李應(yīng)欽，陳學(xué)密

青島越洋工程咨詢有限公司，山東青島266071

16萬(wàn)m3LNG儲(chǔ)罐焊接工藝評(píng)定的熱點(diǎn)問(wèn)題

李應(yīng)欽，陳學(xué)密

青島越洋工程咨詢有限公司，山東青島266071

文章結(jié)合國(guó)內(nèi)某液化天然氣接收站工程16萬(wàn)m3LNG儲(chǔ)罐建設(shè)實(shí)際，對(duì)LNG儲(chǔ)罐焊接工藝評(píng)定過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，認(rèn)為：設(shè)計(jì)文件補(bǔ)加重要因素和試件檢驗(yàn)項(xiàng)目不符合NB/T47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》，評(píng)定結(jié)果不具備省略、覆蓋和替代范圍；對(duì)9%Ni鋼及其焊材應(yīng)按焊接工藝評(píng)定規(guī)則分類分組，以保證評(píng)定結(jié)果的通用性；未按預(yù)焊接工藝規(guī)程中最大焊接熱輸入量進(jìn)行的焊接工藝評(píng)定為無(wú)效評(píng)定，無(wú)法滿足工程實(shí)際需要。并對(duì)16萬(wàn)m3LNG儲(chǔ)罐焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化選擇，給出了推薦的焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目。

LNG儲(chǔ)罐；9%Ni鋼；焊接工藝評(píng)定；優(yōu)化選擇

1 LNG儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)及材質(zhì)

在國(guó)內(nèi)已建和在建的LNG接收站項(xiàng)目中，普遍采用16萬(wàn)m3的平底雙壁圓柱形地上全容式LNG儲(chǔ)罐。以國(guó)內(nèi)某液化天然氣接收站工程為例，LNG儲(chǔ)罐外罐為混凝土罐底及預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土罐壁，外罐內(nèi)壁設(shè)置有厚度為5 mm的16MnDR鋼板焊制的防潮襯板，包括壁板、底板以及壁板、底板連接處圓弧形的轉(zhuǎn)角板。該外壁防潮襯板通過(guò)外壁混凝土中預(yù)埋的網(wǎng)格狀Q345D埋件（150 mm×12 mm鋼板）與外壁墻連接。外罐罐頂為鋼穹頂及鋼筋混凝土灌注覆蓋的復(fù)合拱頂，鋼穹頂通過(guò)外罐壁頂部預(yù)埋的T形承壓環(huán)與外罐混凝土墻壁連接。與LNG直接接觸的內(nèi)罐為9%Ni鋼制的自支撐式單壁鋼質(zhì)敞頂罐，內(nèi)罐上方設(shè)置鋁合金吊頂以便在吊頂上安裝絕熱材料。在內(nèi)、外罐空間底部設(shè)置5 m高的由9%Ni鋼焊制的熱角保護(hù)裝置及二層底板，在內(nèi)罐泄漏時(shí)可用此中間罐起保護(hù)作用。內(nèi)、外罐之間用彈性玻璃毯及膨脹珍珠巖填充絕熱，在內(nèi)罐底板、次級(jí)底板和防潮屏蔽底板之間分別用泡沫玻璃磚和混凝土砂漿填充或找平。為保證構(gòu)件的安裝及穹頂混凝土結(jié)構(gòu)的施工，在防潮襯板埋件、承壓環(huán)、穹頂蒙皮板外側(cè)、穹頂接管等部位外側(cè)，植焊有ML15AL或304材質(zhì)的錨釘。基于將嚴(yán)重泄漏風(fēng)險(xiǎn)降至最低的原則，所有入口和出口，包括儲(chǔ)罐物料進(jìn)出口、人員進(jìn)出口、安全泄放口、儀表控制口等接管均通過(guò)穹頂與儲(chǔ)罐連接。

