Materiale de sudare pentru conducte magistrale

Materiale de sudare pentru conducte magistrale

La sudarea conductelor magistrale apar doua aspecte legate de operatia de sudare, si anume:

• în primul rând majoritatea tevilor destinate conductelor magistrale se realizeaza prin sudare, fie elicoidala, fie pe generatoare;
• În al doilea rând sudarea tevilor în santier se face pe îmbinari cap la cap.

Pornind de la aceste probleme, apare o diferenta semnificativa între procedurile de sudare de la fabricatia tevilor si cele utilizate la montajul în santier. Astfel, asa cum se precizeaza în API 5L si în EN 10208, la tevile realizate prin sudare (elicoidala sau pe generatoare) se aplica procedee de sudare de mare productivitate cum ar fi: MIG-MAG si sub strat de flux cu mai multe sârme. Atât la sudarea MIG-MAG, cât si la sudarea sub strat de flux, în ultima perioada se utilizeaza ca materiale pentru sudare sârme tubulare.

Sudarea în santier se face în continuare prin procedeul cu electrozi înveliti, dar în ultimii ani, s-a trecut si la sudarea MIG-MAG mecanizata, cu sârma plina si/sau tubulara.

Functie de procedeele de sudare mentionate si în strânsa corelare cu dezvoltarea otelurilor pentru conducte magistrale, s-au dezvoltat si materiale pentru sudare. La ora actuala, sunt disponibile pe piata materiale pentru sudare, pentru aceste aplicatii, sub forma de electrozi înveliti, sârme pline si tubulare, fluxuri pentru sudare, respectiv gaze si amestecuri de gaze.

Materialele pentru sudare elaborate raspund conditiilor tehnice impuse prin proiectele la care se aplica. La ora actuala, odata cu dezvoltarea otelurilor moderne, de înalta rezistenta, cu granulatie fina, microaliate si cu carbon scazut 23223n131x au început sa apara probleme legate de fisurarea materialului depus prin sudare. Cercetarile de ultima ora au ca scop elaborarea de materiale pentru sudare cu continut foarte scazut de hidrogen (sub 3 ml / 100 g metal depus).

Atât în tara, cât si în lume exista electrozi cu învelis bazic care asigura un continut foarte scazut de hidrogen. Mai mult, producatorii de materiale pentru sudare livreaza electrozii ambalati în pachete etanse, acestia nemaitrebuind sa fie calcinati înainte de sudare, daca sunt utilizati imediat dupa desfacerea pachetului. De asemenea, pentru marirea randamentului de depunere, acesti electrozi au învelis gros, cu pulberi speciale, care favorizeaza cresterea ratelor de depunere. La ora actuala, exista o tendinta de renuntare la electrozii celulozici, chiar si pentru sudarea radacinii în santier, datorita, pe de o parte, continutului necontrolat de hidrogen introdus în îmbinarea sudata, si pe de alta parte, datorita dezvoltarii de electrozi bazici speciali care se pot utiliza atât pentru sudare vertical ascendenta, cât si pentru sudare vertical descendenta.

În privinta sârmelor pentru sudare, acestea se utilizeaza pentru procedeele MIG-MAG si sub strat de flux. Dezvoltarile din ultimii ani s-au canalizat pe realizarea de sârme tubulare. La ora actuala exista, pentru sudarea în medii de gaz protector, trei grupe mari de sârme tubulare, iar pentru sudarea fara gaz de protectie (cu autoprotectie) exista, de asemenea, o grupa.

Sârmele tubulare cu miez rutilic au o comportare comparabila cu cea a electrozilor rutilici. Pe piata exista sârme tubulare rutilice cu solidificare rapida (P), destinate sudarii în pozitie, respectiv cu solidificare lenta (R), pentru sudare în pozitie orizontala. Caracteristicile mecanice ale tipului cu solidificare rapida se pot îmbunatati prin adaugarea de elemente de aliere, cum ar fi: titan, bor si nichel.

Sârmele tubulare bazice sunt comparabile cu electrozii cu învelis bazic, ele asigurând o rezistenta buna la fisurare la rece datorita continutului scazut de hidrogen, respectiv o tenacitate buna la temperaturi scazute.

Sârmele tubulare cu pulberi metalice sunt, de obicei, sârme tubulare care nu produc zgura, ele fiind dezvoltate mai ales pentru aplicatii mecanizate si robotizate. Acestea pot fi microaliate daca se doresc caracteristici ridicate. Miezul acestor sârme este constituit din aliaje metalice, pulberi de fier si alte elemente. Datorita prezentei pulberilor de fier, rezulta coeficienti de depunere mai mari, fara risc de lipsa de topire.

Sârmele tubulare cu autoprotectie se produc în mai multe variante, functie de miez (bazice, rutilice, fluoridice etc.). Pentru conductele magistrale s-au dezvoltat sârme tubulare cu autoprotectie, cu solidificare rapida, destinate pentru sudare mecanizata într-o singura trecere în pozitie orizontala, respectiv sârme tubulare cu autoprotectie destinate sudarii în toate pozitiile, ce asigura tenacitate ridicata si rezistenta foarte buna la fisurare la rece.

