Nghiên cứu xây dựng công nghệ hàn đường ống thép chống xói mòn (HMS) trong ngành công nghiệp khai thác cát dầu đạt được chất lượng và tiết kiệm chi phí đáng kể
- ĐẶT VẤN ĐỀ.
Trong nghành khai thác cát, bùn cát- dầu -đá, luôn cần sử dụng đến hệ thống đường ống để vận chuyển hỗn hợp của đá rắn, cát, nước và bitu- men trong bùn lỏng đến một nhà máy chế biến để khai thác dầu sau đó các đường ống bổ sung mang các mảnh vỡ ăn mòn trở lại khu vực khai thác hoặc đến một khu vực lưu trữ khác. Đối với một hoạt động lớn, các hệ thống đường ống có thể có chiều dài tới hàng chục, hoặc có thể là hàng trăm cây số. Ống hydrotransport bùn hiện tại thường được làm bằng thép cacbon thấp, đường ống cấp (ví dụ: đặc điểm kỹ thuật API 5L X65 hoặc X70), như ta thấy trong hình dưới đây. Các đường ống xả bị mài mòn (cơ học) và bị ăn mòn (hoá học) rất đáng kể. Điều này gây ra sự hư hỏng và dẫn đến phải sửa chữa thường xuyên và thay thế. Như vậy, các hệ thống đường ống này thường là nguồn chi phí vận hành đáng kể. Và đã trở thành một vấn đề lớn, nan giải trong quá trình sản xuất kinh doanh.
Đường ống co thể làm bằng các vật liệu khác nhau, chẳng hạn như thép không gỉ marten-sitic, các sản phẩm thép cứng lưỡng kim, vonfram hoặc crôm cacbua dựa trên vật liệu cứng, và vật liệu polyme lót (polyurethane), đã được đánh giá và sử dụng bởi các nhà khai thác khai thác cát. Những vật liệu này có thể đáp ứng được yêu cầu chịu mài mòn. Tuy nhiên, các vật liệu này đã không đạt được ứng dụng rộng rãi do hiệu suất hao mòn / hao mòn tương thấp nhưng chi phí vật liệu quá cao, chế tạo cao hoặc độ dày vật liệu bị giới hạn và đặc biệt là công nghệ chế tạo phức tạp và tốn kém. Sự xói mòn và thoái hóa đường ống bùn vẫn là một thách thức đối với ngành công nghiệp khai thác. Vấn đề cụ thể là tìm vật liệu thay thế nhằm tăng tuổi thọ làm việc của hệ thống đường ống theo đó sẽ thoả mãn mục tiêu đặt ra là tìm cách giảm chi phí cho quá trình khai thác.
Một loại thép mangan cao chống xói mòn mới (HMS) được phát triển để sử dụng làm vật liệu đường ống trong ngành khai thác cát dầu mỏ. Bài viết này mô tả sự phát triển công nghệ hàn ống HMS như là cách giải bài toán phức tạp nêu trên.. Mô phỏng nhiệt động lực học, thiết kế thí nghiệm (DoE), thí nghiệm hàn, và thử nghiệm vật lý được sử dụng để xây dựng và tối ưu hóa tiêu hao hàn, có kết hợp độc đáo với nâng cao sức bền mối hàn (độ bền phá huỷ, độ dai va đập, khả năng chống xói mòn ….). Các quy trình hàn được nghiên cứu và phát triển cho ứng dụng mới, đủ điều kiện theo quy định của dự án và mã ngành. Phân tích vi cấu trúc tiên tiến được thực hiện để hỗ trợ cho nỗ lực phát triển quá trình hàn. Quy trình công nghệ hàn mới gần đây đã được áp dụng trong lĩnh vực chế tạo ống dẫn bùn HMS. Người ta dự đoán rằng những phát triển này sẽ tiết kiệm kinh phí rất đáng kể cho ngành công nghiệp cát, dầu, xây dựng công trình thuỷ….
Công trình nghiên cứu tổng hợp mới nhất do X. YUE, A. J. WASSON, T. D. ANDERSON, N. MA, D. P. FAIRCHILD và H. JIN công bố 6.2018 trên Welding Journal.