根據(jù)設(shè)計(jì)文件，16萬(wàn)m3LNG儲(chǔ)罐的幾何體積為17.28萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)工作溫度-170℃。由于9%Ni鋼制內(nèi)罐與深冷的液化天然氣直接接觸，這就對(duì)LNG儲(chǔ)罐用金屬材料及其焊接接頭的低溫性能提出了嚴(yán)格的要求。為保證按擬采用的焊接工藝建造的LNG儲(chǔ)罐各焊接接頭的性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)在產(chǎn)品焊接前，按擬采用的各種焊接工藝的各項(xiàng)焊接參數(shù)制造試驗(yàn)接頭，并對(duì)這些接頭進(jìn)行包括破壞性試驗(yàn)在內(nèi)的各種檢驗(yàn)，以確定擬使用的焊接工藝的正確性。這種“為驗(yàn)證所擬定的焊件焊接工藝的正確性而進(jìn)行的試驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果評(píng)定”，即為焊接工藝評(píng)定。

2 設(shè)計(jì)文件對(duì)焊接工藝評(píng)定的要求

2.1 對(duì)X7Ni9（9%Ni）鋼焊接工藝評(píng)定的一般要求

9%Ni鋼是含鎳量為8.5%～9.5%的超低溫鋼，在-196℃超低溫下具有良好的強(qiáng)韌性匹配。9%Ni鋼材料的主要標(biāo)準(zhǔn)有：ASTM A553《壓力容器用9%Ni鋼板》（材料牌號(hào)：A553）、EN 10028-4《低溫鎳基鋼板》（材料牌號(hào)：X7Ni9）、JIS G 3127《低溫壓力容器用鎳鋼板》（材料牌號(hào)：SL9N 590）、GB 24510《低溫壓力容器用9%Ni鋼板》（材料牌號(hào)：9Ni490、9Ni590A、9Ni590B），在國(guó)內(nèi)的工程應(yīng)用中，一般將以上鋼材統(tǒng)稱為9%Ni鋼。LNG儲(chǔ)罐焊接工藝評(píng)定的重點(diǎn)是9%Ni鋼的焊接工藝評(píng)定。

對(duì)X7Ni9鋼的焊接工藝評(píng)定，除了NB/T 47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》規(guī)定的重要因素以外，下列情況也作為重要因素考慮：

（1）鋼板的商標(biāo)牌號(hào)變化或生產(chǎn)工藝變化。

（2）焊接材料的商標(biāo)牌號(hào)變化。

（3）焊條/焊絲直徑的變化。

（4）對(duì)厚度≥12.5 mm的特定坡口，焊接道數(shù)變化超過(guò)±25%。

（5）焊接位置的改變。

2.2 對(duì)X7Ni9鋼焊接工藝評(píng)定的補(bǔ)充要求

X7Ni9鋼內(nèi)罐焊接工藝評(píng)定除滿足NB/T 47014-2011、EN 14620:2006《工作溫度介于0～-165℃的冷凍液化氣體現(xiàn)場(chǎng)組裝立式圓筒形平底鋼質(zhì)儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)與建造》的相關(guān)要求外，還應(yīng)補(bǔ)充下列試驗(yàn)項(xiàng)目和評(píng)定報(bào)告：

（1）焊接接頭拉伸試驗(yàn)補(bǔ)充屈服強(qiáng)度測(cè)定。

（2）全焊縫拉伸試驗(yàn)（測(cè)定屈服強(qiáng)度Rel/抗拉強(qiáng)度Rm、延伸率）、全焊縫彎曲試驗(yàn)。

（3）罐壁環(huán)焊縫焊條電弧焊修補(bǔ)試驗(yàn)。

（4）罐底與罐壁T形接頭彎曲試驗(yàn)、罐底與罐壁T形接頭角焊縫試驗(yàn)（外觀檢查、宏觀金相檢驗(yàn)）。

（5）罐底搭接角焊縫試驗(yàn)。

（6）罐底帶墊板對(duì)接焊縫試驗(yàn)。

2.3 X7Ni9鋼焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)目及合格指標(biāo)

（1）檢測(cè)試驗(yàn)項(xiàng)目。對(duì)接焊縫：VT、PT、RT、拉伸（Rel、Rm）、彎曲、沖擊硬度（-196℃）；全焊縫：VT、PT、RT、拉伸（Rel和Rm）、彎曲；角焊縫：VT、PT、宏觀金相檢驗(yàn)（檢查斷面缺陷）、尺寸、硬度；罐底與罐壁T形接頭彎曲試驗(yàn)；帶墊板對(duì)接焊縫：VT、PT、宏觀金相檢驗(yàn)（檢查斷面缺陷）。

