LNG 船舶不锈钢管质量的现场控制与实践探讨

2021-04-03王瀚

中国设备工程 2021年8期

王瀚

（友联船厂（蛇口）有限公司，广东深圳 518000）

LNG 不仅具有和原油相似的危险性，还具有超低温的危险特性，因此，LNG 船舶在运输LNG 过程中，任何疏忽都可能造成巨大的损失，而不锈钢管作为LNG 船舶各系统相连的重要通道，对不锈钢管的质量的把控是施工过程中的重中之重。

1 船用不锈钢管简介

LNG 常用不锈钢管为18Cr-8Ni 型钢，主要用于液货管系、挥发系统管系、氮气管系、液货管安全阀及吹洗管系，输送介质为液化天然气、气态天然气和氮气。与碳钢管相比，不锈钢管具有3 个特性。（1）约为碳钢的1/3 的低导热系数。（2）约为碳钢的4 倍多的电阻率。（3）比碳钢大40%的线膨胀系数。而且随着温度升高，线膨胀系数还会相应增加。

2 不锈钢管的安装工艺

为了达到更好的焊接效果，在不锈钢管焊接前，需对管子进行开坡口处理，对于管壁厚度小于2mm 的不锈钢管，采用“I”型焊接坡口，对于管壁厚度大于2mm 的不锈钢管，采用“V”型焊接坡口。坡口角度：65°±5°，对于管径小于500mm 的管子，底部坡口间隙为2 ～4mm，点焊3 ～4 个焊点固定。对于管径不小于500mm 的管子，底部坡口间隙为3.5 ～5mm，如透气桅主桅，加装配块点焊4 ～8 个焊点固定。焊后需对焊缝周围进行打磨干净，并清除坡口内及管子坡口端内外表面50mm 范围内的油，水及其他污物，并用丙酮擦净。清洁后，对管子的坡口用白胶带进行防护，待烧焊前撕掉防护，并用干燥无杂质的压缩空气对坡口进行再次清洁。

3 不锈钢管的焊接工艺

3.1 焊接方法

（1）全钨极氩弧焊（GTAW）：这种焊接适合预制壁厚在2 ～5.8mm，管径大于14mm 的管件，单面焊双面成型，焊丝直径ф2.4mm，焊接电压10 ～12V，焊接电流85 ～104A之间，焊接速度约3 ～4cm/min 氩气流量8 ～15L/min，控制最大热输值27kJ/cm。

（2）钨极氩弧焊打底、药芯焊丝CO2气保焊填充盖面（GTAW+FCAW）：这种焊接方法适用于大直径、厚壁管件的焊接，可以用于预制壁厚在3 ～22mm，管径大于82.6mm 的管件，打底采用钨极氩弧焊焊接方法，单面焊双面成型，焊丝直径ф2.4mm，焊接电压11 ～13V，焊接电流100 ～110A，焊接速度约4 ～5cm/min 氩气流量8 ～15L/min，控制最大热输值21.3kJ/cm，填充盖面药芯焊丝CO2气保焊焊接方法，焊丝直径ф1.2mm，焊接电压22 ～24V，焊接电流165 ～190A，焊接速度约8 ～13cm/min，CO2流量15 ～20L/min，控制最大热输值32kJ/cm。

3.2 焊接顺序

对直径小于300mm 的管件，焊接时分两段交替施焊；对直径大于300mm 的管件，焊接时分四段交替施焊，或者安排双数焊工对称施焊。

3.3 焊接注意事项

（1）为了避免空气侵入溶池，焊接时，焊枪摆动幅度不宜过大。电弧应尽量压低，电极到溶池表面的距离不要超过电极直径。（2）焊丝端部不能脱离氩气保护区，加丝时要平稳、均匀地送入电弧区域。（3）息弧时，焊丝端部与焊枪不要立即移出收弧区域，避免处于高温状态下的焊丝端部与收弧区域失去氩气保护，导致焊缝在高温下氧化。（4）焊缝接头烧焊前，需把焊缝表面用钢丝刷净；中断焊接时，要注意填满弧坑，避免缩孔和弧坑裂缝现象的产生。（5）焊接过程应注意焊缝的冷却，焊好一道后，要把表面刷净后再进行下道焊，道间温度要低于150℃。

4 检验标准

不锈钢管检验，参照船级社的检验标准，主要分为外观检验和NDT 检验两部分，NDT 检验又分为RT 检验和PT 检验两部分。

4.1 外观检验

在管路安装全部结束后，对于主要管路（液货主管、安全阀管路、挥发气管、再液化管、初级次级绝缘层氮气管），其外径在100mm 以上时(爬行器内窥镜可达到的管路），管路布置平直的不锈钢管，必须用爬行器内窥镜进行检验。爬行器内窥镜可通过管路末端或阀门进入，如需打开阀门，阀门服务商需在场。对于管径小于200mm 的不锈钢管，一般采用软管式摄像头进行检验，对于内窥镜检验受限的地方，也可以使用氮气吹洗检验。