2. NỘI DUNG TÓM TẮT.
ExxonMobil và nhà sản xuất thép Hàn Quốc Pohang Iron and Steel Co., Ltd (POSCO) đã hợp tác trong việc phát triển một loại thép mangan cao mới (HMS) cho dịch vụ đường ống bùn. Thép này thể hiện hiệu suất ăn mòn tuyệt vời [1]. Đặc điểm xói mòn bùn và cơ chế xói lở của thép không gỉ. Tribology International 79: 1–7. DOI: 10.1016 / j.triboint.2014.05.014). Thành phần danh nghĩa của thép HMS là 1,2 wt-% C, 18 wt-% Mn, 3 wt-% Cr, 0,5 wt-% Cu và 0,1 wt-% Si [sau đây,% biểu thị wt-%]. Nó hoạt động rất tốt và được thiết kế để thay đổi bề mặt tại chỗ làm tăng khả năng chống xói mòn trong quá trình làm việc của đường ống. Để cho phép sử dụng HMS này như là một vật liệu đường ống bùn, công nghệ hàn chu vi là cần thiết cho chế tạo tại hiện trường. Không có công nghệ thương mại (tiêu dùng, thủ tục, vv) đáp ứng các mục tiêu hiệu suất cần thiết; do đó, một chương trình phát triển hàn đã được thực hiện và điều này bao gồm xây dựng và sản xuất một dây chuyền chống tiêu hao mới. Một số mục tiêu hiệu suất cụ thể đã được theo đuổi một cách nghiêm túc và khoa học trong quá trình nghiên cứu xây dựng quy trình công ntghệ chế tạo bằng hàn.
Đầu tiên, các mối hàn phải có được độ bền và độ dai va đập cần thiết, bao gồm thử nghiệm Charpy ở –29 oC. Kể từ khi mối hàn chu vi được tiếp xúc với vận chuyển bùn trong quá trình phục vụ, tất cả cần phải có hiệu suất xói mòn tốt. Thêm vào đó, các mối hàn phải có khả năng hàn phù hợp để chế tạo và sửa chữa thuận lợi tại thực địa. vấn đề ở đây là thánh phần hóa học HMS phải được củng cố như austenite chính, nứt cố định là mối quan tâm đặc biệt.
Trước khi bắt tay vào một chương trình phát triển cong nghệ là phải tính toán và thử nghiệm, Do đó, việc khảo sát kỹ các tài liệu [1, 2,3,4 và hàng loạt tài liệu khác ] phải được tiến hành ntghiêm túc và kỹ lưỡng. Đây là các tài liệu quam trọng và đáng chú ý nhất. Và có thể nói tài liệu 1 là công trình đầu tiên nghiên cứu toàn diện về công nghệ và hàn thép HMS. Tài liệu này tập trung nghiên cứu hợp kim chứa 10-14% Mn (loại thép Hadfield), tuy nhiên nhiều vấn đề còn tồn tại liên quan đến việc phân loại rộng hơn các hợp kim HMS như thành phần hóa học đường ống bùn. Các tài liệu[3] và [4] cũng đề cập những đề tài liên quan khác của quá trình công nghệ hàn HMS. Về mặt cấu trúc tế vi, thách thức của lượng bụi cacbua và các tác động tiêu cực đến độ cứng đã được giải quyết tốt. Các cảnh báo được đưa ra để áp dụng mối hàn “với ít sự nung nóng của kim loại cơ bản đảm bảo tốt.” Hơn nữa, “nứt hạt” (tức là, nứt giòn cứng hóa) được ghi nhận là một vấn đề chính và phốt pho được xác định như là một nguyên nhân chính. Mặc dù [2] là đáng chú ý vì thời gian của nó, nó thiếu lợi thế của mô hình hóa, phân tích điện tử, và nhận dạng / kiến thức của các lý thuyết hiện đại về nứt cứng hóa , các tác giả [5] quan tâm nghiên cứu vấn đề này.
Các nghiên cứu chi tiết hơn về hàn của HMS đã thực hiện tốt để áp dụng các kỹ thuật hiện đại và định lượng sự đóng góp của các hợp kim khác nhau gây nên sự nhạy cảm tới hiện tượng nứt nóng [6]
Liên quan đến công việc hiện tại là các quan sát trong [8] xác định rằng carbon và phốt pho là thủ phạm chính của sự cố hóa vết nứt mối hàn HMS trong khi sự hiện diện của sul-fuar dường như bị giảm thiểu bởi hàm lượng Mn cao và sự hình thành nhanh MnS, do đó làm tăng lưu huỳnh trong kim loại mối hàn.