（2）拉伸、沖擊合格指標(biāo)。X7Ni9鋼焊接接頭力學(xué)性能指標(biāo)見(jiàn)表1，最小沖擊功指標(biāo)見(jiàn)表2。

表1 X7Ni9鋼焊接接頭（包括全焊縫）室溫力學(xué)性能指標(biāo)

表2 X7Ni9鋼焊接接頭最小沖擊功指標(biāo)（V型缺口）

（3）全焊縫拉伸延伸率合格指標(biāo)不低于35%。

（4）硬度試驗(yàn)合格指標(biāo)為不大于400 HV10（目標(biāo)值為不大于360 HV10）。

2.4 對(duì)罐壁立縫、環(huán)縫焊條電弧焊修補(bǔ)焊焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)的要求

采用厚度為16～24.3 mm的鋼板，對(duì)經(jīng)手工電弧焊或埋弧橫焊的罐壁縱縫、環(huán)縫進(jìn)行手工電弧焊一次和二次修補(bǔ)，制作試樣進(jìn)行力學(xué)性能及宏觀金相檢驗(yàn)。

3 設(shè)計(jì)對(duì)焊接工藝評(píng)定要求中存在的問(wèn)題

3.1 設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題

本工程LNG儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)采用的標(biāo)準(zhǔn)是EN 14620：2006，該標(biāo)準(zhǔn)中引用多項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)均為歐盟標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于在國(guó)內(nèi)建造、使用的設(shè)備，此標(biāo)準(zhǔn)給材料采購(gòu)、設(shè)備制造、檢驗(yàn)、驗(yàn)收等帶來(lái)諸多不便。

目前國(guó)內(nèi)已發(fā)布的LNG儲(chǔ)罐專門標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 26978.1～5-2011《現(xiàn)場(chǎng)組裝立式圓筒平底鋼質(zhì)液化天然氣儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)與建造》（第1～第5部分），該標(biāo)準(zhǔn)修改采用EN 14620：2006，僅刪除了與液化天然氣無(wú)關(guān)的內(nèi)容，其他內(nèi)容均采用EN 14620:2006的翻譯原文；其中對(duì)焊工資質(zhì)和焊接工藝評(píng)定的技術(shù)要求按EN 287-1《焊工評(píng)定熔焊第1部分：鋼》和EN 288《金屬材料焊接工藝評(píng)定》。

參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)或編制國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，是提高我國(guó)工業(yè)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)水平的重要手段，但同時(shí)應(yīng)考慮我國(guó)的實(shí)際情況，使技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)文件符合中國(guó)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)體系。LNG儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)文件和GB/T 26978標(biāo)準(zhǔn)，可以采用EN 14620國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)理念，但其基本材料、制造、檢驗(yàn)和監(jiān)督等配套標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)首先采用或符合國(guó)內(nèi)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)體系，以免給標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)文件使用各方帶來(lái)困擾。

3.2 焊接工藝評(píng)定與焊工技能考試的問(wèn)題

對(duì)于承壓設(shè)備的合格焊縫，一是接頭性能應(yīng)符合要求，二是焊縫沒(méi)有超標(biāo)缺陷。焊接接頭的使用性能由評(píng)定合格的焊接工藝來(lái)保證，而沒(méi)有超標(biāo)缺陷的焊縫則靠技能評(píng)定合格的焊工來(lái)保證，這就是焊接工藝評(píng)定與焊工技能評(píng)定之間的關(guān)系，即焊接工藝評(píng)定目的在于確定焊接接頭的使用性能，而不在于確定焊工的操作技能。

NB/T47014是保證焊接接頭力學(xué)性能的焊接工藝評(píng)定規(guī)則，焊接位置的改變并不一定會(huì)引起焊接接頭力學(xué)性能的改變，而焊工在不同焊接位置的焊接中能否得到同樣沒(méi)有超標(biāo)缺陷的焊縫，則是焊工技能評(píng)定的問(wèn)題。在設(shè)計(jì)文件中，將焊接位置的改變當(dāng)作焊接工藝評(píng)定重要因素的改變，要求對(duì)實(shí)際焊接過(guò)程中可能用到的每種焊接方法的每個(gè)焊接位置都進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，顯然是混淆了焊接工藝評(píng)定與焊工技能考試的關(guān)系。

