LNG储罐9%Ni钢焊接技术难点分析及解决方案.doc

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1、LNG储罐9%Ni钢焊接技术难点分析及解决方案　　GLNG储罐i9%Ni钢焊接技术难点分析及解决方案摘要上海LNG事故备用站的2台50000m3LNG储罐为双层罐体结构，其中内罐材质为9%Ni钢，是本工程建设的核心。　　9%Ni钢具有优良的低温性能，焊接难度较大。　　我公司通过细致的研究，综合分析9%Ni钢焊接的难点和特点，制定了有效的焊接工艺措施，最终射线检测合格率达到99.5%以上，各项指标均满足设计和使用要求，顺利完成了该工程的施工。　　11、概述上海燃气集团LNG事故备用站扩建工程中的关键设备是2台50000m3LNG储罐，为双层罐体结构全包容储罐，可在天然气源发

2、生意外情况时提供上海10天的用气量。　　外罐为混凝土罐底及预应力钢筋混凝土罐壁（罐壁高度29.3m，内径54.8m），罐顶为钢顶及钢筋混凝土顶盖制成的复合拱顶；内罐为9%Ni钢制的自承式开顶罐（罐壁高度26.73m，内径52.5m），上方设置铝合金吊顶。　　内外罐之间设置5m高9%Ni钢焊制的壁角保护装置以及二级底板组成二级保护装置。　　每台储罐本体钢结构质量为1371.4t，其中9%Ni钢632t。　　内罐9%Ni钢的焊接是本次施工的核心，其焊接工作具有相当技术难度。　　22、焊接技术难点分析2.1焊接接头的低温韧性问题鉴于LNG储罐的使用条件，焊接接头需作-196℃低

3、温冲击试验，冲击韧性值要大于35J。　　由于9%Ni钢是经热处理提高性能的钢种，在焊接冶金反应和热循环的作用下，破坏了原始热处理状态，熔合线的成分及热影响区的组织发生变化，使低温韧性降低。　　2.2焊接热裂纹问题9%Ni钢具有一定的热裂纹敏感性，多产生于接近固相线的高温下，具有沿晶界分布的特征，有时也能在低于固相线的温度下沿着“多边化边界”形成，通常产生于焊缝金属内，也可能出现在接头熔合组织内。　　这与焊缝冷却过程中的应力状态、母材和焊材的化学成分及杂质元素含量有关。　　2.3焊接冷裂纹问题9%Ni钢也有一定的冷裂纹敏感性，其原因是应力、脆性组织和扩散氢含量过高。　　焊接

4、接头的应力主要包括拘束应力、组织应力和热应力，特别是在焊接第一层焊缝时，由于根部冷却速度较快，会导致拘束应力过大。　　过冷度较大时会在熔合线附近出现冷脆的马氏体带。　　坡口处的清洁度不够、焊条未充分烘干、施焊环境湿度过大等因素会导致焊缝中扩散氢含量过大。　　2.4焊接电弧磁偏吹问题9%Ni钢对磁化敏感，当使用直流焊机施焊时，会形成定向磁场，对9%Ni钢有磁化效应而产生剩磁。　　在焊接时就会有电弧磁偏吹现象。　　磁偏吹产生后会有一定的持续长度，可能会导致整条焊缝未熔合、未焊透和条状夹渣并存，严重影响焊接质量。　　33、相应问题的解决方案本项目中每台储罐9%Ni钢焊缝长度达6

5、500m，焊接工作量较大，为在保证焊接质量的同时提高焊接效率，内罐罐壁9%Ni钢壁板环焊缝全部采用埋弧自动焊设备施焊，壁板立焊采用焊条电弧焊。　　在施工过程中采取如下措施以保证9%Ni钢的焊接质量。　　3.1选用适用的工艺参数选用适用的工艺参数，保证9%Ni钢焊接接头的低温韧性。　　9%Ni钢焊接时，粗晶粒区、焊缝金属、熔合区的低温韧性有可能降低，采取的措施①选用较小的线能量与较低的层间温度。　　逆转奥氏体随焊接热循环的峰值温度的提高而减少，冷却速度减小，粗晶粒区会出现粗大的马氏体和奥氏体组织，逆转奥氏体的减少与贝氏体组织的出现，均会使低温韧性降低。　　因此焊接线能量大，

6、高温区停留时间长，过热区也宽，晶粒也越粗大，低温韧性会下降。　　本工艺采用较小的线能量，以减少高温区停留时间；采用较低的层间温度，以增加冷却速度；增加焊接层数，由于后续焊道起回火作用，能促使逆转奥氏体转化，以提高低温韧性。　　②选用适用的焊接材料，保证焊缝金属的低温韧性。　　选用镍基焊材，含镍量≥55%，焊材需具有优良的低温和常温韧性及塑性；具有良好的操作性能，因焊缝金属均为奥氏体组织，具有良好的低温韧性。　　现场施工照片见附图。　　3.2冷裂纹的防止措施①选用含Ni量高达55%的低碳型镍基焊材，焊接时虽有母材的稀释作用，但仍有足够多的奥氏体元素，能有效阻止碳迁移，避免熔

7、合区出现脆性组织。　　②使用线能量较小的焊接规范，控制热应力；不得强行组对，采用合理的焊接顺序，对称、同步施焊，减少拘束应力。　　③将焊口表面的水、油污及有机物清理干净，焊条进行充分的烘干，在雨雪天气或大气湿度超过90%时禁止施焊，尽量降低焊缝中扩散氢含量。　　3.3热裂纹的防止措施①焊接过程中采用较小的线能量，尽量缩短结晶过程，从而减少焊缝金属结晶过程中的低熔点杂质偏析量。　　②选用线膨胀系数与母材差异较小的焊材，减小焊接过程中不均匀热胀冷缩所产生的热应力。　　3.4电弧磁偏吹的防治措施电弧磁偏吹产生的主要原因是直流电源会产