Chủ đề của bài báo này là mô tả về chương trình phát triển công nghệ hàn cho ứng dụng đường ống xả mới. Sau khi xem xét tài liệu đã đưa ra những ý tưởng chung về thành phần hóa học mối hàn, (các yếu tố quyết định chất lượng mối hàn), một phương pháp nghiên cứu nhiệt động lực học được sử dụng để tối ưu hóa thành phần hóa học “trên giấy”, mà các dây hàn thử nghiệm đã được thực hiện và thử nghiệm để chọn một “nhà vô địch”. Như đã đề cập trước đây, nứt cứng hóa là một mối quan tâm; tuy nhiên, nó nên được đề cập rằng hai trong số các yếu tố chính trong nứt tính nhạy cảm (C và P) đã không được thao tác đáng kể để thay đổi hành vi nứt trong các dây thử nghiệm. Phạm vi thử nghiệm cho C được kiểm soát bởi sự cần thiết phải đáp ứng các mục tiêu sức bền. Và trong khi các biện pháp đã được thực hiện để giảm thiểu P (được thảo luận thấp), P không được thao tác như một biến hợp kim trong các hóa chất ngoại lai. Thay vào đó P là sản phẩm phụ của quá trình tạo dây hàn, do đó P gần như tương đương trong tất cả các dây hàn được thử nghiệm.
NGHIÊN CỨ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ HÀN.
Giai đoạn đầu tiên của nghiên cứu là phát triển công nghệ để chế tạo một mối hàn HMS với một thành phần hóa học của dây hàn được tối ưu hóa. Các bước bao gồm :
1) lựa chọn các yếu tố hợp kim để tạo ra ma trận hóa học rộng;
2) tính toán ba trục chính nhiệt động lực học bằng sử dụng mô phỏng tính toán;
3) nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố hợp kim lên các tính chất nhiệt động lực học bằng cách sử dụng phương pháp tiếp cận thí nghiệm (DoE);
4) sử dụng kết quả DoE để thiết kế một ma trận thử nghiệm bao gồm 16 hóa chất dây hàn để hàn và thử nghiệm;
5) sản xuất dây hàn;
6) thực hiện các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm bằng cách sử dụng 16 dây (sức mạnh, độ dẻo dai, khả năng chống xói mòn và mối hàn);
7) và chọn một dây hàn vô địch.
THÍ NGHIÊM HÀN LỰA CHỌN TỪ YẾU TỐ HỢP KIM.
Các yếu tố hợp kim chính được lựa chọn cho các bài tập bao gồm C, Mn, Si, Cr, Mo, N, Ni và Al. Các tác dụng dự đoán của các hợp kim này được giải thích như sau:
1) Mn là thành phần chính trong HMS. Nó thay thế ít tốn kém hơn cho Ni trong việc ổn định cấu trúc austenite trong quá trình làm mát và biến dạng, và nó có ảnh hưởng quan trọng đến năng lượng lỗi xếp chồng (SFE) của hệ vật liệu [9] . Nó cũng cung cấp một hiệu ứng tăng cường giải pháp rắn để tăng cường ma trận của HMS.
2) C là chất tăng cường dung dịch rắn và chất ổn định austenite [10]). So với kim loại cơ bản HMS, hàm lượng kim loại hàn C giảm xuống (~ 1%) để tạo ra khả năng hàn đủ và tránh lượng mưa cacbua quá mức; tuy nhiên, nó không thể giảm quá nhiều hoặc sẽ không đáp ứng được độ mạnh. Mặc dù carbon giảm, cường độ mối hàn có thể được duy trì bằng cách hợp kim hoá với các yếu tố bổ sung như Mo và Ni.
3) Si có thể cải thiện tính chảy loảng của mối hàn. Kể từ khi độ nhớt HMS nóng chảy cao hơn so với thép carbon thông thường, việc bổ sung Si có thể làm tăng tính dễ hàn và giúp giảm các khuyết tật tổng hợp không hoàn chỉnh. Nó cũng cung cấp tăng cường dung dịch rắn, ảnh hưởng đến SFE và tăng cường sự căng cứng của chủng .
