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LNG低温储罐的焊接要点

201906-1411:40:46

由于LNG低温储罐有时要在-196℃的超低温下工作,故对9%Ni钢焊接接头的请求很高••。必须保证焊接接头有良好的低温韧性,采用合理的措施预防9%Ni钢焊接接头冷¶••⊿热裂纹的偏向,为达到此目标,必须采用如下措施••。

(1)冷裂纹的预防

理论认为,冷裂纹产生的原因重要是应力¶••⊿淬硬组织和焊缝金属的扩散氢含量••。9%Ni钢自身有较好的抗冷裂的能力,正常施焊条件下一般不会产生冷裂纹••。但焊接工艺条件不当时,存在必定的冷裂敏感性••。特别是在焊接第 一层焊缝时,由于根部附近冷却快,拘束应力较大,因此通过合理的组对安装和焊接次序可减少拘束应力••。其次,把持层间温度以及选用热输入较小的焊接规范可以把持热应力••。选用低碳焊条可以避免涌现硬化组织,在焊接工艺上应设法减少马氏体带的形成,以避免产生过大的组织应力••。如果焊条烘干不足¶••⊿环境潮湿,焊缝坡口附近不洁(有水¶••⊿油及有机物)以及焊条扩散会导致熔合区中的氢含量进步,致使氢在熔合区中积累,在熔合区有可能涌现氢致冷裂纹••。尤其是采用低镍高锰型奥氏体焊条时,熔合区处会涌现高硬度的马氏体带,对氢脆较为敏感••。

9%Ni钢本身含碳量较低,焊接时不会产生硬化组织,但如果选用的焊材含碳量较高,熔合¶••⊿扩散的作用可使熔合区含碳量增高而产生硬化层••。选用含碳量不高于母材的焊条就可避免涌现硬化层••。另外,采用Ni基合金焊接材料时,焊接接头中基础上不会涌现高硬度马氏体,有利于防止冷裂纹••。

综上所述,只要选用低氢¶••⊿低含碳量的高镍焊条,选用合适的焊接工艺,特别是焊条烘干¶••⊿焊接环境温度¶••⊿层间温度和热输入的合理把持等,就可以避免熔合区硬化层的涌现¶••⊿减少氢在硬化层中的积累,从而降低冷裂纹敏感性••。

(2)热裂纹的预防

热裂纹的产生与焊缝金属结晶过程中的低熔点杂质偏析的数量及散布有关,即与应力¶••⊿杂质和化学成分有关••。液体金属结晶过程越长,偏析越严重••。偏析产生的低熔点杂质散布在晶界上,尤其在奥氏体组织中,杂质在晶界上的散布是持续的••。采用Ni基或Fe-Ni基焊材焊接9%Ni钢时,有可能产生弧坑热裂纹¶••⊿高温失塑热裂纹和液化热裂纹••。这些裂纹易于产生在打底焊缝或定位焊缝中,裂纹偏向与焊接地位有关,横焊与平焊地位的裂纹偏向大于立焊与仰焊地位的裂纹••。

由于9%Ni钢焊接通常采用高镍焊材,焊缝组织为奥氏体,因此有必定的热裂偏向••。9%Ni钢焊接时可能涌现的热裂纹重要有四种,即弧坑裂纹¶••⊿高温失塑裂纹¶••⊿液化裂纹和折叠中的显微裂纹或疏松••。研究表明,高温失塑裂纹和液化裂纹常产生于奥氏体焊缝,显微疏松重要涌现在熔合区••。但由于这三种裂纹的尺寸一般较小,对LNG储罐的应用不会造成迫害••。相比之下,9%Ni钢焊接时弧坑裂纹偏向较大,需重点预防••。弧坑裂纹本质是一种沿晶间开裂的范例的凝固时产生的热裂纹••。多层焊时,在打底焊的第 一层焊缝中,弧坑裂纹产生率相当高,即使采用措施也很难避免••。在其它各层焊缝中,也有不同程度的弧坑裂纹偏向••。随着焊接层数的增长,坡口增宽,压缩应变减小,开裂几率降落••。这种裂纹偏向还与焊接地位有关,平焊与横焊的裂纹偏向较大••。此外,若焊工操作技巧不当,夹渣较多时,焊缝中还会产生以夹渣为裂纹源的热裂纹••。要打消以上几种裂纹,较根本的措施是:

1)减少有害杂质元素,焊前对坡口两侧仔细打磨与清算,收弧时焊条要稍作停顿,填满弧坑后再慢慢地拉断电弧••。

2)选用融化温度区间领域小或偏析杂质在焊缝金属晶界的散布为不持续状的(非单一奥氏体组织)焊条••。

3)对收弧点适当进行打磨,多层焊时各层间接头应错开••。

(3)焊接接头部位低温韧性的保证

9%Ni钢焊接时,焊缝¶••⊿熔合区和热影响区在焊接后低温韧性都有可能降低••。研究表明,对低合金高强钢,母材组织形态¶••⊿焊接材料以及焊接工艺参数对焊接接头的韧性都有很大的影响••。

焊缝金属的低温韧性重要与采用的焊接材料有关••。材料表明,采用与9%Ni钢成分雷同的铁素体型焊接材料时,焊缝中含氧量高,焊缝的低温韧性很差••。通常,9%Ni钢的焊接材料重要采用奥氏体型Ni基¶••⊿Fe-Ni型和Ni-Cr型这三种类型••。其中,Ni基和Fe-Ni型焊接材料的低温韧性良好,热膨胀系数与9%Ni钢相近,但成本高,强度偏低••。焊接材料的强度稍高,但易在熔合区涌现脆性组织,低温韧性较差••。

熔合区的低温韧性重要与所涌现的脆性组织有关••。采用成分异于母材的焊材进行焊接时,焊缝与母材间合金元素的浓度梯度导致熔合线附近焊缝的合金元素被稀释,同时母材中的碳则向熔合线和焊缝迁移,往往导致熔合线附近形成板条状马氏体和孪晶马氏体组成的富合金马氏体硬脆层,促使熔合区的韧性降落••。

焊接热影响区低温韧性重要与焊接热输入¶••⊿层间温度有关••。焊接热输入和层间温度的转变会导致焊接热循环的峰值¶••⊿温度相应转变,从而影响热影响区的金相组织••。研究表明,逆转变奥氏体有利于改良9%Ni钢焊接热影响区的低温韧性••。如峰值温度过高,会使逆转奥氏体数量大大减少,并产生粗大的贝氏体,从而使低温韧性降落••。逆转变奥氏体的减少与贝氏体组织的涌现,均会导致低温韧性的降低••。因此,实际焊接过程中,应当对热输入和层间温度进行严格的把持,尽量采用多层¶••⊿多道¶••⊿较小的热输入进行焊接,以使焊接接头的热影响区获得较多的逆转变奥氏体,减轻低温韧性的降落••。由于后续焊缝具有回火作用,逆转变奥氏体的数量会有所增长,可使韧性改良••。


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