3.3 關(guān)于補(bǔ)加重要因素和試件檢驗(yàn)項(xiàng)目的問(wèn)題

NB/T47014重新評(píng)定焊接工藝的判斷準(zhǔn)則是某一焊接條件的變更是否影響焊接接頭力學(xué)性能。影響接頭性能的焊接工藝因素包括焊接方法、接頭、母材、填充金屬、焊接位置、預(yù)熱、焊后熱處理、氣體、電特性和技術(shù)措施等10類，而每類工藝因素又包括若干種不同的焊接工藝因素。在實(shí)際焊接過(guò)程中，焊接工藝因素的變化是不可避免的，要求評(píng)定使用的所有焊接工藝因素與產(chǎn)品使用的情況完全一致是不現(xiàn)實(shí)的。這就要求我們對(duì)焊接工藝因素變化影響焊接接頭性能變化的范圍大小進(jìn)行研究，制訂一個(gè)可以接受的標(biāo)準(zhǔn)以減少焊接工藝評(píng)定的數(shù)量。也就是說(shuō)，當(dāng)任一焊接因素的變化引起的焊接接頭力學(xué)性能變化處于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍之內(nèi)時(shí)，則不需要重新進(jìn)行焊接工藝評(píng)定。

在NB/T47014等焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的評(píng)定規(guī)則、參數(shù)劃分、鋼材分類分組、焊接位置、厚度替代、熱處理類別等，都是圍繞焊接工藝因素的改變是否影響焊接接頭力學(xué)性能或是對(duì)焊接接頭力學(xué)性能的影響程度這個(gè)準(zhǔn)則。所有的焊接工藝評(píng)定規(guī)則，都是在可靠驗(yàn)證焊接工藝正確性的前提下制訂的，目的是盡量減少焊接工藝評(píng)定數(shù)量，如果將任何焊接工藝因素的改變都作為重新進(jìn)行焊接工藝評(píng)定依據(jù)的話，焊接工藝評(píng)定也就失去了自身價(jià)值，也是無(wú)法實(shí)施的。比如，設(shè)計(jì)文件中要求鋼板、焊接材料商標(biāo)牌號(hào)變化時(shí)需要重新進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，那么同一牌號(hào)的鋼板或者填充金屬的爐批號(hào)的改變是否也要重新進(jìn)行焊接工藝評(píng)定；對(duì)于返修焊縫，已經(jīng)進(jìn)行了一、二次返修的焊接工藝焊接評(píng)定后，如果又遇到了三次或者四次返修，是否還要進(jìn)行三次、四次返修的焊接工藝評(píng)定。

焊接工藝評(píng)定是一項(xiàng)復(fù)雜而細(xì)致的工作，只能也必須是嚴(yán)格按評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。設(shè)計(jì)文件中補(bǔ)加的焊接工藝評(píng)定重要因素和試件檢驗(yàn)項(xiàng)目都不是標(biāo)準(zhǔn)中的內(nèi)容，標(biāo)準(zhǔn)中也沒(méi)有對(duì)這些增加檢驗(yàn)內(nèi)容的檢驗(yàn)方法、合格指標(biāo)及適用范圍作出規(guī)定。根據(jù)這些補(bǔ)加項(xiàng)目進(jìn)行的焊接工藝評(píng)定，其評(píng)定結(jié)果不能說(shuō)是符合NB/T47014要求的，對(duì)所要求增加的檢驗(yàn)要求，也只是對(duì)所施焊的試件有效，并不具備省略、覆蓋和替代范圍的功能，即不是通用性的。

