陸歡軍

（上海市安裝工程集團(tuán)有限公司)

9Ni鋼低溫儲罐藥芯焊絲自動立焊工藝研究

陸歡軍*

（上海市安裝工程集團(tuán)有限公司)

分析了9Ni鋼低溫容器的焊接特點。通過大量的試驗，解決了9Ni鋼采用藥芯焊絲的自動立焊工藝問題。該焊接工藝已成功地應(yīng)用于大型低溫儲罐的制造安裝。

低溫容器9Ni鋼藥芯焊絲焊接工藝規(guī)程自動立焊

0 引言

液化天然氣(LNG)具有可燃性和超低溫性（-162℃），因此對LNG儲罐有很高的要求。LNG儲罐應(yīng)使用特殊的材料，并應(yīng)具有良好的耐低溫性能、優(yōu)異的保冷性能和較高的安全性能。根據(jù)壓力高低，LNG儲罐分為壓力儲罐和常壓儲罐。大型LNG儲罐是一種常壓儲罐。大型LNG低溫儲罐罐體為內(nèi)、外兩層的結(jié)構(gòu)。外罐罐壁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)罐是大型LNG低溫儲罐的主要構(gòu)件，主要由耐低溫的、具有較好機(jī)械性能的鋼板焊接而成。目前世界上建造的LNG儲罐采用9Ni鋼越來越多[1-3]。9Ni鋼是國際上廣泛使用的鋼種，有效的焊接對于9Ni鋼LNG儲罐的安全性和可靠性是非常關(guān)鍵的[4]。焊接質(zhì)量和安全性取決于選擇合適的焊接材料和焊接方法[5-7]，以及正確的焊前準(zhǔn)備。

本文研究了LNG儲罐立焊焊縫采用藥芯焊絲自動焊的焊接工藝，旨在充分掌握9Ni鋼的自動焊焊接施工技術(shù)，提出LNG儲罐合理的焊接工藝及相應(yīng)的焊接工藝參數(shù)，確保LNG低溫儲罐安全持久運(yùn)行。

1 自動立焊設(shè)備

目前，對于大型鎳鋼儲罐采用藥芯焊絲自動焊時，通常是搭設(shè)腳手架，以便使操作人員能對自動焊情況進(jìn)行觀察和調(diào)整。但是這種方式存在著很多缺陷：

（1）不能雙面進(jìn)行焊接，增加了焊工的勞動強(qiáng)度和操作的危險性。

（2）工作倉不能覆蓋（2～20）×104m3不同容積的罐體。

（3）對焊接時產(chǎn)生的危害氣體只有排放，沒有綠色處理。

（4）對立焊施焊的高度有限制，不能自由地升降來適應(yīng)超寬的儲罐圈板。

（5）工作倉的移動對儲罐圈板經(jīng)常造成擠壓。

為解決自動焊焊機(jī)沿罐體能夠自由行走，解決高處焊時內(nèi)外焊工安全自由作業(yè)等問題，研究設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、裝拆方便的大型儲罐自動焊輔助工作倉，如圖1所示。該工作倉包括下述部件：矩形框架、圈板橫向移動滾輪、電機(jī)以及減速箱。矩形框架分成前倉室與后倉室，前、后倉室之間留有供圈板伸入的空隙，前、后倉室的頂部設(shè)有圈板橫向移動滾輪。電機(jī)經(jīng)減速箱驅(qū)動圈板橫向移動滾輪轉(zhuǎn)動，使得整個大型儲罐自動焊輔助工作倉能夠沿著圈板的頂部移動，這樣操作人員不但可以站在前、后倉室內(nèi)，實現(xiàn)雙面焊接，而且還降低了焊工的勞動強(qiáng)度和操作的危險性。此外，這種結(jié)構(gòu)的工作倉不但有效地提高了施工效率，而且工作倉能夠覆蓋不同容積的罐體，適用范圍較大。

圖1 儲罐立焊自動焊工作倉

2 藥芯焊絲自動焊工藝試驗

由于10×104m3的9Ni鋼儲罐的容積大，焊接工作量也較大，因此考慮采用藥芯焊絲自動焊（FCAW）、埋弧自動焊（SAW）與手工焊條電弧焊（SMAW）三種焊接方法。在實際焊接中，筒體的橫焊焊縫采用埋弧自動焊，立焊焊縫采用藥芯焊絲自動焊，對于一些位置復(fù)雜的焊縫采用手工焊條電弧焊。由于上海市安裝工程集團(tuán)有限公司在埋弧自動焊（SAW）與手工焊條電弧焊（SMAW）方面技術(shù)已經(jīng)比較成熟，因此在這里僅介紹藥芯焊絲自動焊（FCAW）的焊接工藝評定問題，以及該公司所做的研究。

