9%Ni钢全自动TT立焊焊接工艺开发

李连波，鲁欣豫，任胜汉，苏衍福，杨朝辉

（海洋石油工程股份有限公司，天津300461）

9%Ni钢全自动TT立焊焊接工艺开发

李连波，鲁欣豫，任胜汉，苏衍福，杨朝辉

（海洋石油工程股份有限公司，天津300461）

目前国内LNG储罐建造中的9%Ni钢立焊均采用焊条电弧焊，该焊接方法存在焊接效率低、劳动强度大、焊接烟尘对焊工人身危害较大等缺点。利用自主研发的小车进行9%Ni钢全自动TT立焊焊接工艺开发，通过控制盒控制焊接，大幅度降低了焊工的劳动强度和烟尘危害，提高了焊接效率。开发的焊接工艺采用无钝边、无间隙组对，降低了坡口加工要求，免去背面气保护，减少了背面清根量和焊缝填充量，节省了建造成本。无损检测及焊后理化性能试验结果表明，焊接接头性能优良，尤其是低温冲击韧性，从数值要求上看具有较大的裕量。

LNG；全自动；TIG焊接

0 前言

在目前的大型液化天然气（简称LNG）储罐的建造中，罐壁9%Ni钢的主要焊接位置为横焊和立焊。埋弧焊可解决LNG罐壁的横焊焊接效率问题，并且焊缝质量可靠；LNG罐壁的立焊基本采用焊条电弧焊[1-3]，虽然能够保证焊接质量，但是施工效率低、劳动强度大、烟尘大、对焊工身体损害较大。

本研究利用自主开发的一种用于9%Ni钢立焊的TIP-TIG（TT）全自动焊接设备，进行全自动TT立焊焊接工艺开发。

1 焊接设备

9%Ni钢全自动TT立焊焊接工艺使用TT焊机和自带送丝机，机头采用自主研发的焊接小车，带动氩弧焊（TIG）焊枪，可以实现定幅摆动、定速前进、调节送丝速度、电弧自动跟踪等功能。在焊接过程中，工人只需手持控制盒进行小车微调即可，大大降低了劳动强度。并且TIG焊几乎不产生烟尘，对焊工身体损害较小。TIG焊的每道焊道基本上一次起弧、熄弧即可完成，在减小起弧、熄弧处的缺陷概率的同时，还节省了接头打磨时间，提高了焊接效率。

2 试验材料

2.1 母材及坡口形式

试验母材为9%Ni钢X7Ni9，采用机加工焊接坡口，保证加工精度和坡口内无热切割氧化层。正面焊接时采用氩气为保护气，但是试件背面无保护，氧化严重，导致背面清根任务重。因此坡口组对时采用无间隙无钝边组对。该坡口组对形式和常规TIG焊坡口组对的对比如图1所示。

图1 不同坡口组对情况对比Fig.1 Comparison on different groove assembly

全自动TT立焊坡口组对形式的优点：①免去钝边加工，降低了坡口加工要求；②免除背面气保护，在保证根部熔透的情况下减少背面氧化，减小背部清根量；③减小焊缝横截面积，降低填充量，节省成本。以11 mm厚度的板材为例，该组对坡口截面积较常规组对形式的坡口截面积减小约1/3。若从整个储罐建造来看，仅立焊能够节省的工作量和焊材就非常可观。

2.2 焊材

全自动TT立焊工艺采用AWSA5.14ERNiCrMo-4镍基焊材，主要化学成分如表1所示。

表1 焊材化学成分Table 1 Chemical composition of filler metal %

2.3 焊接参数

焊接工艺开发所用焊接参数如表2所示。

表2 全自动TT立焊焊接参数Table 2 Automatic TT vertical welding parameters

2.4 焊接过程中的问题及解决

由于全自动小车控制焊枪不及人工灵活，所以在焊接试验过程中会遇到一些问题，可通过调整焊接参数及小车机构来解决。

（1）侧壁熔合不良。在参数摸索过程中，发现坡口侧有熔合不良现象，甚至在前后焊缝搭接处出现中空坑。可通过调整小车左右摆动极限停留时间和行走速度的配合来解决。

（2）夹钨。通常因钨极烧损而造成焊缝夹钨。钨极烧损一般发生在起弧或者熄弧时，电弧突然发生变化，导致焊丝熔滴到钨极上，粘连钨极和母材，从而发生钨极烧损。可通过调整焊枪角度降低钨极烧损，并且发生烧损后，仔细打磨发生烧损的焊缝。