焊接工藝評(píng)定的基礎(chǔ)是鋼材的焊接性能，對(duì)焊縫的硬度檢測(cè)、屈服強(qiáng)度測(cè)定、全焊縫拉伸試驗(yàn)、補(bǔ)焊焊縫力學(xué)性能檢驗(yàn)等都是焊接性能試驗(yàn)范圍，設(shè)計(jì)單位應(yīng)在設(shè)計(jì)文件形成之前進(jìn)行，承建單位應(yīng)在焊接工藝評(píng)定之前進(jìn)行，或通過(guò)查找資料、咨詢同行、由材料生產(chǎn)單位提供等方式獲得，不應(yīng)再列入焊接工藝評(píng)定。

NB/T47014采用緊湊型帶肩板形拉伸試樣，其特點(diǎn)是試樣受拉伸的平行部分很短，通常等于焊縫寬度加上12 mm，實(shí)質(zhì)上是焊縫寬度加熱影響區(qū)寬度，兩側(cè)立即以R=25 mm的圓弧過(guò)渡到夾持部分，其目的是強(qiáng)迫拉伸試樣在焊接接頭內(nèi)（焊縫區(qū)、熔合區(qū)和熱影響區(qū)）斷裂，以測(cè)定焊接接頭的Rm值。9%Ni鋼一般采用強(qiáng)度低于母材的鎳基焊材，試樣的拉伸必然由焊縫承擔(dān)，因而沒(méi)有必要進(jìn)行全焊縫金屬拉伸試驗(yàn)；并且焊接工藝評(píng)定考核的是焊接接頭拉伸性能，全焊縫拉伸試驗(yàn)合格與否與焊接接頭拉伸試驗(yàn)無(wú)關(guān)。

承建單位按設(shè)計(jì)文件要求，對(duì)9%Ni鋼2G埋弧橫焊、3G手工電弧焊焊接接頭分別進(jìn)行一次、二次修補(bǔ)焊焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)，試樣規(guī)格為10 mm×10 mm× 55 mm，溫度為-196℃，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 X7Ni9鋼修補(bǔ)焊縫焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)結(jié)果

從上表中可以看出，多次修補(bǔ)對(duì)焊接接頭力學(xué)性能影響不大，且規(guī)律性不強(qiáng)；另外，沖擊吸收功與側(cè)向膨脹量之間也沒(méi)有規(guī)律性的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)沖擊韌性的判定仍應(yīng)按NB/T47014，以沖擊吸收功表示為宜。

而設(shè)計(jì)文件中將鋼板、焊接材料商標(biāo)牌號(hào)變化、鋼板生產(chǎn)工藝變化等作為焊接工藝評(píng)定重要因素，分析認(rèn)為主要是基于對(duì)鋼材和焊材質(zhì)量的擔(dān)心，但這應(yīng)該通過(guò)訂貨技術(shù)協(xié)議對(duì)母材、焊材質(zhì)量的嚴(yán)格要求予以解決。

4 承建單位焊接工藝評(píng)定中存在的問(wèn)題

4.1 母材及焊材分類

根據(jù)NB/T47014-2011，焊接工藝評(píng)定所用母材應(yīng)按該標(biāo)準(zhǔn)表1進(jìn)行分類分組，對(duì)填充金屬應(yīng)按該標(biāo)準(zhǔn)表2～表5進(jìn)行分類。對(duì)母材和焊材進(jìn)行分類分組的目的是擴(kuò)大焊接工藝評(píng)定適用范圍，減少焊接工藝評(píng)定數(shù)量。

本工程1#、2#、3#LNG儲(chǔ)罐采用EN 10028-4牌號(hào)X7Ni9的9%Ni鋼板，4#儲(chǔ)罐采用GB 24510牌號(hào)9Ni590B的9%Ni鋼板。因LNG儲(chǔ)罐承建單位的焊接工藝評(píng)定報(bào)告中，沒(méi)有按NB/T47014對(duì)9%Ni鋼母材和其所用鎳基填充金屬分類分組，也就不存在同組別號(hào)母材的焊接工藝評(píng)定替代，導(dǎo)致對(duì)X7Ni9鋼進(jìn)行的焊接工藝評(píng)定對(duì)9Ni590B鋼無(wú)效，4#儲(chǔ)罐施工前必須重新評(píng)定。

