LNG船液貨系統(tǒng)低溫管焊接工藝

于彩霞 孫海濤

LNG船液貨系統(tǒng)低溫管焊接工藝

于彩霞 孫海濤

【摘要】從焊工、焊材、工藝參數(shù)及檢測等方面控制焊接的各個環(huán)節(jié)，從而保證LNG液貨系統(tǒng)低溫不銹鋼管焊接質(zhì)量。其中，氬氣保護(hù)、熱輸入的控制及層間溫度控制是保證LNG液貨系統(tǒng)低溫不銹鋼管焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。

1. 概述

在LNG項目中，液貨系統(tǒng)是比較關(guān)鍵的裝置之一，我公司承接的LNG船液貨系統(tǒng)采用ASTM A312 316L奧氏體低溫不銹鋼，為保證液貨系統(tǒng)乃至整個船舶的安全性，必須保證低溫不銹鋼316L焊接質(zhì)量，加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)控。

2.焊接性分析

ASTM A312 TP316L是超低碳奧氏體不銹鋼，焊接性較好，但此項目工作溫度為-165℃，對其低溫韌性要求較高，而由于其導(dǎo)熱系數(shù)小而線膨脹系數(shù)大，焊接接頭在冷卻過程中容易形成較大的拉應(yīng)力，又因熱裂紋敏感性大，所以應(yīng)嚴(yán)格控制焊接熱輸入，一般不超過2.2kJ/mm。同時為提高焊縫的抗熱裂性和耐蝕性， 焊接時要特別注意焊接區(qū)的清潔， 避免有害元素滲入焊縫。此外，為了保證焊接接頭的塑性、韌性和耐蝕性， 還應(yīng)控制較低的層間溫度，一般≤150℃?；瘜W(xué)成分、力學(xué)性能及熔敷金屬力學(xué)性能如表1～表3所示。

3. 焊接工藝要求

（1）焊工 施焊焊工必須經(jīng)過理論和操作培訓(xùn)，經(jīng)考試合格后持有船級社頒發(fā)的焊工資格證書。持證焊工應(yīng)按認(rèn)可的等級進(jìn)行相應(yīng)位置的焊接施工，不得超出認(rèn)可范圍。

（2）焊接材料 船舶管系焊接用的焊條、焊絲等焊接材料原則上應(yīng)經(jīng)相應(yīng)船級社的認(rèn)可。焊條在使用前須按生產(chǎn)廠說明書的要求進(jìn)行焙烘。

（3）焊材匹配 我公司低溫不銹鋼316L用氬弧打底（焊材ST—316L），CO2焊蓋面（焊材AT—YJ316L）。

4. 焊前準(zhǔn)備

焊前應(yīng)將坡口表面及內(nèi)外兩側(cè)20mm以上范圍內(nèi)的油、水、銹及氧化皮等雜物清除干凈，不得有裂紋、夾層等表面缺陷。焊絲在使用前應(yīng)清除表面油污、銹蝕等。

表1　ASTM A312 TP316L化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）　　　?。?）

表2　ASTM A312 TP316L 力學(xué)性能

表3　熔敷金屬力學(xué)性能

定位焊應(yīng)采用與正式焊接相同的焊接材料和工藝要求。不銹鋼管定位焊時管內(nèi)要充氬保護(hù)。組裝時的臨時定位焊道最終應(yīng)打磨修整。將成為正式焊縫一部分的定位焊道，在正式焊縫焊接之前必須用打磨及銼等方法將起、

收弧點進(jìn)行光順處理，使其能與正式焊縫較好的熔合。正式焊縫焊接前應(yīng)檢查定位焊道，如存在氣孔或裂紋，則必須除掉重新焊接。

5. 焊接質(zhì)量控制

為保證焊接質(zhì)量，不銹鋼管的管/管、管件焊接前應(yīng)進(jìn)行預(yù)充氬，以排除管內(nèi)的空氣，使wO＜1%，允許整體或局部充氬。充氬時可使用泡沫塑料、有機(jī)玻璃等材料制成堵板，由于氬氣比空氣重，因此其進(jìn)氣口要低于出氣口。但此方法必須保證焊前和焊后堵板的安裝和拆卸，否則充氬時可在堵板位置貼上可溶性紙代替堵板，但應(yīng)注意要牢固粘貼。預(yù)充氬時的氣體流量應(yīng)控制在16～19L/min。充氬時用醫(yī)用膠布或透明膠帶把漏氣處（如坡口間隙、支管等處）封住。預(yù)充氬時間應(yīng)隨管徑增大、堵板距離增大而延長。

