Zunächst zur thermischen Verformung und Mikrostrukturentwicklung dickwandiger, geschweißter Stahlrohre: Dickwandige, geschweißte Stahlrohre bestehen aus einer ausscheidungsgehärteten Nickelbasis-Hochtemperaturlegierung, die schwer zu verformen ist. Ihre Zusammensetzung ähnelt der Legierung ЭИ929 der ehemaligen Sowjetunion. Sie weisen eine hohe Mischkristallverfestigung der Legierungselemente und eine Ausscheidungshärtung der γ'-Phase auf. Sie zeichnen sich durch ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit, Warmkorrosionsbeständigkeit, Streckgrenze, Zugfestigkeit und Kriechfestigkeit bei hohen Temperaturen aus. Hauptsächlich werden sie in Umgebungen mit hohen Temperaturen, komplexen Spannungen und korrosiven Medien eingesetzt, beispielsweise bei der Herstellung von Turbinenschaufeln für Flugzeugtriebwerke. Da die Legierung nur einen relativ engen Bereich an Warmumformparametern aufweist, neigen Schmiedeteile, die als Warmumformteile für Turbinenschaufeln verwendet werden, zu Defekten wie Strukturinstabilität und Rissen, was zu einer hohen Ausschussquote führt. Daher ist die Untersuchung des thermischen Verformungsverhaltens der Legierung unter verschiedenen Warmumformbedingungen von großer Bedeutung für die Herstellung qualifizierter Schmiedeteile. Die Forscher analysierten die rheologischen Eigenschaften der Legierung anhand von Daten aus Hochtemperatur-Druckversuchen an dickwandigen, geschweißten Stahlrohren. Sie stellten die konstitutive Gleichung für diese Rohre im Bereich der Warmumformparameter auf und untersuchten die Auswirkungen von Umformtemperatur und Umformgeschwindigkeit auf das Mikrogefüge der Legierung. Als Rohmaterialien dienten warmgewalzte Stäbe aus dickwandigen, geschweißten Stahlrohren. Das Ausgangsgefüge besteht hauptsächlich aus gleichachsigen Körnern mit einer Korngröße von 10 bis 30 µm. Die Stäbe wurden zu zylindrischen Proben mit einem Durchmesser von 8 mm und einer Länge von 12 mm verarbeitet. An beiden Enden der Proben wurden flache Nuten zur Aufnahme von Hochtemperaturschmierstoffen eingebracht. Die isothermen Druckversuche wurden an einer Gleeble-1500-Prüfmaschine durchgeführt. Die Verformungstemperaturen betrugen 1090, 1120, 1150 und 1180 °C, die Dehnungsraten 0,1, 1, 10 und 50 s⁻¹, und der maximale Verformungsgrad lag bei etwa 60 %. Während des Versuchs erfasste und berechnete die Prüfmaschine automatisch Hub, Last, Spannung und Dehnung. Nach Abschluss der Verformung wurde die Probe wassergekühlt, längs geschnitten, geschliffen, poliert und anschließend mit einer Lösung aus CuSO₄ (20 g) + H₂SO₄ (5 ml) + HCl (50 ml) + H₂O (100 ml) ätzend behandelt. Die Legierungsmikrostruktur wurde unter einem metallografischen Mikroskop untersucht. Die Testergebnisse zeigen Folgendes:
1. Bei der Verformung dickwandiger, geschweißter Stahlrohre unter verschiedenen Bedingungen tritt mit zunehmender Dehnung eine rheologische Erweichung auf. Ursache hierfür ist die dynamische Rekristallisation der Legierung während der Warmumformung. Mit sinkender Dehnungsrate nehmen sowohl die Dehnung als auch die maximale Spannung, bei der die Fließspannung ihren Maximalwert erreicht, ab.
2. Die konstitutive Gleichung für die Hochtemperaturverformung dickwandiger, geschweißter Stahlrohre wurde aufgestellt. Der berechnete Wert der Gleichung stimmt gut mit dem experimentellen Wert überein, wobei der relative Fehler unter 8 % liegt. Dies zeigt, dass die Gleichung das rheologische Verhalten der Legierung während der Warmverformung präzise beschreibt.
3. Die Umformtemperatur hat einen signifikanten Einfluss auf das Mikrogefüge dickwandiger, geschweißter Stahlrohre. Mit steigender Temperatur ist die dynamische Rekristallisation ausgeprägter, die Korngröße nimmt zu und die Gleichmäßigkeit des Korngefüges verbessert sich. Mit steigender Umformgeschwindigkeit nimmt die Korngröße zunächst ab und dann wieder zu. Bei einer Umformgeschwindigkeit von 1 s⁻¹ ist das Korngefüge relativ fein.
