9%Ni鋼全自動TT立焊焊接工藝開發(fā)

李連波，魯欣豫，任勝漢，蘇衍福，楊朝輝

（海洋石油工程股份有限公司，天津300461）

9%Ni鋼全自動TT立焊焊接工藝開發(fā)

李連波，魯欣豫，任勝漢，蘇衍福，楊朝輝

（海洋石油工程股份有限公司，天津300461）

目前國內(nèi)LNG儲罐建造中的9%Ni鋼立焊均采用焊條電弧焊，該焊接方法存在焊接效率低、勞動強度大、焊接煙塵對焊工人身危害較大等缺點。利用自主研發(fā)的小車進行9%Ni鋼全自動TT立焊焊接工藝開發(fā)，通過控制盒控制焊接，大幅度降低了焊工的勞動強度和煙塵危害，提高了焊接效率。開發(fā)的焊接工藝采用無鈍邊、無間隙組對，降低了坡口加工要求，免去背面氣保護，減少了背面清根量和焊縫填充量，節(jié)省了建造成本。無損檢測及焊后理化性能試驗結(jié)果表明，焊接接頭性能優(yōu)良，尤其是低溫沖擊韌性，從數(shù)值要求上看具有較大的裕量。

LNG；全自動；TIG焊接

0 前言

在目前的大型液化天然氣（簡稱LNG）儲罐的建造中，罐壁9%Ni鋼的主要焊接位置為橫焊和立焊。埋弧焊可解決LNG罐壁的橫焊焊接效率問題，并且焊縫質(zhì)量可靠；LNG罐壁的立焊基本采用焊條電弧焊[1-3]，雖然能夠保證焊接質(zhì)量，但是施工效率低、勞動強度大、煙塵大、對焊工身體損害較大。

本研究利用自主開發(fā)的一種用于9%Ni鋼立焊的TIP-TIG（TT）全自動焊接設備，進行全自動TT立焊焊接工藝開發(fā)。

1 焊接設備

9%Ni鋼全自動TT立焊焊接工藝使用TT焊機和自帶送絲機，機頭采用自主研發(fā)的焊接小車，帶動氬弧焊（TIG）焊槍，可以實現(xiàn)定幅擺動、定速前進、調(diào)節(jié)送絲速度、電弧自動跟蹤等功能。在焊接過程中，工人只需手持控制盒進行小車微調(diào)即可，大大降低了勞動強度。并且TIG焊幾乎不產(chǎn)生煙塵，對焊工身體損害較小。TIG焊的每道焊道基本上一次起弧、熄弧即可完成，在減小起弧、熄弧處的缺陷概率的同時，還節(jié)省了接頭打磨時間，提高了焊接效率。

2 試驗材料

2.1 母材及坡口形式

試驗母材為9%Ni鋼X7Ni9，采用機加工焊接坡口，保證加工精度和坡口內(nèi)無熱切割氧化層。正面焊接時采用氬氣為保護氣，但是試件背面無保護，氧化嚴重，導致背面清根任務重。因此坡口組對時采用無間隙無鈍邊組對。該坡口組對形式和常規(guī)TIG焊坡口組對的對比如圖1所示。

圖1 不同坡口組對情況對比Fig.1 Comparison on different groove assembly

全自動TT立焊坡口組對形式的優(yōu)點：①免去鈍邊加工，降低了坡口加工要求；②免除背面氣保護，在保證根部熔透的情況下減少背面氧化，減小背部清根量；③減小焊縫橫截面積，降低填充量，節(jié)省成本。以11 mm厚度的板材為例，該組對坡口截面積較常規(guī)組對形式的坡口截面積減小約1/3。若從整個儲罐建造來看，僅立焊能夠節(jié)省的工作量和焊材就非?？捎^。

2.2 焊材

全自動TT立焊工藝采用AWSA5.14ERNiCrMo-4鎳基焊材，主要化學成分如表1所示。

表1 焊材化學成分Table 1 Chemical composition of filler metal %

2.3 焊接參數(shù)

焊接工藝開發(fā)所用焊接參數(shù)如表2所示。

表2 全自動TT立焊焊接參數(shù)Table 2 Automatic TT vertical welding parameters

2.4 焊接過程中的問題及解決

由于全自動小車控制焊槍不及人工靈活，所以在焊接試驗過程中會遇到一些問題，可通過調(diào)整焊接參數(shù)及小車機構來解決。

（1）側(cè)壁熔合不良。在參數(shù)摸索過程中，發(fā)現(xiàn)坡口側(cè)有熔合不良現(xiàn)象，甚至在前后焊縫搭接處出現(xiàn)中空坑。可通過調(diào)整小車左右擺動極限停留時間和行走速度的配合來解決。

（2）夾鎢。通常因鎢極燒損而造成焊縫夾鎢。鎢極燒損一般發(fā)生在起弧或者熄弧時，電弧突然發(fā)生變化，導致焊絲熔滴到鎢極上，粘連鎢極和母材，從而發(fā)生鎢極燒損?？赏ㄟ^調(diào)整焊槍角度降低鎢極燒損，并且發(fā)生燒損后，仔細打磨發(fā)生燒損的焊縫。