4.2 RT 检验

管径大于85mm 的不锈钢管的对接焊缝，进行100%的RT 探伤（γ 射线），对于不合格的焊缝，返修后二次探伤，如果两次修改后探伤仍不合格的焊缝，将焊缝切开更换管件，再次焊接后重新探伤。对于管径小于85mm 的不锈钢管焊缝，抽取不低于总焊缝数量10%进行RT 探伤，剩下焊缝100%进行PT 探伤，对于RT 探伤不合格的焊缝，处理方式同管径大于85mm 的管，并且新增2n 条焊缝的探伤（n 为上次RT 探伤不合格的焊缝数）。

4.3 PT 检验

对于没有RT 探伤的焊缝，需进行100%的PT 探伤，确保焊缝的焊接质量的可靠性，对于不合格的焊缝，返修后二次探伤，如果两次修改后探伤仍不合格的焊缝，将焊缝切开更换管件，再次焊接后重新探伤。

5 缺陷的产生与控制

在日常RT 探伤过程中，主要发现以下缺陷。

5.1 焊接变形

（1）现象分析。不锈钢焊接变形包括横向收缩、纵向收缩和弯曲以及角变形等。焊接变形会严重影响不锈钢加工的美观性，还会破坏不锈钢构件的各项性能。

（2）原因分析。产生焊接变形的主要原因：一是焊接处的热值输入过大或不足，因此，需要根据不锈钢的特点，与焊接工艺对比，选择合理的焊接方法，合适的电流、电压、氩气流量等参数，并根据实际情况实时调整改进。二是装配间隙与焊接工具不匹配，选择合适尺寸的装配尺寸和匹配的焊接工具，可以使不锈钢管之间的接口间隙尽量缩小，从而有效地避免因间隙过大而导致焊接变形。三是应力分布不均匀，在焊接过程中使用专用的装夹工具，焊后消除焊接应力可以减少焊接变形。

5.2 焊接未融透

（1）现象分析。在点焊的时候，焊接口的根部没有完全焊接完整，没有焊透的位置应力集中，也非常容易产生部件开裂的问题。

（2）原因分析。产生这种问题的原因是：第一，不锈钢焊接管口的坡口角度不合理；第二，没有做好焊接钝边处理；第三，焊接工艺的参数没有选择得当；第四，焊接的过程中错误选择电流；第五，焊接工人的错误操作。

5.3 焊接咬边贴合程度不高

（1）现象分析。在实际的焊接操作过程中，可能在焊趾的母材部位烧熔，从而形成一个不平整的凹槽，这种情况叫作咬边，咬边贴合程度不高产生的最大问题就是焊接头的强度不高，因为应力在此集中，且容易产生焊接的裂缝。

（2）原因分析。产生这种问题的原因主要是：第一，在焊接的过程中电流过大；第二，电弧过长导致焊接不充分；第三，焊条的角度放置不合理，产生焊接偏差；第四，操作工人在运条的时候没有选择合适的方法。

6 不锈钢管的后处理

6.1 不锈钢管钝化处理

不锈钢管在焊接清洁结束后，对钢管表面进行酸洗钝化处理，用于去除管路表面和焊接处的氧化物以及各种污染物，并在含氧环境自发形成惰性氧化铬钝化膜，从而提高其耐腐蚀性能。实际生产过程中，一般采用酸洗钝化膏或酸洗钝化液(池洗浸泡)进行处理，酸洗钝化膏是将酸洗和钝化同步进行，一步完成，操作简单、施工方便、适合于涂刷操作。酸洗钝化液(池洗浸泡)适合于对管件进行浸泡操作，可以对管件内外部同时进行处理。为确保酸洗钝化质量，酸洗钝化首先考虑采用酸洗钝化液浸泡的方式，在不便于采用液体浸泡的情况下，才考虑用涂刷酸洗钝化膏的方式。通常，内场预制后优先使用池洗浸泡，船上外场组装后或局部修改时使用酸洗钝化膏进行工件外部处理。

钝化流程为：

使用钝化液：管路隔离→预处理→冲洗→酸洗钝化（二合一）液(池洗浸泡)→二次冲洗→干燥→防护

使用钝化膏：管路隔离→预处理→冲洗→酸洗钝化（二合一）膏→干燥→防护。