Hidrogenul, care se disociaza în metalul depus, poate da o structura de calire si tensiuni care pot produce fisurarea la rece a metalului depus sau a zonei influentate termic. Sensibilitatea la fisurare la rece a depunerilor cu sârme tubulare nu trebuie sa corespunda celei prevazute pentru electrozi înveliti pentru un acelasi continut de hidrogen din metalul depus prin sudare.

În tabelul 4.9 se prezinta, pentru diferite sârme tubulare, continuturile de hidrogen din metalul depus prin sudare. Valorile mentionate au fost decelate din depuneri realizate cu un curent de sudare de 200 A si o lungime libera la amorsare de 17 mm, curentul de sudare si lungimea libera la amorsare având o influenta semnificativa asupra continutului în hidrogen.

Tabelul 4.9.

În general, sârmele tubulare bazice au un continut foarte scazut de hidrogen, pentru celelalte tipuri acest lucru este posibil, dar de obicei exista mari diferente mai ales în practica.

Daca materialele pentru sudare sunt sensibile la fisurare la rece, se recomanda preîncalzirea în vederea sudarii. Temperatura de preîncalzire depinde de carbonul echivalent al metalului de baza, de tipul sârmei tubulare (cantitatea de hidrogen introdusa si limita de curgere), de geometria îmbinarii si de temperatura la locul sudarii. În tabelul 4.10 sunt indicate temperaturi de preîncalzire determinate pentru sudarea unor oteluri de conducte, având diverse continuturi în carbon, temperaturi determinate pe probe Tekken sudate în pozitie orizontala (PA) cu mai multe tipuri de sârme tubulare.

Tabelul 4.10

Constrângere ridicata - conditii severe de încercare

Sârmele tubulare care au o limita de curgere relativ scazuta prezinta o sensibilitate la fisurarea la rece mai scazuta. La sudarea cu suport ceramic la radacina, stratul de radacina va avea un astfel de profil încât sensibilitatea la fisurare la rece scade semnificativ.

Pentru sârmele tubulare rutilice nu se poate determina sensibilitatea la fisurare în modul descris mai sus. În cazul sudarii cu sârme tubulare rutilice pe suport ceramic de sustinere a radacinii, se obtine o geometri a sudurii foarte sensibila la fisurarea la cald în cazul testelor Tekken. Sub influenta unor tensiuni mari care apar la testul Tekken, în cazul majoritatii sârmelor tubulare rutilice apar fisuri la cald, mai ales la îmbinarile în K si în X. În pozitia PC (în cornisa), profilul sudurii este cu atât mai favorabil cu cât sensibilitatea la fisurare la rece va fi mai scazuta.

Alegerea sârmelor tubulare se face functie de materialul de baza si de conditiile tehnice impuse îmbinarilor sudate. Pentru constructii de dimensiuni mari, alegerea se face functie de caracteristicile ce trebuie obtinute. Daca mai exista o posibilitate de alegere, atunci se tine cont de limitele productiei si de riscurile de a avea defecte de sudare. Daca sudori cu experienta, în conditii moderate de executie nu obtin defecte cu o anumita sârma, atunci se poate opta pentru ea.

De asemenea, alegerea se poate face si functie de pret. se va opta pentru varianta care asigura rata depunerii cea mai avantajoasa.

Alegerea în functie de proprietatile mecanice impuse se poate face tinând seama, de exemplu, de datele inserate în tabelul 4.11. Pe piata este posibil sa existe o sârma tubulara cu pulberi metalice care asigura tenacitate la -40⁰C. De asemenea, aceasta sârma da aceleasi limite ca si o sârma tubulara rutilica cu solidificare rapida, la care este posibila aparitia fisurarii la cald si o înrautatire a rezilientei datorita tratamentului termic post-sudare.

Tabelul 4.11

De obicei, la utilizarea sârmelor tubulare rutilice pentru realizarea stratului de radacina la îmbinari cu geometria rostului în V este necesara utilizarea de suporti ceramici. Prin utilizarea suportilor ceramici pentru sustinerea radacinii, se obtin importante economii prin:

• posibilitatea aplicarii unor viteze mari de sudare;
• eliminarea unor operatii, cum ar fi polizarea etc.;
• economii de material.

În ceea ce privesc conditiile de lucru cu aceste sârme, acestea difera de cele de la sudarea manuala cu electrozi înveliti. Sudorul trebuie sa urmareasca cu atentie mai mare baia de metal topit, apropiindu-se mai mult de aceasta. În acest caz, nivelul radiatiei si cantitatea de caldura este mai ridicata. Se recomanda utilizarea de masti pentru sudori cu circulatie de aer. de asemenea, cantitatea de fum este mai ridicata, mai ales la sârmele cu autoprotectie (circa 50 g / minut). de aceea, sârmele cu autoprotectie se recomanda mai mult pentru spatii deschise (santier).