4) Cr được thêm vào để tăng khả năng chống ăn mòn của kim loại hàn.Tuy nhiên, hàm lượng Cr cao hơn có thể dẫn đến sự hình thành Cr cacbua trong quá trình làm nguội và / hoặc hâm nóng mối hàn, cần được giảm thiểu để tránh sự suy giảm độ dẻo dai.
5) Việc bổ sung Mo có thể cung cấp khả năng tăng cường chất rắn vững chắc đáng kể cho ma trận. Hơn nữa, nó là một thành phần chính cung cấp khả năng chống ăn mòn và ăn mòn, đặc biệt là khả năng chống rỗ
6) N là chất ổn định austenite mạnh và chất tăng cường dung dịch rắn. Nó có thể là sự thay thế cho C và một lượng nhỏ N bổ sung có thể có cường độ tăng cường mạnh mẽ
7) Ni là chất ổn định austenite và có thể cải thiện độ dẻo dai của mối hàn Tuy nhiên, bổ sung Ni cao hơn sẽ làm giảm sức mạnh và tăng chi phí.
8) Al được biết là rất hiệu quả trong việc tăng SFE của HMS và do đó ảnh hưởng mạnh mẽ đến các cơ chế khử HMS
MÔ PHỎNG NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC
Các thép mangan cao có pha austenit siêu bền với cấu trúc khối (CC) ở mặt trung tâm ở nhiệt độ phòng. Khi căng thẳng, giai đoạn austenite siêu bền có thể trải qua trượt lượn và một số biến đổi pha khác nhau., tùy thuộc vào thành phần hóa học thép cụ thể, nhiệt độ và / hoặc tỷ lệ biến dạng.
Những sản phẩm chuyển đổi này là chìa khóa trong việc sản xuất các đặc tính độc đáo của HMS.
NGHJIÊN CỨU THÍ NGHUIỆM XÁC ĐỊNH LOẠI VẬT LIỆU HAN
Một só dây lõi bột được sản xuất dưới có đường kính 1,2 mm (cho hàn hồ quang bằng kim loại hàn (MCAW)) bởi Công ty TNHH Hàn đặc biệt Pohang, một công ty con của POSCO. Đối với mỗi dây, mối hàn mông được tạo ra từ các mẫu thử nghiệm cơ học và luyện kim được chiết xuất. Các tấm đế HMS là loại được sử dụng để sản xuất ống. Kích thước dày 20 mm, rộng 100 mm và dài 300 mm. Đường cong hàn là hình học 60 độ. Quá trình Hàn được thực hiện ở vị trí phẳng (1G). 80% Ar / 20% khí bảo vệ CO2 được sử dụng ở tốc độ dòng chảy 20 L / phút. Khí che chắn với tốc độ dòng chảy có thể cung cấp một sự kết hợp của sự ổn định hồ quang tốt, tính lưu loát hồ hàn, và tốc độ hàn.
Hàn nhiệt đầu vào được duy trì ở 1 kJ / mm cho tất cả các đường chuyền và tất cả các mối hàn. Đầu vào nhiệt này được lựa chọn để giảm thiểu lượng mưa cacbua trong kim loại hàn và vùng bị ảnh hưởng nhiệt (HAZ) để ngăn chặn sự giảm của độ bền đứt gãy.
KIỂM TRA CƠ HỌC, XÓI MÒN VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HÀN
16 mối hàn phải chịu độ bền kéo kim loại toàn hàn (AWM), độ bền dẻo dai, xói mòn và các thử nghiệm phân tích nhiệt khác nhau (DTA) của Charpy V-notch (CVN). Bố trí mẫu thử được thể hiện trong hình 6. Các bài kiểm tra CVN được thực hiện bởi máy thí nghiệm Tinius Olsen Charpy.
