نکات جوشکاری مخازن کرایوژنیک یا فوق سرد

نکات جوشکاری مخازن کرایوژنیک یا فوق سرد

کرایوژنیک یا به انگلیسی Cryogenic، را در معنی کلمه به معنای فوق سرد می‌باشد. در تعیین محدوده‌ی دمایی کرایوژنیک، نظرات مختلفی وجود دارد اما با این حال می‌توان دمای پائین تر از ۱۰۰ درجه سانتی گراد را به عنوان دمای فوق سرد، در نظر گرفت. در این مقاله به بررسی مخازن فوق سرد و تکنیک‌های جوشکاری مخازن کرایوژنیک خواهیم پرداخت.
باید توجه داشت که دمای بسیار پائین سبب افزایش حساسیت به شکستگی در مواد خواهد شد.فولادهایی که در دماهای پایین استفاده می‌شوند، به عنوان فولادهای کرایوژنیک یا فولادهای مقاوم در برابر دمای پایین شناخته می‌شوند. مهم‌ترین ویژگی این نوع از فولادها داشتن چقرمگی کافی در دمای عملیاتی پائین است؛ به عبارت دیگر این نوع فولادها در دماهای زیر صفر چقرمه می‌باشند.
باید در نظر داشت که علاوه بر این که، برای ساخت مخازن تحت فشار که کاربرد فوق سرد دارند علاوه بر اینکه خود فولاد باید ذاتاً چقرمگی بالا در دمای پائین داشته باشد؛ باید چقرمگی فولاد پس از انجام جوشکاری نیز حفظ شود.
مخازن کرایوژنیک یا فوق سرد، کاربرد گسترده‌ایی در صنعت دارند از ماشین آلات حمل و نقل مواد مبرد و سیستم‌های پایپینگ انتقال مواد فوق سرد تا مخزن‌های نصب شده در دمای بسیار سرد نمونه‌های از کاربرد مخازن کرایوژنیک یا فوق سرد می‌باشد.

مواد قابل استفاده برای کاربردهای برودتی

برای کاربردهای دمای پایین، بسته به دمای عملیاتی می‌توان مواد مختلفی را انتخاب کرد.
مس و آلیاژهای مس
نیکل و آلیاژهای نیکل
آلومینیوم و مواد آلومینیومی
برخی آلیاژهای فولاد
در جدول زیر می‌توانید برخی مواد مناسب برای کاربرد کرایوژنیک یا فوق سرد مشاهده کنید.

تأثیر عنصر نیکل بر افزایش چقرمگی مواد مبتنی بر آهن، در دماهای پایین‌تر مقدار قابل ملاحضه‌ایی می‌باشد. با افزودن نیکل، دمای انتقال فولاد به مقدار قابل ملاحضه‌ایی کاهش می یاید؛ دمای انتقال فولاد با ۲ درصد نیکل و ۰/۱۵ درصد کربن حدود ۱۲۰- درجه سانتی‌گراد است. از سوی دیگر، فولاد با ۱۳ درصد نیکل و ۰/۰۱ درصد کربن، دمای انتقال ۱۹۶- درجه سانتی‌گراد می‌باشد.

دستورالعمل جوشکاری برای فولاد کرایوژنیک یا فوق سرد

برای تهیه دستورالعمل جوشکاری، فولادهای مخازن تحت فشار آلیاژی نیکل باید موارد زیادی را مد نظر قرار داد که می‌تواند بسیار چالش برانگیز باشد. در ابتدا باید مواردی مانند: کیفیت فولاد، فرآیند تولید و وضعیت تحویل، مغناطیس باقیمانده (Remanent Magnetization) و ضریب هدایت حرارتی و انبساط حرارتی و …. را ارزیابی کرد سپس با توجه به شرایط کارکرد مخزن و نیازهای ضروری WPS جوشکاری را تهیه کرد.
مواردی که باید توسط مهندس جوش با تجربه لحاظ گردنند شامل موارد زیر می‌باشد.
فرآیند جوشکاری و فلز پرکننده
کنترل گرما و گرمای ورودی در جوشکاری
نرخ خنک کننده
خواص چقرمگی مواد پایه و جوش
دمای کاربرد
ترتیب جوشکاری
مقاومت در برابر ترک‌های جوشکاری

لازم به ذکر است که انجام فرآیند جوشکاری می‌تواند خواص مفید و ضروری فولاد کرایوژنیک یا فوق سرد به مقدار قابل ملاحضه‌ایی کاهش بدهد. لذا ضروری به نظر می‌رسد که داشتن دانش بالا برای تهیه WPS جوشکاری حیاتی است چرا که بی توجهی به این مسئله می‌تواند فجایع مختلفی مانند شکست سازه‌های جوشی را رقم بزند.
یکی از این موارد که برای فولادهای مخازن تحت فشار در کدها و استانداردهای جوشکاری به آن پرداخته شده است؛ اندازه‌گیری مقدار فریت ایجاد شده پس از انجام جوشکاری است که باید از یک مقدار مشخص شده که در استاندارد تعیین شده است کمتر نباشد برای مثال استاندارد ASME III این مقدار ۳ ذکر شده است.