками, их сечение и глубину рассчитывают исходя из толщины металла и длины шва. Дополнительно детали могут быть соединены планочными гребенками, которые по мере сварочных работ удаляются, а также уголками, струбцинами, клиньями и другими заклепочными способами. Все это необходимо для исключения зазоров и перекосов.

Сварочные расходные материалы и оборудование

Большое влияние на технологическую и эксплуатационную прочность шва и его пластичность оказывает правильно подобранные расходные материалы, к которым относятся:

• сварочная проволока
• плавящиеся и неплавкие электроды со слоем обмазки
• жидкие флюсы (щелочи, кислоты) для предварительной подготовки кромок
• флюсовые порошки, служащие источником защитных газов
• присадочные прутки
• защитные газы (аргон, гелий), препятствующие попаданию кислорода и пароводяных смесей в сварочную зону
• сварочные газы как источник тепла

Для минимизации влияния сварки на свойства металла рекомендуются расходные материалы с низким содержанием углерода.

Все имеющееся на Заводе оборудование соответствует требованиям промышленной безопасности РФ, европейским и американским стандартам.

Мы сотрудничаем с известными брендами ESAB и Linkoln electric:

присадочные проволоки, в том числе металлопорошковые, прутки, флюс и электроды аппараты для ручной и аргонодуговой сварки, в том числе инверторные аппараты для сварки в защитном газе мультипроцессорные аппараты устройства подачи сварочной проволоки многорежимные сварочные аппараты сварочные колонны для сварки кольцевых и продольных швов сосудов

Режимы и процессы сварка нержавеющих листов

Сложность сварки нержавеющей стали заключается в образовании на поверхности карбидов и межкристаллитной коррозии, которые делают получившееся соединение более хрупким. Поэтому так важно выбрать правильный режим сварки и расходные материалы.

К основным режимам можно отнести:

• дуговую сварку с применением плавящихся электродов в инертном газе для сварки проката толщиной 0,8-3 мм
• дуговую сварку со струйным переносом металла при толщине проката менее 0,8 мм
• ручную дуговую сварку на металле толщиной больше 1,5 мм
• импульсивную сварку в инертном газе с плавящимся электродом для сварки листов толщиной 0,8 мм
• сварку под флюсом на металле толщиной более 10 мм

При сварке высоколегированных сталей необходимо не допускать перегрева металла и избегать образования горячих и холодных трещин, для чего шов должен иметь схожие свойства с самим изделием. Этого можно также добиться путем предварительного нагрева или охлаждения металла.

Ниже приводим основные правила выполнения сварных соединений:

• из-за большой теплопроводности требуется уменьшение тока на 15-30%, чтобы не допустить прожога
• из-за высокой степени сопротивления расходные материалы нагреваются и изнашиваются быстрее; чтобы это избежать, берутся хромоникелевые электроды
• необходимо учитывать коэффициент линейного расширения для нормальной усадки шва
• работы должны осуществляться не на сквозняке, а в помещении или на открытом пространстве с предоставлением укрытия рабочего места
• при многослойной сварке каждый предыдущий слой зачищается от шлака, перед началом сварки следующего проводится визуальный контроль;
• рекомендуется уменьшать глубину проплавления последующего шва и не оставлять его незаконченным
• легирование поверхности шва за счет использования расходных материалов исходя из состава основного металла
• металлопрокат толщиной до 8-10 мм рекомендуется сваривать на максимально возможной скорости
• металлопрокат толщиной более 10 мм сваривается при минимальной длине дуги

Послесварочная обработка швов

После окончания сварки на шве образуется оксидный слой, который снижает стойкость к коррозии. Для уравнивания коррозионностойких свойств соединения и основного металла необходимо провести послесварочную обработку механическими, химическими и термическими способами.

При механической обработке (сатинировании) проводится очистка сварного соединения от образовавшихся окалин при помощи шлифовальных лент, кругов или абразивно-струйной обработки.

Эффективными методами являются щелочное травление и пассивация (химические способы). В первом случае все изделие может быть погружено в раствор (если позволяют размеры) или на сварное соединение наносится паста – смесь азотной и фтористоводородной кислоты. При пассивации поверхность обрабатывается специальным составом, в результате чего образуется защитная пленка, оксиданты которой удаляют свободный металл.

Термическая обработка заключается в постепенном искусственном охлаждении шва или его нагреве, так как некоторые марки (например, аустенитная хромоникелевая) при высоких температурах могут терять свои свойства. Метод и температурный режим подбираются исходя из свойств металла и целей выполнения таких работ. Так, например, в зависимости от температуры послесварочного нагрева (от +550ºС до 1100ºС) возможно убрать различную степень напряжения металла.

Галерея изготовленных резервуаров и емкостей из нержавеющей стали

* группа материалов М11 включает в себя: 12X21Н5Т, 07Х16Н6, 08Х22Н6Т, 08Х21Н6М2Т, 08Х18Г8Н2Т, 10Х21Н6М2Л, 07Х13АГ20, 07Х13Н4АГ20, 10Х14Г14Н4Т, 03X17H14M3, 08Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т, 10Х17Н13М2Т, 08Х17Н15М3Т, 12Х18Н9Т, 03Х16Н9М2, 08Х16Н9М2, 08Х16Н1М3, 08X18Н9, 09X19H9, 10Х18Н9, 12Х18Н9, 04Х18Н10, 08Х18Н10, 06Х18Н10Т, 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, 02X18Н11, 03Х18Н11, 12Х18Н12Т, 08Х18Н12Б, 03Х19АГ3Н10Т, 03Х20Н16АГ6, 03X21Н21М4ГБ, 10Х18Н9ТЛ, 10Х18Н12М3Л, 10Х18Н12М3ТЛ, 10Х18Н9Л, 20Х18Н9ТЛ, 12Х18Н9ТЛ, 12Х18Н12М3ТЛ

** Список нормативно-технической документации на проведение сварочных работ:

• ГОСТ 5632-2014 “Нержавеющие стали и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки”
• Р НОСТРОЙ 2.10.12-2014 “Сварочные работы. Технологические инструкции по сварке и технологические карты сварки. Разработка и подготовка к аттестации”
• ГОСТ 5264-80 “Ручная дуговая сварка. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры”
• ГОСТ 2246-70 “Проволока стальная сварочная. Технические условия”
• ГОСТ 10052-75 “Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами. Типы”
• ГОСТ 14771-76 “Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные. Основные типы. Конструктивные элементы и размеры”
• ГОСТ 23949-80 “Электроды вольфрамовые сварочные неплавящиеся. Технические условия”
• ГОСТ 16037-80 “Соединения сварные стальных трубопроводов. Основные типы, конструктивные элементы и размеры”
• ГОСТ 8713-79 “Сварка под флюсом. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры”