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:

• īn primul rānd majoritatea tevilor destinate conductelor magistrale se realizeaza prin sudare, fie elicoidala, fie pe generatoare;
• Īn al doilea rānd sudarea tevilor īn santier se face pe īmbinari cap la cap.

Pornind de la aceste probleme, apare o diferenta semnificativa īntre procedurile de sudare de la fabricatia tevilor si cele utilizate la montajul īn santier. Astfel, asa cum se precizeaza īn API 5L si īn 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 sārme. Atāt la sudarea MIG-MAG, cāt si la sudarea sub strat de flux, īn ultima perioada se utilizeaza ca materiale pentru sudare sārme tubulare.

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

Functie de procedeele de sudare mentionate si īn strānsa 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 īnveliti, sārme 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 īnalta rezistenta, cu granulatie fina, microaliate si cu carbon scazut 23223n131x au īnceput 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).

Atāt īn tara, cāt si īn lume exista electrozi cu īnvelis bazic care asigura un continut foarte scazut de hidrogen. Mai mult, producatorii de materiale pentru sudare livreaza electrozii ambalati īn pachete etanse, acestia nemaitrebuind sa fie calcinati īnainte de sudare, daca sunt utilizati imediat dupa desfacerea pachetului. De asemenea, pentru marirea randamentului de depunere, acesti electrozi au īnvelis 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 īn santier, datorita, pe de o parte, continutului necontrolat de hidrogen introdus īn īmbinarea sudata, si pe de alta parte, datorita dezvoltarii de electrozi bazici speciali care se pot utiliza atāt pentru sudare vertical ascendenta, cāt si pentru sudare vertical descendenta.

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

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

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

Sārmele tubulare cu pulberi metalice sunt, de obicei, sārme 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 sārme 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.

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

Hidrogenul, care se disociaza īn 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 sārme tubulare nu trebuie sa corespunda celei prevazute pentru electrozi īnveliti pentru un acelasi continut de hidrogen din metalul depus prin sudare.

Īn tabelul 4.9 se prezinta, pentru diferite sārme 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 avānd o influenta semnificativa asupra continutului īn hidrogen.

Tabelul 4.9.

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

Daca materialele pentru sudare sunt sensibile la fisurare la rece, se recomanda preīncalzirea īn vederea sudarii. Temperatura de preīncalzire depinde de carbonul echivalent al metalului de baza, de tipul sārmei tubulare (cantitatea de hidrogen introdusa si limita de curgere), de geometria īmbinarii si de temperatura la locul sudarii. Īn tabelul 4.10 sunt indicate temperaturi de preīncalzire determinate pentru sudarea unor oteluri de conducte, avānd diverse continuturi īn carbon, temperaturi determinate pe probe Tekken sudate īn pozitie orizontala (PA) cu mai multe tipuri de sārme tubulare.

Tabelul 4.10

Constrāngere ridicata - conditii severe de īncercare

Sārmele 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 īncāt sensibilitatea la fisurare la rece scade semnificativ.

Pentru sārmele tubulare rutilice nu se poate determina sensibilitatea la fisurare īn modul descris mai sus. Īn cazul sudarii cu sārme tubulare rutilice pe suport ceramic de sustinere a radacinii, se obtine o geometri a sudurii foarte sensibila la fisurarea la cald īn cazul testelor Tekken. Sub influenta unor tensiuni mari care apar la testul Tekken, īn cazul majoritatii sārmelor tubulare rutilice apar fisuri la cald, mai ales la īmbinarile īn K si īn X. Īn pozitia PC (īn cornisa), profilul sudurii este cu atāt mai favorabil cu cāt sensibilitatea la fisurare la rece va fi mai scazuta.

Alegerea sārmelor tubulare se face functie de materialul de baza si de conditiile tehnice impuse īmbinarilor 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, īn conditii moderate de executie nu obtin defecte cu o anumita sārma, 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 īn functie de proprietatile mecanice impuse se poate face tinānd seama, de exemplu, de datele inserate īn tabelul 4.11. Pe piata este posibil sa existe o sārma tubulara cu pulberi metalice care asigura tenacitate la -40⁰C. De asemenea, aceasta sārma da aceleasi limite ca si o sārma tubulara rutilica cu solidificare rapida, la care este posibila aparitia fisurarii la cald si o īnrautatire a rezilientei datorita tratamentului termic post-sudare.

Tabelul 4.11

De obicei, la utilizarea sārmelor tubulare rutilice pentru realizarea stratului de radacina la īmbinari cu geometria rostului īn 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.

Īn ceea ce privesc conditiile de lucru cu aceste sārme, acestea difera de cele de la sudarea manuala cu electrozi īnveliti. Sudorul trebuie sa urmareasca cu atentie mai mare baia de metal topit, apropiindu-se mai mult de aceasta. Īn 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 sārmele cu autoprotectie (circa 50 g / minut). de aceea, sārmele cu autoprotectie se recomanda mai mult pentru spatii deschise (santier).

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

Caracteristicile impuse metalului depus prin sudare, īn 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 oricānd posibil de comercializat si pe piata interna.

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

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

Tabelul 4.12

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

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

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

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

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

Īn 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 īn tara utilizeaza doar acest procedeu.

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

La ora actuala, standardele romānesti īn domeniul materialelor pentru sudare s-au aliniat la standardele europene īn domeniu, sau sunt īn curs de aliniere. De aceea, ne vom referi atāt la unele, cāt si la celelalte, simbolizāndu-le cu prefixul EN.

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

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

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

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

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