半自動TT焊在低溫儲罐中的應(yīng)用優(yōu)勢

倪學(xué)志，許艷春，劉富鵬，李浩然

（1.海洋石油工程股份有限公司， 天津 300452）

（2.天津麥克企業(yè)管理服務(wù)有限公司， 天津 300451）

天然氣作為一種清潔能源，越來越受到社會上廣泛重視，很多國家都將LNG（液化天然氣）列為首選燃料。LNG全容式低溫儲罐，為雙壁儲罐形式，外罐采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)罐采用耐受低溫的X7Ni9鋼焊接而成，內(nèi)罐工作溫度為-165℃，工作環(huán)境惡劣，對內(nèi)罐的焊接質(zhì)量要求很高。

由于原有焊接工藝的限制，低溫儲罐內(nèi)罐立縫采用手工電弧焊，焊接質(zhì)量因焊工水平而異，導(dǎo)致立縫焊接質(zhì)量不穩(wěn)定。為解決該問題，提高儲罐立縫焊接質(zhì)量，某項目將TT焊接工藝引入內(nèi)罐壁板立縫焊接，解決焊接人為因素的影響，提高立縫焊接質(zhì)量。

1 半自動TT焊與手工電弧焊焊接優(yōu)劣對比

1.1 手工電弧焊的優(yōu)缺點

優(yōu)點：設(shè)備投資一次性投入低；全位置可達(dá)；焊縫組對精度質(zhì)量要求低。

缺點：焊工勞動強(qiáng)度大；施焊環(huán)境差；焊材用量大；焊接線能量大；焊接變形大等。

1.2 半自動TT焊接優(yōu)缺點

半自動TT焊接源于奧地利TIP、TIG焊接技術(shù)，其優(yōu)點為：焊工勞動強(qiáng)度低；施焊環(huán)境較好；焊材用量較少；焊接線能量小，焊接變形小；焊接質(zhì)量高。

缺點：設(shè)備投資一次性投入較高；焊縫組對精度質(zhì)量要求較高；使用位置受限。

2 低溫儲罐中半自動TT焊接與手工焊接射線檢測底片分析

2.1 手工電弧焊射線檢測底片分析

由于LNG低溫儲罐工作溫度為-165℃，目前大部分儲罐都使用X7Ni9鋼板作為內(nèi)罐的主體材料。X7Ni9鋼板含鎳量大約為8.5%～10%，手工焊焊條含鎳量大約為68.79%。在這種情況下，焊接完成后焊縫在底片上顯示圖像與普通碳鋼和不銹鋼焊縫底片區(qū)別較大。鎳元素在射線檢測過程中對射線吸收較大，在底片上的表現(xiàn)為含鎳元素部位黑度比不含鎳元素部位的黑度小。因此，焊縫部位較母材部位在觀片燈上表現(xiàn)偏亮。

手工電弧焊在鋼板X7Ni9的焊接過程中，易出現(xiàn)的內(nèi)部缺陷包括氣孔、夾渣、未熔合、裂紋和未焊透。以某項目單面V型坡口為例，坡口角度為60°、間隙3.2mm、鈍邊3.3mm、背面清根。由于焊材含鎳量遠(yuǎn)高于母材含鎳量，底片上熔合線的圖像對比碳鋼和不銹鋼會比較明顯；受透照角度、焊接熱輸入和稀有金屬的偏析現(xiàn)象影響；使得熔合線出現(xiàn)的焊縫區(qū)域不太穩(wěn)定，易誤判為未熔合；對底片評定造成較大影響。

2.2 半自動TT焊接射線檢測底片分析

半自動TT焊接屬于氬弧焊接的一種，因此在鋼板X7Ni9的焊接過程中可能出現(xiàn)的內(nèi)部缺陷包括氣孔、夾鎢、未熔合、未焊透和裂紋等缺陷。某項目TT焊接采用U型坡口組對焊接，以單面U型坡口為例，R2mm、邊長1.3-1.5mm、鈍邊2mm、角度8°、間隙0-1mm。X7Ni9鋼板含鎳量約為8.5%～10%，TT焊焊絲含鎳量約為59.23%。焊接完成后焊縫在底片上顯示圖像與普通碳鋼和不銹鋼焊縫底片區(qū)別不大。焊縫部位較母材部位在觀片燈上表現(xiàn)偏亮。