3 结果分析

焊后进行无损检验，未发现超标焊接缺陷。根据文献[4]要求取样试件，并进行拉伸、弯曲、低温冲击、宏观腐蚀及硬度等试验。

（1）拉伸试验。两个剪截面拉伸试样的拉伸强度分别为767 MPa、771 MPa，试样断裂于母材，拉伸试验合格。

（2）弯曲试验。由于试件的焊缝和母材材质不同，两者的屈服强度亦不同[5-6]，故必须取纵向弯曲试样，保证弯曲试验的可靠性。试验采用直径40 mm弯头进行三点式弯曲，弯曲角度180°，弯曲试验合格。

（3）低温冲击试验。9%Ni钢使用温度为-165～-196℃[7]，因此需要在超低温状态下进行冲击试验。本次试验温度为-196℃，试样在液氮中浸泡15 min以上。冲击完毕后，测量断裂试样的侧向膨胀量。试验结果如表3所示。

表3 低温冲击试验结果Table 3 CVN test result

由于试验母材板厚为11 mm，经实际测量只能取10 mm×5 mm截面的缩减冲击试样。按照规格书要求，此规格缩减试样低温冲击后得到的实验值符合要求（大于等于22.5 J），并有很大的裕量。

（4）宏观腐蚀及硬度试验。宏观腐蚀测试后，焊缝未发现气孔、夹杂、裂纹等缺陷，焊缝完整性良好。腐蚀后的焊缝如图2所示。

图2 宏观腐蚀照片Fig.2 Macro-etch examination of weld

对试样进行维氏硬度试验，测得最大硬度值为334HV10，而标准[4，8]要求的最大硬度值为 450HV10，并未超标，硬度试验符合要求。

4 结论

（1）开发的9%Ni钢立焊焊接工艺采用全自动小车完成，能够大幅度降低焊工的劳动强度和对焊工的身体损害，提高焊接施工效率。

（2）9%钢全自动TT立焊焊接工艺坡口采用无钝边、无间隙组对，降低了坡口加工要求；免除背面气保护，减少焊接时背面氧化量，减小背面清根量；降低焊材填充量，节省建造成本。

（3）全自动小车焊枪控制不如人工灵活，因此在焊接过程中会出现一些问题，如侧壁熔合不良、夹钨等，可通过调整参数及设备来解决。

（4）从焊后的无损检验及理化性能测试可以看出，焊接接头性能十分优良。在重要的低温冲击韧性方面具有较大的裕量。

[1]叶海明.5万m3LNG储罐9%Ni钢的焊接和质量控制[J].压力容器，2010，27（2）：33-37.

[2]张中耀.LNG储罐内罐边缘板单面焊工艺[J].石油和化工设备，2012，15（7）：34-37.

[3]黄淑女，王作乾.大型LNG储罐中9%Ni钢的焊接施工[J].石油工程建设，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]陈建平，迟红艳，时焱，等.9Ni钢混合气体保护半自动焊焊接工艺[J].焊接技术，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

本文参考文献引用格式：李连波，鲁欣豫，任胜汉，等.9%Ni钢全自动TT立焊焊接工艺开发[J].电焊机，2017，47（10）：116-118.

2015-10-22；

2017-06-23

李连波（1981—），男，工程师，硕士研究生，主要从事海洋工程结构陆地焊接工作及海洋工程水下焊接科研工作。E-mail：lamberleeky@aliyun.com。