9ni鋼大型lng低溫儲罐的焊接施工

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1、9%Ni鋼大型LNG低溫儲罐的焊接施工作者：耿萬軍摘要：中國石化集團(tuán)第四建設(shè)公司在2004年承攬了位于深圳市東部大鵬灣東岸秤頭角的國內(nèi)首個(gè)大型LNG接收站罐體工程，負(fù)責(zé)3臺16萬立LNG低溫儲罐的施工，歷經(jīng)3年磨礪在大型LNG低溫儲罐施工上積累了經(jīng)驗(yàn)，特別是針對9%Ni低溫鋼的焊接技術(shù)有了很好的掌握。大型LNG低溫儲罐內(nèi)罐材料采用9%Ni鋼，該鋼種在焊接冶金反應(yīng)和熱循環(huán)的作用下，其組織和成分改變，產(chǎn)生脆硬相，低溫性能下降，冷熱裂紋傾向增大，焊接施工比較復(fù)雜；分析了9%Ni鋼低溫儲罐的焊接特點(diǎn)，介紹了9%Ni鋼低溫儲罐采用的埋弧自動橫焊和焊條電弧

2、焊焊接工藝，以及現(xiàn)場焊接中容易出現(xiàn)的焊接缺陷及應(yīng)對措施；通過對9%Ni鋼焊接技術(shù)的摸索和焊接過程中焊接工藝的嚴(yán)格控制有效地保證了大型LNG低溫儲罐焊接施工質(zhì)量。關(guān)鍵詞：LNG低溫儲罐；9%Ni鋼；焊接工藝；常見焊接缺陷引言目前世界上建造的LNG儲罐越來越多，9%Ni鋼是國際上LNG儲罐廣泛使用的鋼種，其焊接性能良好，焊接工藝越來越完善。近年來，我國大力推廣實(shí)施清潔能源戰(zhàn)略，國內(nèi)中石油、中海油及各個(gè)地方開始了9%Ni鋼低溫儲罐的焊接制造。9%Ni鋼的技術(shù)含量高，焊接難度大，該鋼種在焊接冶金反應(yīng)和熱循環(huán)的作用下，其組織和成分改變，產(chǎn)生脆硬相，低溫性

3、能降低，冷裂紋、熱裂紋傾向增大；9%Ni鋼焊接施工必須解決鋼材焊接的裂紋傾向、低溫韌性的下降和磁化問題。2004年中石化集團(tuán)第四建設(shè)公司承攬了位于深圳市東部大鵬灣東岸秤頭角的國內(nèi)首個(gè)大型LNG接收站罐體工程，負(fù)責(zé)三臺國內(nèi)最大的16萬立LNG儲罐的罐體安裝工作，罐體為全容式低溫儲罐，設(shè)計(jì)溫度－168℃，其中內(nèi)罐直徑80m，高度35.43m，內(nèi)罐壁板、內(nèi)罐底板以及第二層底板為ASTMA553MType1的低溫鋼（9%Ni鋼）。1.9%Ni鋼的性能分析選用美國（ASTM）A553MType1的材料，供貨狀態(tài)為淬火+回火（QT）狀態(tài)，材料經(jīng)淬火處理后可

4、以得到晶粒細(xì)小的馬氏體組織，其后的回火處理（溫度580℃）又使馬氏體組織又轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體和細(xì)小的析出碳化物，同時(shí)可獲得少量的彌散奧氏體，從而母材的韌性大大改善。鋼材的化學(xué)成分和機(jī)械性能如表1和表2所示。表19%Ni鋼的化學(xué)成分國家標(biāo)準(zhǔn)CSiMnSPNi美國ASTMA553≦0.130.15~0.30≦0.9≦0.040≦0.0358.50~9.50表29%Ni鋼的機(jī)械性能屈服強(qiáng)度Rp/MPa(0.2%)抗拉強(qiáng)度Rm/MPa伸長率δ/%沖擊韌性Ak/J(-196℃)585690~825≧201002.9%Ni鋼焊接性分析2.1焊接冷裂紋9%Ni鋼自

5、身有較好的抗冷裂的能力,正常施焊條件下一般不會產(chǎn)生冷裂紋。但焊接工藝條件不當(dāng)時(shí),存在一定的冷裂敏感性。特別是施焊第一層焊縫時(shí),由于根部附近冷卻快,拘束應(yīng)力較大,如果焊條烘干不足或環(huán)境潮濕,熔合區(qū)有可能出現(xiàn)氫致冷裂紋。尤其是采用低鎳高錳型奧氏體焊條時(shí),熔合區(qū)處會出現(xiàn)高硬度的馬氏體帶,對氫脆較為敏感。只要選用低氫、低碳含量的焊條,選用合適的焊接工藝措施,特別是焊條烘干、焊接環(huán)境溫度、層間溫度和熱輸入的合理控制等,就可以避免熔合區(qū)硬化層的出現(xiàn)、減少氫在硬化層中的積聚,從而降低冷裂敏感性。2.2焊接熱裂紋由于9%Ni鋼焊接通常采用高鎳焊材,焊縫組織為奧

6、氏體,因此有一定的熱裂傾向。9%Ni鋼焊接時(shí)可能出現(xiàn)的熱裂紋主要有四種,即弧坑裂紋、高溫失塑裂紋、液化裂紋和折疊中的顯微裂紋或疏松。研究表明,高溫失塑裂紋和液化裂紋常產(chǎn)生于奧氏體焊縫,顯微疏松主要出現(xiàn)在熔合區(qū)。但由于這三種裂紋的尺寸一般較小,對儲罐的使用不會造成危害。相比之下,弧坑裂紋則是需重點(diǎn)預(yù)防的。9%Ni鋼焊接時(shí)弧坑裂紋傾向較大,其實(shí)質(zhì)是一種沿晶間開裂的典型的凝固時(shí)產(chǎn)生的熱裂紋。多層焊時(shí),在打底焊的第一層焊縫中,弧坑裂紋發(fā)生率相當(dāng)高,即使采取措施也很難避免。在其它各層焊縫中,也有不同程度的弧坑裂紋傾向。隨著焊接層數(shù)的增加,坡口增寬,收縮應(yīng)

7、變減小,開裂幾率下降。這種裂紋傾向還與焊接位置有關(guān),平焊與橫焊的裂紋傾向較大。此外,若焊工操作技術(shù)不當(dāng),夾渣較多時(shí),焊縫中還會產(chǎn)生以夾渣為裂紋源的熱裂紋。要消除以上幾種裂紋,最根本的辦法是減少有害雜質(zhì)元素,選用熔化溫度區(qū)間范圍小或偏析雜質(zhì)在焊縫金屬晶界的分布為不連續(xù)狀的(非單一奧氏體組織)焊條。此外,還需采用正確的收弧技術(shù)并配合適當(dāng)打磨來避免熱裂紋的出現(xiàn)。2.3低溫韌性問題9%Ni鋼焊接時(shí),焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)在焊接后低溫韌性都有可能降低。研究表明,對低合金高強(qiáng)鋼,母材組織形態(tài)、焊接材料以及焊接工藝參數(shù)對焊接接頭的韌性都有很大影響作用。焊縫金

8、屬的低溫韌性主要與采用的焊接材料有關(guān)。資料表明,采用與9%Ni鋼成分相同的鐵素體型焊接材料時(shí),焊縫中含氧量高,焊縫的低溫韌性很差。通常,9%Ni鋼的焊