焊接過程中注意焊接參數(shù)的合理匹配。選用小熱輸入，控制在2.2kJ/mm以下，采用小電流快速焊。多層焊時層間溫度不宜太高，宜采用窄焊縫的操作，鎢極氬弧焊焊接參數(shù)如表4所示。焊接時要根據(jù)板厚、直徑等選擇相適應(yīng)的WPS。為保證焊縫背面成形質(zhì)量，打底焊道結(jié)束后，對剩余焊道的焊接仍需向管內(nèi)進(jìn)行充氬保護(hù)，其流量為16～19L/min，直至焊接完成。

起弧應(yīng)在坡口內(nèi)，避免表面損傷。不應(yīng)在前一道焊縫的弧坑處引弧。氬弧焊引弧時需使用高頻引弧，提前送氣。操作時，焊槍與工件之間保持75°～90°夾角。多層焊時的層間接頭要錯開，層間溫度≤150℃。熄弧時使用衰減電流，延時斷氣（時間在3s以上）后噴嘴才能離開熔池。收弧時應(yīng)注意操作手法，保證填滿弧坑。

焊接中有飛濺產(chǎn)生時，焊前應(yīng)在焊接區(qū)域外兩側(cè)100mm范圍內(nèi)的管壁外表面噴上防飛濺劑或涂上石灰漿。采用碳弧氣刨清理表面時，氣刨后的表面需用砂輪打磨干凈。wC＜0.003%的不銹鋼（超低碳）不應(yīng)用碳弧氣刨進(jìn)行清理。焊接過程中應(yīng)防止夾鎢現(xiàn)象，若出現(xiàn)夾鎢，應(yīng)立即予以消除。接頭處用膠布密封，不允許一次性揭掉，應(yīng)邊焊邊揭。外場作業(yè)要采取擋風(fēng)措施。

表4　鎢極氬弧焊焊接參數(shù)

表5　液貨系統(tǒng)低溫不銹鋼管探傷要求

6. 焊后檢測

（1）外觀檢測所有焊接接頭，包括根部側(cè)，只要有可能都應(yīng)進(jìn)行外觀檢測。焊縫的外觀應(yīng)符合公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，如CB/T 4000中國造船質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

（2）無損檢測具體要求如表5所示。射線檢測的焊縫須在外觀檢驗及必要修補之后方可進(jìn)行。焊縫的射線檢測應(yīng)符合如CCS船級社規(guī)范CB/T 3558“船舶鋼焊縫射線檢測工藝和質(zhì)量分級”的要求。

接頭需在外觀檢測及必要修補之后進(jìn)行磁粉/滲透檢測。焊縫的磁粉/滲透檢測應(yīng)符合如CCS船級社規(guī)范CB/T 3958“船舶鋼焊縫磁粉檢測、滲透檢測工藝和質(zhì)量分級”的要求。

（3）修補焊縫的檢測 任何通過檢測發(fā)現(xiàn)或者認(rèn)為不可接受的缺陷都必須通過機(jī)械或者碳弧氣刨的方法去除，然后由持證的焊工采用適合的焊接工藝進(jìn)行焊補。修補結(jié)束后，修補焊縫要按原檢測方法進(jìn)行重新檢測。

7.結(jié)語

LNG液貨系統(tǒng)低溫不銹鋼管焊接相對普通不銹鋼，要求-196℃低溫沖擊性能。通過合理焊材的選用，熱輸入控制在2.2k J/m m以下，層間溫度≤150℃，充分的氬氣保護(hù)，過程的嚴(yán)格控制及焊后的規(guī)范檢測，使低溫不銹鋼的焊接質(zhì)量完全可以保證。

20150214

作者簡介：于彩霞等，大連中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司。