2.3 半自動TT焊接與手工焊接缺陷底片對比分析

(1)缺陷產(chǎn)生類型對比

在低溫儲罐立焊縫手工焊接過程中，由于手工焊施焊過程中人為操作對于焊接質(zhì)量影響較大，且需要大量的打磨工序，極易產(chǎn)生氣孔、夾渣和未熔合缺陷；由于藥皮清除不徹底易產(chǎn)生夾渣現(xiàn)象，背面需要清根，極少出現(xiàn)未焊透現(xiàn)象。半自動TT焊接屬于氬弧焊，無需清根和打磨，但在焊接過程中由于氬氣純度和周圍空氣流動等原因較易產(chǎn)生氣孔，鋼板震動或焊工失誤產(chǎn)生夾鎢缺陷，比例較少。

(2)射線底片圖像對比

某項目射線檢測采用歐盟標(biāo)準(zhǔn)，手工焊射線底片圖像焊縫部位較母材黑度較低，介于2.3～2.8之間，母材黑度在3.4～4.0之間，黑度對比較明顯。焊縫熔合線顯示較清晰，由于手工焊受人員影響較大，線能量較大且不穩(wěn)定，熔合線不太規(guī)律，極易產(chǎn)生誤判。半自動TT焊接底片圖像焊縫部位較母材黑度低，介于2.1～2.5之間，母材黑度3.5～4.4之間，黑度對比非常明顯。由于采用U型坡口，減少了焊材填充量，熔合線顯示較為清晰規(guī)律，不易產(chǎn)生誤判。

3 半自動TT焊接與手工焊接力學(xué)性能對比

(1)手工電弧焊力學(xué)性能

手工電弧焊縱向面彎背彎全部合格，拉伸試驗抗拉強(qiáng)度733MPa；5×10×55mm試樣-196℃焊縫沖擊吸收能量平均46J，側(cè)向膨脹量平均1.2；結(jié)果全部合格。

(2)半自動TT焊力學(xué)性能

半自動TT焊接縱向面彎背彎全部合格，拉伸試驗抗拉強(qiáng)度740MPa；5×10×55mm試樣-196℃焊縫沖擊吸收能量平均66J，側(cè)向膨脹量平均1.7；結(jié)果全部合格。

4 結(jié)語

半自動TT焊接與手工焊接在低溫儲罐立縫焊接相比，TT焊接具有焊工勞動強(qiáng)度低，施焊環(huán)境較好，焊材用量較少，焊接線能量和變形小，焊接質(zhì)量好，焊接速度快等優(yōu)點。從力學(xué)性能對比結(jié)果看，TT焊的各項性能指標(biāo)都優(yōu)于傳統(tǒng)手工電弧焊接，焊縫沖擊韌性較好，焊縫質(zhì)量更高。在射線檢測底片分析方面，TT焊底片評定較為容易，焊縫缺陷較少，偽顯示較少，提高了底片評定效率。因此，在低溫儲罐縱焊縫焊接方面，半自動TT焊接無論從施工難易程度、檢測效率、焊縫質(zhì)量、施工效率和力學(xué)性能都優(yōu)于傳統(tǒng)手工焊接，具有很大的應(yīng)用潛力，值得推廣。

◆參考文獻(xiàn)

[1] 蔡文剛. TIP TIG焊接工藝在LNG儲罐9%鎳鋼焊接中的應(yīng)用[J].石化技術(shù)，2019，(2)：48.

[2] 蘇衍福，任勝漢，劉伯勝，等. LNG低溫儲罐用9%Ni鋼不同焊接工藝對比研究[J].金屬加工（熱加工），2017，(18)：56-58.