Kết quả cho thấy: các chỉ tiêu cơ lý đạt tốt. cho phép ta hướng tới sự phát triển khả quan và đầy kỳ vọng
Từ kết quả hàn trong phòng thí nghiệm, ta có thể khẳng định rằng: rằng sản xuất hàn sẽ mang lại một mức độ cao hơn của biến thể sta- tistical, do đó, một "bộ đệm" được cho là hữu ích trong giai đoạn thử nghiệm. Mười ba trong số 16 dây đã vượt qua các yêu cầu tối thiểu của mã. Bốn dây, FX-5, FX-8, FX-14 và FX-16, đã đạt được kết quả cao hơn mục tiêu đặt ra. Nhưng một mối quan hệ nghịch đảo giữa sức bền phá huỷ và độ dẻo dai được ghi nhận bởi độ dốc giảm của dữ liệu (cường độ cao tương quan với độ dẻo dai thấp hơn).
Trong số bốn dây, FX-5 được coi là vô địch để áp dụng cho hàn các đường ống HMS.
QUY TRÌNH VÀ NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
Vì những lý do liên quan đến việc sử dụng vật liệu ống dẫn mới (nghĩa là rủi ro) và mong muốn để lắp đặt và bảo dưỡng dễ dàng, nó đã được quyết định rằng một ứng dụng thương mại đầu tiên của ống HMS sẽ được thực hiện bằng cách sử dụng các mối nối ống hai chiều với các kết nối mặt bích ở mỗi đầu. Các kết nối mặt bích cho phép dễ dàng ngắt kết nối, kiểm tra, sửa chữa và thay thế. Các mối nối đôi được chế tạo trong môi trường cửa bên bằng hàn mông, do đó cần phải có một quy trình hàn 1G. Hai chế độ chuyển dịch kim loại hàn (ngắn mạch và xung phun), đã được sử dụng cho gốc và điền điền đầy tương ứng. Do mức độ C và Mn trong kim loại hàn HMS được phát triển, so với các mối hàn thép C-Mn điển hình, nó đang thay đổi để áp dụng các kỹ thuật hàn truyền thống. Kim loại hàn HMS có độ nhớt cao hơn khi nung nóng hơn các kim loại hàn thép cacbon thấp. Sự gia tăng độ nhớt có thể dẫn đến các khuyết tật tổng hợp không hoàn chỉnh ở các mối hàn liên kết giữa các cạnh của mối hàn và các kim loại cơ bản.
Hơn nữa, độ dẻo dai của kim loại cơ bản HMS rất nhạy cảm với chu kỳ nhiệt từ hàn. Kết quả là, nếu đầu vào nhiệt trong quá trình hàn quá cao, HAZ kim loại HMS có thể có mức độ dẻo dai không thể chấp nhận được. Ngoài ra, như đã đề cập trước đó, kim loại hàn HMS được làm cứng như austenite chính và do đó dễ bị nứt giòn nếu hàn không được kiểm soát thật nghiêm ngặt. Để khắc phục những thách thức này, một dạng sóng xung tùy chỉnh đã được áp dung khi hàn dây FX-5.. Các thông số xung hiện tại như dòng nền, dòng đỉnh, độ dốc hiện tại, và tần số xung được chọn lọc thông qua các thử nghiệm hàn để tạo ra dịch chuyển xung phun với sự kết hợp tốt nhất về năng suất hàn và chất lượng mối hàn. Dạng sóng xung tùy chỉnh cung cấp tính ổn định của hàn và độ ổn định hồ quang.
Ngoài các dạng sóng xung được mô tả trước đây, hình dáng mối hàn được kiểm soát để cho phép phát triển thành công và trình độ của quy trình hàn. Sự cố kết khối hóa rắn phụ thuộc vào độ lớn và vị trí của các ứng suất dư hàn phát triển trong quá trình hàn. Việc sử dụng hàn góc bevel có thể hạn chế bớt sự xuất hiện các ứng suất hàn và tạo được cấu trúc vi mô co phần được cải thiện hơn, làm tăng khả năng chống nứt cứng. Các góc bevel mở với góc bao gồm lớn hơn dẫn đến các hạt mối hàn có tỷ lệ độ sâu đến chiều rộng thấp hơn, làm giảm khả năng chịu hóa rắn khi so sánh với các bevel hẹp với các ứng suất nhỏ hơn và áp suất nhiệt lớn hơn. Do kết quả của quá trình bẻ gãy quá mức xảy ra trong giai đoạn đầu của quá trình phát triển, góc nghiêng được tăng lên 30 độ (bao gồm 60 độ cả hai bên) để cải thiện khả năng chống nứt.