Zweitens, horizontales Fixschweißen dickwandiger Edelstahlrohre: Edelstahlrohre sind hohle, lange Stahlbänder, die häufig als Rohrleitungen für den Transport von Flüssigkeiten wie Öl, Erdgas, Wasser, Stadtgas, Dampf usw. eingesetzt werden. Edelstahlrohre sind leicht, wenn ihre Biege- und Torsionsfestigkeit gleich ist. Sie finden breite Anwendung in der Herstellung von Maschinenteilen und Konstruktionen und werden auch häufig zur Produktion verschiedener konventioneller Waffen, Geschützrohre, Granaten usw. verwendet. Für Stahlrohre, die Flüssigkeitsdruck standhalten müssen, sind dickere Wandstärken erforderlich. Hydraulische Prüfungen müssen durchgeführt werden, um ihre Druckbeständigkeit zu testen und sicherzustellen, dass sie unter dem vorgegebenen Druck nicht lecken, sich nicht mit Wasser vollsaugen oder ausdehnen. Edelstahlrohre werden in nahtlose und geschweißte Rohre unterteilt. Nahtlose Edelstahlrohre werden auch als Edelstahl-Nahtlosrohre bezeichnet. Sie werden aus Stahlblöcken oder Vollrohren hergestellt, indem diese durchbohrt werden, um Rohrohre zu formen, und anschließend warm-, kalt- oder kaltgewalzt werden. Die Spezifikationen nahtloser Stahlrohre werden in Millimeter Außendurchmesser × Wandstärke angegeben. Häufig verwendete Edelstahlrohre sind 1Cr18Ni9Ti. Im Folgenden wird am Beispiel eines Edelstahlrohrs aus 1Cr18Ni9Ti mit einem Durchmesser von Ф159mm×12mm die Methode des horizontalen Fixschweißens erläutert.
1. Schweißnahtanalyse:
① Die horizontale Stumpfnahtverbindung eines großen Rohrs aus Cr18Ni9Ti-Edelstahl (Ф159 mm × 12 mm) wird hauptsächlich in Kernkraftwerksanlagen und einigen chemischen Anlagen eingesetzt, die Hitze- und Säurebeständigkeit erfordern. Die Schweißung ist anspruchsvoll, und die Anforderungen an die Schweißnaht sind sehr hoch. Die Innenfläche muss geformt sein, eine moderate Wölbung aufweisen und darf keine Vertiefungen haben. Nach dem Schweißen sind Eindring- und Röntgenprüfungen erforderlich. Früher wurden WIG- oder Lichtbogenschweißverfahren angewendet. Ersteres ist ineffizient und kostspielig, letzteres ist schwer zu gewährleisten und ebenfalls ineffizient. Um die Effizienz zu sichern und zu verbessern, wird für die Grundlage WIG-Innen- und Außendrahtschweißen und für die Füll- und Decklage MAG-Schweißen eingesetzt, wodurch sowohl die Effizienz als auch die Festigkeit gewährleistet werden.
②1Cr18Ni9Ti-Edelstahl weist im Vergleich zu Kohlenstoffstahl und niedriglegiertem Stahl eine deutlich andere Wärmeausdehnung und Wärmeleitfähigkeit auf. Das Schmelzbad ist schlecht fließfähig und formbar, insbesondere beim Schweißen in Vollposition. Bisher wurde das MAG-Schweißen (Ar + 1–2 % O₂) von Edelstahl hauptsächlich für Flach- und Eckschweißungen eingesetzt. Beim MAG-Schweißen beträgt die Drahtvorschublänge weniger als 10 mm. Schwenkamplitude, Frequenz, Geschwindigkeit und Verweilzeit der Schweißpistole sind präzise aufeinander abgestimmt. Die Bewegungen der Schweißpistole werden koordiniert, und der Winkel der Schweißpistole wird jederzeit angepasst, um eine saubere und gleichmäßige Schweißnaht zu gewährleisten und so eine vollständige Füllung und Deckschicht sicherzustellen.
2. Schweißverfahren:
Das Material ist 1Cr18Ni9Ti, die Rohrspezifikation ist Ф159mm×12mm, für das Grundschweißen wird manuelles Wolfram-Inertgas-Schweißen verwendet, für das Füll- und Deckschweißen wird Mischgas-Schutzgasschweißen (CO2+Ar) verwendet, und es wird vertikales horizontales festes Vollpositionsschweißen verwendet.
3. Vorbereitung vor dem Schweißen:
① Öl und Schmutz entfernen und die Nutoberfläche sowie die umliegenden 10 mm abschleifen, um einen metallischen Glanz zu erzielen.
② Prüfen Sie, ob die Wasser-, Strom- und Gasleitungen frei sind und ob sich die Geräte und Zubehörteile in einem guten Zustand befinden.
③ Die Teile entsprechend der Größe montieren und die Rippenplattenbefestigung für die Positionierungsschweißung verwenden (Rippenplattenbefestigung an 2, 7 und 11 Punkten). Alternativ kann auch in der Nut positioniert werden, dabei ist jedoch auf die korrekte Positionierung zu achten.
Veröffentlichungsdatum: 26. Dezember 2024