在NB/T 47014-2011表1母材分類分組中，將含Ni為3%的低溫鋼劃分為Fe-9B類，但未列入含Ni為9%的9%Ni鋼。在該標(biāo)準(zhǔn)表2焊條分類中將包括E NiCrMo-6等在內(nèi)的鎳基類鎳鉻鐵合金焊條和鎳鉻鉬合金焊條劃分為NiT-3類，但在該標(biāo)準(zhǔn)表4埋弧焊焊絲分類和表5埋弧焊劑分類中未列入包括ER NiCrMo-3等在內(nèi)的鎳鉻鉬合金埋弧焊焊絲及其焊劑。針對(duì)以上情況，承建單位應(yīng)按NB/T 47014-2011附錄B《母材、填充金屬和焊接方法的補(bǔ)充規(guī)定》，制訂供本單位使用的焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)上述母材、填充金屬進(jìn)行分類；其中對(duì)符合不同標(biāo)準(zhǔn)的各牌號(hào)9%Ni鋼，建議按該標(biāo)準(zhǔn)表1的分類原則，將其均劃分為Fe-9C類別。

4.2 PQR未按pWPS中焊接參數(shù)最大值評(píng)定

按照NB/T 47014的評(píng)定規(guī)則，預(yù)焊接工藝規(guī)程（pWPS）中的焊接參數(shù)應(yīng)為實(shí)際施焊過(guò)程中可能用到的范圍值。焊接工藝評(píng)定應(yīng)按pWPS中的極限參數(shù)，如最大焊接電流、最大焊接電壓、最小焊接速度、最小預(yù)熱溫度、最高層間溫度進(jìn)行。這樣才能驗(yàn)證pWPS的正確性，并保證評(píng)定合格的焊接工藝的適用性。

而在承建單位的關(guān)于9%Ni鋼的焊接工藝評(píng)定報(bào)告（PQR）中，其焊接參數(shù)的極限值小于pWPS中焊接參數(shù)的極限值。從中可以看出，該P(yáng)QR未按pWPS中最大焊接參數(shù)（最大焊接熱輸入量）進(jìn)行，且未按每層焊道分別填寫具體參數(shù)值，該焊接工藝評(píng)定無(wú)法驗(yàn)證pWPS的正確性，為無(wú)效評(píng)定。承建單位的出發(fā)點(diǎn)是為了保證9%Ni鋼焊接工藝評(píng)定值符合設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)要求值，采用了盡量小的焊接參數(shù)（焊接電流、焊接速度、層間溫度），但這樣的焊接工藝評(píng)定也就失去了其進(jìn)行的價(jià)值，經(jīng)其評(píng)定的理想化的焊接工藝也無(wú)法適應(yīng)工程實(shí)際需要。

4.3 PQR未填寫焊接熱輸入量

焊接熱輸入量為PQR的重要內(nèi)容，PQR必須填寫按施焊記錄計(jì)算出的施焊最大熱輸入量。其具體填寫位置在NB/T 47014和原JB/T 4708的PQR推薦表格中均未明確給出，按JB/T 4708-2000的釋義，其具體填寫位置應(yīng)在推薦表格中“電特性”項(xiàng)的“其他”欄。

4.4 試件預(yù)熱溫度未填寫或填寫錯(cuò)誤

預(yù)熱溫度比已評(píng)定合格值低50℃屬重要因素改變，無(wú)論試件施焊前預(yù)熱與否，焊接工藝評(píng)定始焊接處的母材溫度均為“試件預(yù)熱溫度”，該值應(yīng)填寫具體值。如對(duì)室溫25℃未焊前預(yù)熱試件，應(yīng)填寫為“25℃（室溫）”。

4.5 埋弧焊焊材型號(hào)填寫錯(cuò)誤

pWPS表格中埋弧焊焊材型號(hào)應(yīng)按NB/T 47014-2011表5要求填寫為焊絲、焊劑組合后的型號(hào)，即應(yīng)表征出焊絲、焊劑組合后熔敷金屬能達(dá)到的抗拉強(qiáng)度和沖擊韌性（V型缺口沖擊吸收功）。

5 9%Ni鋼焊接工藝評(píng)定中應(yīng)注意的其他問(wèn)題

5.1 拉伸試樣合格指標(biāo)