Tốc độ, dòng điện và điện áp qua lại được hàn để giữ nhiệt lượng vào dưới khoảng 1 kJ / mm nhằm thu nhỏ lượng bụi lõng cacbua trong kim loại hàn và HAZ của kim loại cơ bản. Các nghiên cứu ban đầu cho thấy rằng đầu vào nhiệt quá mức có thể làm giảm đáng kể độ cứng HAZ kim loại cơ bản của HMS xuống dưới mức chấp nhận được.
Kiểm tra độ bền kéo chéo, CVN, và hướng dẫn uốn cong được thực hiện để đủ điều kiện quy trình hàn phát triển cho FX-5 theo đặc điểm kỹ thuật của dự án và ASME Mục IX Tham khảo [16]. Yêu cầu về đặc tính hàn chu vi được dựa trên thép đường ống cấp API X-70 điển hình để đảm bảo mối hàn cung cấp độ bền, độ dai va đập và chất lượng cần thiết cho ứng dụng ống xả. Kết quả kiểm tra cho thấy: mối hàn FX-5 đáp ứng tất cả các yêu cầu. Có thể thấy rằng độ bền kéo và độ giãn dài cao hơn nhiều so với yêu cầu.
Phân tích cấu trúc vi mạch của mối hàn FX-5 được tiến hành để xác định việc thực hiện bất kỳ quan sát nào để giải thích các kết quả về tính chất và khả năng hàn. Các mẫu hình ảnh quang học đã được tiến hành, và cho kết quả tốt.
Các hạt trong kim loại hàn được quan tâm đặc biệt bởi vì các hóa chất HMS rất dễ bị thoái hóa do độ cứng của Cr carbide. Người ta đã xác định rằng các hạt này là các tạp chất ôxit thuộc loại thường có trong các mối hàn hồ quang kim loại khí. Kích thước và khối lượng của chúng tương đối nhỏ, được quy cho độ tinh khiết của khí bảo vệ dựa trên Ar và quy trình hàn đầu vào nhiệt thấp (~ 1 kJ / mm). Sự hiện diện của các tạp chất này là không quan trọng đối với các tính chất được chứng minh bằng các kết quả của CVN Phân tích nhiễu xạ tán điện tử (EBSD) của kim loại hàn đã xác nhận sự hình thành austenite và không có các pha ferit hoặc các pha martensitic có hại. Như vậy,microstructural đã đạt được và các biến thể siêu bền. đã tránh được các biến thể làm giảm độ dẻo dai. Nó đã được kết luận ma trận austenitic là tính năng mi- crostructural chiếm ưu thế dẫn đến độ dẻo dai tốt và một chế độ gãy lõi gạch nhiệt độ là rất thấp.
Các biểu đồ nguyên tố của ba nguyên hợp kim chính, Mo, Cr và Mn, trong kim loại hàn FX-5 cho thấy rằng các nguyên tố này tách biệt thành các khu vực xen kẽ, đó là kết quả của việc phân phối lại chất tan trong chất rắn và chất lỏng trong quá trình rắn hóa austenit. Các tạp chất oxit được tìm thấy có chứa Cr, Mo và Mn.
Không giống như các loại thép cacbon thấp thông thường, HMS HAZ có một khu vực bị ảnh hưởng nhiệt hạt hẹp (CGHAZ) nhưng không có HAZ hạt mịn (FGHAZ) hoặc HAZ liên tiếp (ICHAZ). Không có sự biến đổi pha từ austenite thành ferit trong HAZ vì austenite được ổn định, do đó sự phát triển của hạt xảy ra để đáp ứng với năng lượng nhiệt hàn.
Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) được tiến hành để nghiên cứu các kết tủa HAZ. Có thể thấy rõ ràng rằng cacbua kết tủa dọc theo biên giới hạt. SADP cho thấy các kết tủa có cấu trúc FCC và chúng nằm trong mối quan hệ định hướng khối lập phương với ma trận austenite
Các kết tủa được xác định là M23C6, với M, bao gồm Fe, Cr, Mo và Mn. Với sự kiểm soát thích hợp của các quy trình hàn, đặc biệt là đầu vào nhiệt, sự phát triển hạt và lượng mưa cacbua vừa phải và không gây ra độ dai va đập CVN giảm xuống dưới mức 27 J ở mức -29 oC. Kiểm tra độ cứng Vickers được thực hiện trên mối hàn FX-5 theo chuẩn ASTM E được nhìn thấy không có thành phần làm mềm trong kim loại hàn hoặc HAZ, nghĩ là cấu trúc micro-structural đạt chuẩn. Như vậy kết quả CVN chứng minh kim loại hàn thu được có độ dẻo dai rất tốt.
ỨNG DỤNG VÀO THỰC TẾ VÀ LĨNH VỰC THƯƠNG MẠI
Công nghệ hàn HMS đã được áp dụng thương mại lần đầu tiên vào tháng 7 năm 2016 trong quá trình chế tạo khoảng 1 km đường ống bùn HMS tại hoạt động khai thác mỏ Kearl Oil Sands ở Alberta, Canada. Điều này bao gồm việc sử dụng các quy trình hàn chu trình được mô tả ở trên với việc sử dụng hàn dây FX-5. Mười hai mét dài (40 ft) của ống HMS được nối với nhau bằng hàn chu vi để tạo ra "hai khớp nối" của ống dài 24 m (80 ft). Công việc chế tạo đã được hoàn thành mà không có bất kỳ sự cố rủi ro nào liên quan đến công nghệ hàn: trục trặc quá trình hàn, nứt va các khuyết tật khác. Dự án đã được hoàn thành và giải ngân trước thời hạn. Dựa trên ứng dụng tại thực địa này, các ống xả HMS đã hoạt động tốt hơn các ống thép carbon truyền thống gấp 3 ~ 5 lần. Lắp đặt đường ống bùn HMS quy mô lớn hơn đang được tiến hành. Lĩnh vực ứng dụng công nghệ này cho thấy công nghệ phát triển có thể cho phép sử dụng để hàn các ống xả HMS, hiện đang được bán sẵn trên thị trường, để giảm chi phí vận hành đường ống dẫn dầu bùn.
KẾT LUẬN
Công trình khoa học công nghệ này mô tả sự phát triển của công nghệ hàn để chế tạo thành công một hệ thống HMS chống ăn mòn mới cho các ứng dụng đường ống. Công nghệ này được tạo ra để tiết kiệm đáng kể chi phí sản xuất.
Các mô phỏng nhiệt động lực học được hình thành trên các hóa chất này để tính toán SFE, STR và CST của chúng. Một cách tiếp cận DoE được sử dụng để đánh giá hiệu quả của hợp kim trên ba yếu tố nhiệt động lực học chính. Kết quả được sử dụng để lựa chọn 16 hóa chất tiêu hao mà từ đó các dây hàn thử nghiệm đã được thực hiện và thử nghiệm (độ bền kéo, CVN, chống ăn mòn, DTA). Một FX-5 có thể kết hợp được chọn là dây có hiệu suất tốt nhất do sự kết hợp vượt trội về độ bền, độ dẻo dai, khả năng chống ăn mòn và khả năng chống nứt cố định của nó.Quá trình hàn ống HMS được phát triển bằng cách sử dụng dây FX-5. Một chế độ hàn mạch ngắn được sử dụng để hàn gốc và chế độ hàn phun xung được sử dụng cho các đường nạp. Đầu vào nhiệt được giữ ở mức thấp (~ 1 kJ / mm) để giảm thiểu lượng bụi cacbua và giảm thiểu ứng suất hàn dư trong liên kết. Các quy trình hàn cuối cùng được kiểm tra theo đặc điểm kỹ thuật của dự án và ASME IX. Những thủ tục này đã đạt được các mục tiêu yêu cầu cơ tính và tránh được hiện tượng nứt do biến cứng gây nên,và đây là một vấn đề quan trọng của mối hàn HMS.
Phân tích cấu trúc vi mô chỉ ra rằng kim loại hàn FX-5 bao gồm austenite đuôi gai, không có sự hiện diện của ferrite hoặc martensite có hại. Tăng trưởng hạt và lượng bụi cacbua M23C6 xảy ra trong HMS HAZ; Chúng vừa phải là kết quả của việc kiểm soát quá trình hàn và không gây ra bất kỳ vấn đề nào ảnh hưởng đến độ dẻo của liên kết hàn.