（1）9Ni鋼材料和坡口形式

試驗用的鋼板以離線淬火+回火（QT）的調(diào)質(zhì)熱處理回火狀態(tài)供貨，鋼板的主要成分和機(jī)械性能如表1、表2所示。

表1 9Ni鋼板的化學(xué)成分（%）

表2 9Ni鋼板的機(jī)械性能

焊接坡口形式如圖2所示。

（2）選用的焊接材料

藥芯焊絲自動焊（FCAW）選用的焊材為ENiCrMo3T-4藥芯焊絲，焊材的化學(xué)成分如表3所示，焊絲直徑1.2 mm，所用的氣體為80%Ar+20% CO2。

圖2 焊接坡口形式

表3 ENiCrMo3T-4的化學(xué)成分（%）

（3）焊接規(guī)范

藥芯焊絲自動焊（FCAW）采用直流反接，焊接試驗的具體參數(shù)如表4所示，所有焊接試驗是立焊向上位置焊接。

（4）焊接試驗及評定的結(jié)果

在焊接試驗和工藝評定時，采用NB/T 47014標(biāo)準(zhǔn)，對試樣進(jìn)行力學(xué)性能檢測，其評定結(jié)果見表5。表5中的試驗結(jié)果表明，采用藥芯焊絲自動焊（FCAW），焊絲為ENiCrMo3T-4，只要焊接規(guī)范合適，就能實現(xiàn)自動焊接，并能保證合格的焊接質(zhì)量。為了保證焊接質(zhì)量，在9Ni鋼焊接時還必須注意：嚴(yán)格控制焊接熱輸入，即控制焊接電流、電壓及焊接速度；保證定位焊縫的質(zhì)量，定位焊長度應(yīng)大于50 mm；焊正式焊縫之前應(yīng)檢查定位焊縫，若發(fā)現(xiàn)開裂要進(jìn)行處理；嚴(yán)禁在9Ni鋼母材上隨意打弧、點焊；對所有弧坑和接頭處必須打磨清理。

3 結(jié)論

（1）采用藥芯焊絲自動焊（FCAW），焊絲為ENiCrMo3T-4，合適的焊接規(guī)范，其焊接接頭的力學(xué)性能符合設(shè)計的要求。

（2）設(shè)計的大型儲罐自動焊輔助工作倉，解決了自動焊機(jī)沿罐體上下自由行走的問題，保證了高處焊時內(nèi)外焊工能安全自由作業(yè)。該工作倉已成功應(yīng)用于大型LNG低溫儲罐的安裝制造。

表4 藥芯焊絲自動焊（FCAW）的焊接規(guī)范

表5 焊接接頭的力學(xué)性能

[1]宋立群.9Ni鋼1萬m3乙烯低溫儲罐的焊接[J].石油工程建設(shè)，1996(5)：29-36.

[2]梅嘩.9Ni鋼10 000 m3乙烯低溫儲罐焊接技術(shù)[J].化工建設(shè)工程，2002，24（5）：10-13.

[3]劉祥儒.9Ni鋼低溫儲罐焊接施工經(jīng)驗與工藝問題探討[J].石油工程建設(shè)，1997(5)：14-18.

[4]SHIN Hyung-Seop，LEE Hae-Moo，KIM Moon-Saeng. Impacttensilebehaviorof9%nickelsteelatlow temperature[J].International Journal of Impact Engineering，2000，24:571-581.

[5]張亞余，石生芳，顧福明，等.9Ni鋼焊接工藝評定的比較研究[J].金屬加工（熱加工），2008，24：44-46.

[6]蔡國強(qiáng)，倪家利，王毅敏，等.9Ni鋼低溫儲罐焊接工藝研究[J].機(jī)械制造，2008(7)：35-37.

[7]李建軍.LNG儲罐的建造技術(shù)[J].焊接技術(shù)，2006（8）：54－56.

Research on Automatic Vertical Welding Technology of Flux-cored Wire for 9Ni Steel Cryogenic Tank

Lu Huanjun

The welding characteristics of 9Ni steel cryogenic vessels are analyzed,and the vertical welding technology of flux-cored wire for the 9Ni steel is determined through a large number of practices and tests,which has been successfully applied to the manufacture and installation of a large cryogenic tank.

Cryogenic vessel;9Ni steel;Flux-cored wire;Welding;Process specification;Automatic vertical welding

TG 44

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2017.02.012

2016-06-17）

*本研究得到上海市科委科技項目的支持，項目編號14DZ1200400。

**陸歡軍，男，1966年生，高級工程師。上海市，200080。