9%Ni鋼的焊接一般采用鎳基的鎳鉻鐵合金或鎳鉻鉬合金焊材，屬于NB/T47014-2011中規(guī)定的“室溫抗拉強(qiáng)度低于母材的焊縫強(qiáng)度”，其試樣的拉伸強(qiáng)度不能按母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抗拉強(qiáng)度下限值，而應(yīng)按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)計(jì)文件規(guī)定的焊縫金屬抗拉強(qiáng)度最低值。

5.2 彎曲試驗(yàn)形式及試件母材厚度適用于焊件母材厚度的有效范圍

按NB/T 47014-2011表11“注2）”，9%Ni鋼試件焊縫屬“焊縫金屬和母材之間的彎曲性能有顯著差別”，彎曲試驗(yàn)應(yīng)采用縱向彎曲。同時(shí)其對(duì)接焊縫試件母材厚度所適用的焊件母材厚度也應(yīng)按NB/T 47014-2011表8執(zhí)行，即當(dāng)試件母材厚度T＞10 mm時(shí)，適用于焊件母材厚度的最大值均為2T，而不按該標(biāo)準(zhǔn)的表7執(zhí)行。

5.3 埋弧橫焊打底焊道開(kāi)裂問(wèn)題

LNG儲(chǔ)罐內(nèi)罐9%Ni鋼環(huán)縫一般采用埋弧橫焊焊接。對(duì)厚板的埋弧橫焊打底焊，當(dāng)焊接速度較大時(shí)，極易產(chǎn)生沿整條焊道中心的縱向開(kāi)裂（見(jiàn)圖1），其主要原因?yàn)椋?/p>

（1）焊接速度大時(shí)，打底焊道為表面下凹的薄層，焊縫承載能力弱。

（2）打底層焊接時(shí)，周圍母材金屬溫度相對(duì)較低，焊接速度越高、焊道厚度越薄，熔池冷卻速度越快，焊縫在冷卻過(guò)程中受到的拉應(yīng)力也就越大。

（3）焊接坡口的存在導(dǎo)致在坡口根部打底焊道形成應(yīng)力集中。

針對(duì)以上問(wèn)題，9%Ni鋼埋弧橫焊打底焊時(shí)應(yīng)采用較低的焊接速度，同時(shí)可加大焊絲直徑，以增大焊肉厚度，提高焊道承載力，降低焊縫冷卻速度和焊接拉應(yīng)力。

圖1 埋弧橫焊打底焊焊道縱向裂紋

6 推薦的16萬(wàn)m3LNG儲(chǔ)罐焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目

為充分利用焊接工藝評(píng)定規(guī)則，在保證焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目覆蓋全部產(chǎn)品的同時(shí)避免和減少覆蓋范圍的重疊，達(dá)到減少焊接工藝評(píng)定數(shù)量目的，根據(jù)設(shè)計(jì)文件和NB/T 47014-2011，對(duì)本工程16萬(wàn)m3LNG儲(chǔ)罐焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目進(jìn)行了優(yōu)化和整合，推薦的焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目見(jiàn)表4和表5。其中：

（1）對(duì)9%Ni鋼內(nèi)罐壁板第1帶至第9帶環(huán)焊縫采用埋弧橫焊，第10帶壁板因鋁吊頂影響橫焊機(jī)導(dǎo)致無(wú)操作位置，采用手工電弧焊。

（2）內(nèi)罐立縫及其余9%Ni鋼焊縫采用手工電弧焊。

（3）為消除磁偏吹及細(xì)化晶粒，9%Ni鋼SMAW、SAW焊接均采用交流電源（AC）。

（4）焊后不經(jīng)過(guò)高于上轉(zhuǎn)變溫度的熱處理或不銹鋼不經(jīng)過(guò)固溶處理時(shí)，經(jīng)評(píng)定合格的焊接位置改變?yōu)橄蛏狭⒑笧橹匾蛩馗淖?。為適應(yīng)儲(chǔ)罐現(xiàn)場(chǎng)施工需要，對(duì)手工電弧焊焊接工藝評(píng)定采用立向上焊接（3G）位置。