3 結(jié)果分析

焊后進行無損檢驗，未發(fā)現(xiàn)超標焊接缺陷。根據(jù)文獻[4]要求取樣試件，并進行拉伸、彎曲、低溫沖擊、宏觀腐蝕及硬度等試驗。

（1）拉伸試驗。兩個剪截面拉伸試樣的拉伸強度分別為767 MPa、771 MPa，試樣斷裂于母材，拉伸試驗合格。

（2）彎曲試驗。由于試件的焊縫和母材材質(zhì)不同，兩者的屈服強度亦不同[5-6]，故必須取縱向彎曲試樣，保證彎曲試驗的可靠性。試驗采用直徑40 mm彎頭進行三點式彎曲，彎曲角度180°，彎曲試驗合格。

（3）低溫沖擊試驗。9%Ni鋼使用溫度為-165～-196℃[7]，因此需要在超低溫狀態(tài)下進行沖擊試驗。本次試驗溫度為-196℃，試樣在液氮中浸泡15 min以上。沖擊完畢后，測量斷裂試樣的側(cè)向膨脹量。試驗結(jié)果如表3所示。

表3 低溫沖擊試驗結(jié)果Table 3 CVN test result

由于試驗母材板厚為11 mm，經(jīng)實際測量只能取10 mm×5 mm截面的縮減沖擊試樣。按照規(guī)格書要求，此規(guī)格縮減試樣低溫沖擊后得到的實驗值符合要求（大于等于22.5 J），并有很大的裕量。

（4）宏觀腐蝕及硬度試驗。宏觀腐蝕測試后，焊縫未發(fā)現(xiàn)氣孔、夾雜、裂紋等缺陷，焊縫完整性良好。腐蝕后的焊縫如圖2所示。

圖2 宏觀腐蝕照片F(xiàn)ig.2 Macro-etch examination of weld

對試樣進行維氏硬度試驗，測得最大硬度值為334HV10，而標準[4，8]要求的最大硬度值為 450HV10，并未超標，硬度試驗符合要求。

4 結(jié)論

（1）開發(fā)的9%Ni鋼立焊焊接工藝采用全自動小車完成，能夠大幅度降低焊工的勞動強度和對焊工的身體損害，提高焊接施工效率。

（2）9%鋼全自動TT立焊焊接工藝坡口采用無鈍邊、無間隙組對，降低了坡口加工要求；免除背面氣保護，減少焊接時背面氧化量，減小背面清根量；降低焊材填充量，節(jié)省建造成本。

（3）全自動小車焊槍控制不如人工靈活，因此在焊接過程中會出現(xiàn)一些問題，如側(cè)壁熔合不良、夾鎢等，可通過調(diào)整參數(shù)及設備來解決。

（4）從焊后的無損檢驗及理化性能測試可以看出，焊接接頭性能十分優(yōu)良。在重要的低溫沖擊韌性方面具有較大的裕量。

[1]葉海明.5萬m3LNG儲罐9%Ni鋼的焊接和質(zhì)量控制[J].壓力容器，2010，27（2）：33-37.

[2]張中耀.LNG儲罐內(nèi)罐邊緣板單面焊工藝[J].石油和化工設備，2012，15（7）：34-37.

[3]黃淑女，王作乾.大型LNG儲罐中9%Ni鋼的焊接施工[J].石油工程建設，2010，36（5）：62-63.

[4]BS EN ISO 15614-1Specificationandqualificationofwelding procedures for metallic materials-Welding procedure test-Part1:Arc and gas welding of steels and arc welding of nickel and nickel alloys[S].

[5]AWS A5.14 Specification for nickel and nickel-alloy bare welding electrodes and rods[S].

[6]BS EN 10028-4 Flat productsmadeof steelsforpressurepur-poses-Part 4:Nickel alloy steels with specified low temperature properties[S].

[7]陳建平，遲紅艷，時焱，等.9Ni鋼混合氣體保護半自動焊焊接工藝[J].焊接技術，2009，38（9）：56-57.

[8]CR ISO 15608 Welding-Guidelines for a metallic material grouping system[S].

Development of fully automatic TT vertical welding welding process for 9%Ni Steel

LI Lianbo，LU Xinyu，REN Shenghan，SU Yanfu，YANG Chaohui
（Offshore Oil Engineering Co.，Ltd.，Tianjin 300461，China）

The welding processof9%Ni steelon LNGtank in China is SMAW，itsefficiency islow，the labor intensity is high and the welding fume is harm to welder.In this article，we use the automatic welding car to develop the vertical welding procedure of 9%Ni steel.Welding is controlledbyahandheldbox，thelaborintensityofthisweldingprocessislowerthanSMAW，buttheweldingefficiencyishigherthanSMAW，also there is little welding fume.The root face and root opening of the groove is zero，it reduces the machining request.It doesn't need back shielded gas as welding，and reduces the amount of back root gouge and back filling.According to the result of NDT and mechanical test，the performanceoftheweldisexcellent，especiallyontheCVNtoughness，andithasalargemarginfromthenumericalrequirements.

LNG；automatic；TIG welding

TG457

B

1001-2303（2017）10-0116-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.10.25

本文參考文獻引用格式：李連波，魯欣豫，任勝漢，等.9%Ni鋼全自動TT立焊焊接工藝開發(fā)[J].電焊機，2017，47（10）：116-118.

2015-10-22；

2017-06-23

李連波（1981—），男，工程師，碩士研究生，主要從事海洋工程結(jié)構陸地焊接工作及海洋工程水下焊接科研工作。E-mail：lamberleeky@aliyun.com。