Công nghệ hàn HMS đã được áp dụng thành công cho việc chế tạo đường ống HMS chống ăn mòn tại công trình khai thác mỏ Kearl Oil Sands ở Alberta, Canada. Hiệu suất cho đến nay đã đáp ứng được kỳ vọng; do đó, triển khai thương mại quy mô lớn hơn của kỹ thuật này đang được tiến hành. Những đường ống này dự kiến sẽ hiển thị tăng tuổi thọ lên và dẫn đến tiết kiệm chi phí rất đáng kể cho dự án.
Tài liệu tham khảo cơ bản (theo hawel):
[1]. Theo Nguyễn, Q. B., Lim, C. Y. H., Nguyễn, V. B., Wan, Y. M., Nai, B., Zhang, Y. W., và Gupta, M. 2014
[2]. Avery, H. S., và Chapin, H. J. 1954. Điện cực hàn thép mangan Austenitic. Hàn tạp chí 33 (5): 459-s đến 479-s;
[3]. Mujica, L., Weber, S., Pinto, H., Thomy, C., và Vollertsen, F. 2010. Cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của các khớp nối bằng laser của thép TWIP và TRIP. Khoa học Vật liệu và Kỹ thuật A 527: 2071–2078. DOI: 10.1016 / j.msea.2009.11.050;
[4]. Roncery, L. M., Weber, S., và Theisen, W. 2012. Hàn thép dẻo kết đôi. Scripta Materialia 66 (12): 997–1001. DOI: 10.1016 / j.scriptamat.2011.11.041]
[ 5]. Matsuda, F., Nakagawa, H., và Sorada, K. 1982. Năng động cản trở sự kiên cố hóa và kiên cố hoá nứt trong quá trình hàn bằng kính hiển vi quang học. Giao dịch của JWRI 11 (2): 67–77;
[6]. Lippold, J. C., và Savage, W. F. 1982. Sự kiên biến cứng hóa các mối hàn thép không gỉ austenit: Phần III - ảnh hưởng của hành vi rắn hóa lên tính nhạy cảm nứt nóng. Hàn tạp chí 61 (12): 388-s đến 396-s;
[6]. Phong, Z. 1994. Một phương pháp ính toán các điều kiện nhiệt và tôi-chanical cho nứt kiên cố hóa mối hàn. Hàn trên thế giới 33 (5): 340–347. DOI: 0043-2288 (94) E-00032-8;
[7]. Saeed-Akbari, A., Mosecker, L., Schwedt, A., và Bleck, W. 2012. Đặc điểm và dự đoán về hành vi dòng chảy trong thép làm bằng nhựa kết hợp nhân tạo cao cấp: Phần I. Bản đồ cơ chế và công việc - hành vi làm cứng. Các giao dịch luyện kim và vật liệu A 43 (5): 1688–1704. DOI: 10.1007 / s11661-011-0993-4
[8]. Pierce, DT, Jiménez, JA, Bentley, J., Raabe, D., Oskay, C. và Wittig, JE 2014. Ảnh hưởng của hàm lượng mangan đối với lỗi xếp chồng và năng lượng giao thoa austenite /mart-martensite trong Fe - Mn- (Al-Si) thép được khảo sát bằng thực nghiệm và lý thuyết. Acta Materi alia 68: 238–253. DOI: 10.1016 / j.actamat.2014.01.001
Tin tức khác
- DÂY HÀN LÕI THUỐC TỰ BẢO VỆ VÀ KHÔNG TỰ BẢO VỆ (26-11-2022)
- PHÂN LOẠI PHƯƠNG PHÁP HÀN (11-10-2019)
- VAI TRÒ CỦA ROBOT VỚI NGÀNH HÀN CỦA VIỆT NAM TRONG THỜI KỲ HỘI NHẬP NỀN CÔNG NGHIỆP 4.0 (20-12-2018)
- CÔNG NGHỆ HÀN SAW (29-09-2018)
- MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KH & KT HÀN (09-08-2018)
- Thuật ngữ mối hàn (09-08-2018)