În cazul otelurilor moderne, supermartensitice, dezvoltate în special pentru aplicatii pentru transport produse combustibile, sudarea s-a executat pâna nu de mult cu materiale pentru sudare, în special sârme pline, din otel duplex si superduplex. La ora actuala, au aparut pe piata materiale pentru sudare omogene, sub forma de sârme tubulare cu pulberi metalice, atât pentru sudare în medii de gaz protector, cât si pentru sudare sub strat de flux.

Caracteristicile impuse metalului depus prin sudare, în stare netratata termic, sunt:

• rezistenta la rupere: 800 - 1000 N/mm²;
• limita de curgere: 650 - 850 N/mm²;
• energia de rupere pe epruvete Charpy V la - 30⁰C: 60 J;
• duritatea HV 10: < 350.

Toate aceste materiale exista pe piata mondiala, ele fiind oricând posibil de comercializat si pe piata interna.

La sudarea în medii de gaze protectoare, un rol important îl au si gazele de protectie. Ele asigura: protectia metalului topit de atmosfera înconjuratoare, transferul picaturilor, stabilitatea arcului, proprietatile metalurgice si mecanice, forma sudurii, conditiile de lucru, viteza de sudare.

Pentru sudarea otelurilor de înalta rezistenta, cu carbon scazut 23223n131x se utilizeaza, în special gaze active, mai ales amestecuri bogate în argon, dar si numai CO₂. În tabelul 4.12 se prezinta potentialul de oxidare pentru diferite gaze de protectie la sudarea MAG.

Tabelul 4.12

În cazul sudarii cu sârme tubulare, alegerea gazelor de protectie se face functie de existenta sau nu a unor conditii speciale impuse caracteristicilor mecanice ale îmbinarilor sudate. În cazul în care exista astfel de conditii, se aleg urmatoarele gaze:

• amestecuri pentru sârme tubulare rutilice microaliate;
• amestecuri sau numai CO₂ pentru sârme tubulare bazice;
• conform prescriptiilor producatorilor pentru sârmele tubulare cu pulberi metalice;

Daca ne se impun conditii suplimentare pentru caracteristicile mecanice ale îmbinarilor sudate, se aleg:

• amestecuri sau numai CO₂ pentru sârme rutilice nealiate;
• amestecuri pentru sârme tubulare cu pulberi metalice.

În cazul otelurilor supermartensitice, destinate conductelor de transport produse combustibile, prin utilizarea de sârme cu pulberi metalice si a argonului ca si gaz de protectie, se obtin îmbinari sudate cu un continut foarte scazut de oxigen si de carbon.

În privinta productiei indigene de materiale de sudare pentru aplicatii la conducte magistrale, aceasta poate acoperi necesitatile pentru realizarea tevilor sudate sub strat de flux (elicoidal sau longitudinal). Liniile de fabricatie existente la ora actuala în tara utilizeaza doar acest procedeu.

Referitor la sudarea în santier, în tara se fabrica materiale pentru sudare - electrozi înveliti, în special bazici pentru sudarea cap la cap. Pentru sudarea cu electrozi celulozici, respectiv bazici pentru toate pozitiile, respectiv bazici livrati în ambalaje etanse, se apeleaza la importuri de la firme consacrate. de asemenea, sârmele tubulare corespunzatoare se aduc din import. Gazele de protectie produse în tara pot asigura necesitatile actuale.

La ora actuala, standardele românesti în domeniul materialelor pentru sudare s-au aliniat la standardele europene în domeniu, sau sunt în curs de aliniere. De aceea, ne vom referi atât la unele, cât si la celelalte, simbolizându-le cu prefixul EN.

Pentru sudarea manuala cu electrozi înveliti avem la dispozitie doua standarde românesti norme europene, si anume:

• EN 499, care se refera la electrozii înveliti destinati sudarii manuale a otelurilor nealiate si a otelurilor cu granulatie fina cu limita de curgere pâna la 500 N/mm²;
• EN 757, care se refera la electrozii înveliti destinati sudarii manuale a otelurilor cu limita de curgere ridicata (între 550 si 890 N/mm²).

Se mentioneaza faptul ca în cele doua standarde mentionate sunt redate, în tabelul în care se explica simbolul pentru limita de curgere, intervalul de valori pentru rezistenta la rupere, respectiv valori pentru alungirea minima.

Sârmele tubulare se clasifica conform EN 758, standard care cuprinde sârmele tubulare pentru sudarea cu sau fara gaz de protectie a otelurilor nealiate si a celor cu granulatie fina cu limitele de curgere pâna la 500 N/mm².

Sârmele pline, pentru sudarea în mediu de gaz protector a otelurilor pentru conducte magistrale se clasifica conform AWS A5.18 si A5.28.