9Ni钢低温储罐药芯焊丝自动立焊工艺研究

陆欢军

（上海市安装工程集团有限公司)

9Ni钢低温储罐药芯焊丝自动立焊工艺研究

陆欢军*

（上海市安装工程集团有限公司)

分析了9Ni钢低温容器的焊接特点。通过大量的试验，解决了9Ni钢采用药芯焊丝的自动立焊工艺问题。该焊接工艺已成功地应用于大型低温储罐的制造安装。

低温容器9Ni钢药芯焊丝焊接工艺规程自动立焊

0 引言

液化天然气(LNG)具有可燃性和超低温性（-162℃），因此对LNG储罐有很高的要求。LNG储罐应使用特殊的材料，并应具有良好的耐低温性能、优异的保冷性能和较高的安全性能。根据压力高低，LNG储罐分为压力储罐和常压储罐。大型LNG储罐是一种常压储罐。大型LNG低温储罐罐体为内、外两层的结构。外罐罐壁为预应力混凝土结构，内罐是大型LNG低温储罐的主要构件，主要由耐低温的、具有较好机械性能的钢板焊接而成。目前世界上建造的LNG储罐采用9Ni钢越来越多[1-3]。9Ni钢是国际上广泛使用的钢种，有效的焊接对于9Ni钢LNG储罐的安全性和可靠性是非常关键的[4]。焊接质量和安全性取决于选择合适的焊接材料和焊接方法[5-7]，以及正确的焊前准备。

本文研究了LNG储罐立焊焊缝采用药芯焊丝自动焊的焊接工艺，旨在充分掌握9Ni钢的自动焊焊接施工技术，提出LNG储罐合理的焊接工艺及相应的焊接工艺参数，确保LNG低温储罐安全持久运行。

1 自动立焊设备

目前，对于大型镍钢储罐采用药芯焊丝自动焊时，通常是搭设脚手架，以便使操作人员能对自动焊情况进行观察和调整。但是这种方式存在着很多缺陷：

（1）不能双面进行焊接，增加了焊工的劳动强度和操作的危险性。

（2）工作仓不能覆盖（2～20）×104m3不同容积的罐体。

（3）对焊接时产生的危害气体只有排放，没有绿色处理。

（4）对立焊施焊的高度有限制，不能自由地升降来适应超宽的储罐圈板。

（5）工作仓的移动对储罐圈板经常造成挤压。

为解决自动焊焊机沿罐体能够自由行走，解决高处焊时内外焊工安全自由作业等问题，研究设计了一种结构简单、性能可靠、装拆方便的大型储罐自动焊辅助工作仓，如图1所示。该工作仓包括下述部件：矩形框架、圈板横向移动滚轮、电机以及减速箱。矩形框架分成前仓室与后仓室，前、后仓室之间留有供圈板伸入的空隙，前、后仓室的顶部设有圈板横向移动滚轮。电机经减速箱驱动圈板横向移动滚轮转动，使得整个大型储罐自动焊辅助工作仓能够沿着圈板的顶部移动，这样操作人员不但可以站在前、后仓室内，实现双面焊接，而且还降低了焊工的劳动强度和操作的危险性。此外，这种结构的工作仓不但有效地提高了施工效率，而且工作仓能够覆盖不同容积的罐体，适用范围较大。

图1 储罐立焊自动焊工作仓

2 药芯焊丝自动焊工艺试验

由于10×104m3的9Ni钢储罐的容积大，焊接工作量也较大，因此考虑采用药芯焊丝自动焊（FCAW）、埋弧自动焊（SAW）与手工焊条电弧焊（SMAW）三种焊接方法。在实际焊接中，筒体的横焊焊缝采用埋弧自动焊，立焊焊缝采用药芯焊丝自动焊，对于一些位置复杂的焊缝采用手工焊条电弧焊。由于上海市安装工程集团有限公司在埋弧自动焊（SAW）与手工焊条电弧焊（SMAW）方面技术已经比较成熟，因此在这里仅介绍药芯焊丝自动焊（FCAW）的焊接工艺评定问题，以及该公司所做的研究。

（1）9Ni钢材料和坡口形式

试验用的钢板以离线淬火+回火（QT）的调质热处理回火状态供货，钢板的主要成分和机械性能如表1、表2所示。

表1 9Ni钢板的化学成分（%）

表2 9Ni钢板的机械性能

焊接坡口形式如图2所示。

（2）选用的焊接材料

药芯焊丝自动焊（FCAW）选用的焊材为ENiCrMo3T-4药芯焊丝，焊材的化学成分如表3所示，焊丝直径1.2 mm，所用的气体为80%Ar+20% CO2。

图2 焊接坡口形式

表3 ENiCrMo3T-4的化学成分（%）

（3）焊接规范

药芯焊丝自动焊（FCAW）采用直流反接，焊接试验的具体参数如表4所示，所有焊接试验是立焊向上位置焊接。

（4）焊接试验及评定的结果

在焊接试验和工艺评定时，采用NB/T 47014标准，对试样进行力学性能检测，其评定结果见表5。表5中的试验结果表明，采用药芯焊丝自动焊（FCAW），焊丝为ENiCrMo3T-4，只要焊接规范合适，就能实现自动焊接，并能保证合格的焊接质量。为了保证焊接质量，在9Ni钢焊接时还必须注意：严格控制焊接热输入，即控制焊接电流、电压及焊接速度；保证定位焊缝的质量，定位焊长度应大于50 mm；焊正式焊缝之前应检查定位焊缝，若发现开裂要进行处理；严禁在9Ni钢母材上随意打弧、点焊；对所有弧坑和接头处必须打磨清理。

3 结论

（1）采用药芯焊丝自动焊（FCAW），焊丝为ENiCrMo3T-4，合适的焊接规范，其焊接接头的力学性能符合设计的要求。

（2）设计的大型储罐自动焊辅助工作仓，解决了自动焊机沿罐体上下自由行走的问题，保证了高处焊时内外焊工能安全自由作业。该工作仓已成功应用于大型LNG低温储罐的安装制造。

表4 药芯焊丝自动焊（FCAW）的焊接规范

表5 焊接接头的力学性能

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[7]李建军.LNG储罐的建造技术[J].焊接技术，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项目的支持，项目编号14DZ1200400。

**陆欢军，男，1966年生，高级工程师。上海市，200080。