（5）304材質(zhì)錨釘?shù)闹埠敢约?04材質(zhì)表面植焊錨釘時(shí)采用手工電弧焊，其余錨固件采用螺柱焊。螺柱焊時(shí)，改變螺柱焊端部的尺寸或形狀及增加焊接位置均屬于重要因素改變，故對(duì)每種直徑焊釘?shù)拿糠N焊接位置均進(jìn)行焊接工藝評(píng)定。

表4 LNG儲(chǔ)罐SW焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目示例

（6）通過(guò)以上對(duì)焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目的優(yōu)化選擇，按照NB/T 47014，對(duì)采用SMAW、SAW、GTAW、GMAW和SW常規(guī)焊接工藝的16萬(wàn)m3LNG儲(chǔ)罐，僅需19個(gè)焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目即可達(dá)到對(duì)儲(chǔ)罐焊接工藝評(píng)定的全覆蓋。

表5 LNG儲(chǔ)罐SMAW、SAW、GTAW、GMAW焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目示例

7 結(jié)束語(yǔ)

焊接工藝評(píng)定是保證焊接質(zhì)量的重要措施，LNG儲(chǔ)罐的焊接工藝評(píng)定也是業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)、承建單位等儲(chǔ)罐建造各方關(guān)注的重點(diǎn)。NB/T47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》是一個(gè)專業(yè)性與實(shí)踐性都很強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)，要真正認(rèn)識(shí)與理解焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)需要豐富的專業(yè)知識(shí)和焊接工藝評(píng)定實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，相對(duì)于專業(yè)的承壓設(shè)備設(shè)計(jì)與制造單位，LNG儲(chǔ)罐建造各方對(duì)焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的理解程度及實(shí)踐能力普遍有所欠缺。對(duì)LNG儲(chǔ)罐的焊接工藝評(píng)定，應(yīng)在認(rèn)真學(xué)習(xí)并真正理解焊接工藝評(píng)定原理及規(guī)則的前提下，嚴(yán)格按承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，以保證評(píng)定程序、結(jié)果的正確性，以及焊接工藝評(píng)定報(bào)告的適用性、通用性。同時(shí)要合理運(yùn)用評(píng)定規(guī)則，對(duì)焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目進(jìn)行合理的優(yōu)化選擇，在保證可靠驗(yàn)證焊接工藝正確性的前提下最大限度避免評(píng)定覆蓋范圍的重疊，減少工藝評(píng)定數(shù)量；另一方面也避免因工藝評(píng)定項(xiàng)目選擇不當(dāng)而導(dǎo)致漏做或需要多做焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目。

Hotspot Issues of Welding Procedure Qualification for 160 000 m3L NG Storage Tank

LiYingqin，Chen Xuemi
Qingdao Yueyang Engineering Consulting Co.，Ltd.，Qingdao 266071，China

In combination of the 160 000 m3LNG storage tank of a domestic LNG terminal project，this paper analyzes the problems arising from the course of LNG storage tank welding procedure qualification.It is indicated from the analytical results that the design documentation adding the items on importance factors and specimen test is not coincident with NB/T 47014-2011“Welding Procedure Qualification for Pressure Equipment”，and the results of welding procedure qualification do not possess the ranges of omission，coverage and substitution；the 9%Ni steels and their welding materials should be sorted and grouped according to welding procedure qualification rules to ensure the universality of the results；the welding procedure qualification not according to the maximum welding heat input given by pre-welding procedure regulation is invalid to meet engineering practical requirements.The items of the welding procedure qualification for a 160 000 m3LNG storage tank are optimally selected and the recommended welding procedure qualification are given in this paper.

LNG storage tank；9%Nisteel；welding procedure qualification；optimalselection

10.3969/j.issn.1001-2206.2014.04.015

李應(yīng)欽（1970-），男，河南鄭州人，工程師，1989年畢業(yè)于西南工程學(xué)校焊接專業(yè)，2012年畢業(yè)于中國(guó)長(zhǎng)城鋁業(yè)公司工學(xué)院冶金技術(shù)專業(yè)，現(xiàn)從事工程管理及焊接技術(shù)工作。

2013-11-28