LNG低温管道焊接研究

1、LNGLNG低温管道焊接研究低温管道焊接研究前言LNGLNG低温管道低温管道LNG场站工艺特点“低温储存、常温使用”站内工艺管道设计温度-196摄氏度（液氮沸点）站外天然气管道（出站天然气温度要求不低于环境温度10）焊接确定管道材料？目录1、LNG低温管道材料2、不锈钢低温管道焊接3、焊接工艺方案4、相关标准规范5、人机料法环1 1、LNGLNG低温管道材料低温管道材料1、LNG低温管道材料常用低温材料线膨胀系数偏高（应力）强度偏低铝合金成熟的生产技术良好的焊接性优良的耐腐蚀性能不锈钢良好的焊接性优良的低温强度、低温韧性国内生产规模化程度不高9%镍钢1、LNG低温管道材料材料性能比较强度常温下

2、各种材料屈服强度对比常温下各种材料屈服强度对比-196-196下各种材料屈服强度对比下各种材料屈服强度对比1、LNG低温管道材料材料性能比较低温冲击-196-196下各种材料的夏比冲击功下各种材料的夏比冲击功1、LNG低温管道材料材料性能比较可焊性材料不锈钢普通低碳普通低碳标准GB/T 14976ASTM A312w（碳）%0.070.030.080.035材料9%Ni钢标准EN1002B-4ASTM A553/A553MQ/太新001-2007w（碳）%0.100.130.10不锈钢材料和不锈钢材料和9%9%镍钢含碳量的标准要求镍钢含碳量的标准要求1、LNG低温管道材料材料性能比较线膨胀系数

3、、耐腐蚀性-196时,不锈钢材料的平均线膨胀系数约为14.5m/(m)，9%镍钢约为8.2m/(m)钢材的耐腐蚀性主要取决于合金成分。对不锈钢而言其铬含量较高，可形成致密的钝化膜，因此具有良好的耐海洋腐蚀性。而含稳定化元素Ti(不锈钢321)、Nb(不锈钢347)和超低碳型(不锈钢304L和316L)奥氏体不锈钢的抗氯致应力腐蚀开裂和抗晶间腐蚀能力较强。1、LNG低温管道材料材料性能比较综合材料性能对比分析:9%镍钢的强度较高、韧性好、线膨胀系数较低，使用该材料可以大大节省钢材，且管道在低温条件下收缩变形较小。而不锈钢材料的韧性好、耐腐蚀性好、塑性和焊接性能较优，在LNG低温管道的应用比较成熟

4、。1、LNG低温管道材料材料经济性比较压力为压力为1.75MPa1.75MPa，不同管径的，不同管径的LNGLNG低温管道材料经济性低温管道材料经济性1、LNG低温管道材料综合材料性能和经济性，在无腐蚀的情况下不锈钢304和304L仍是LNG管道材料的最佳选择。国内LNG管道所用材料多为奥氏体不锈钢，9%镍钢仅使用在LNG储罐上。奥氏体不锈钢材料的膨胀系数较大，通常采用金属波纹管、管环式补偿器来补偿低温条件下的冷收缩作用。2 2、不锈钢低温管道不锈钢低温管道焊接焊接2、不锈钢低温管道焊接奥氏体不锈钢06Cr19Ni10（ 0Cr18Ni9）-304022Cr19Ni10（ 00Cr19Ni10

5、 ）-304L奥氏体不锈钢比其他不锈钢容易焊接。在任何温度下都不会发生相变，对氢脆不敏感，在焊态下奥氏体不锈钢接头也有较好的塑性和韧性。焊接的主要问题是：焊接热裂纹，脆化、晶间腐蚀和应力腐蚀等。中国GB/T20878-2007美国ASTM A959-04日本JIS G4304-1998JIS G4311-1991统一数字代号新牌号旧牌号S3040806Cr19Ni100Cr18Ni9S30400,304SUS304S30403022Cr19Ni1000Cr19Ni10S30403,304LSUS304L2、不锈钢低温管道焊接焊接问题及对策晶间腐蚀引起金属机械性能和耐腐蚀性能的下降原因：在450

6、850温度范围内停留一定时间后，则晶界会析出Cr23C6，晶界晶粒表层贫铬区，贫铬区产生腐蚀对策：超低碳焊丝焊条、焊接过程中控制在敏化温度区间的停留时间2、不锈钢低温管道焊接焊接问题及对策应力腐蚀开裂原因：拉应力、腐蚀介质对策：减小冷却变形度、降低焊接残余应力、保证焊缝成形良好，不产生应力集中或点蚀缺陷。2、不锈钢低温管道焊接焊接问题及对策热裂纹原因：Ni易于P、S等杂质形成低熔点化合物或共晶，不锈钢焊接线膨胀系数大对策：控制焊缝中P和S含量。采用适当的焊接规范和冷却速度。采用小规范，即小电流、快焊速来减少焊接熔池过热、快速冷却，以减少偏析，使抗裂性提高。多层焊时，要控制层间温度。3 3、焊接

7、工艺方案、焊接工艺方案3、焊接工艺方案焊接方法及焊接材料奥氏体不锈钢可用钨极氩弧焊（TIG）、熔化极氩弧焊（MIG）、等离子弧焊（PAW）及埋弧焊（SAW）等方法进行焊接。奥氏体不锈钢选择焊接材料的主要依据是：（1）根据母材的主要化学成分选择焊材。（2）焊材的成分，特别是焊接材料中的Cr、Ni合金元素要高于母材。（3）焊材的C、S、P、Si、Nb尽可能低，特别是C、S、P等元素。不锈钢不锈钢TIGTIG常用焊接材料常用焊接材料06Cr19Ni10（304）H0Cr21Ni10（308）022Cr19Ni10（304L）H00Cr21Ni10（308L）3、焊接工艺方案焊接工艺方案1、氩弧焊打底

8、（背面氩气保护）+氩弧焊填充、盖面2、药皮焊丝氩弧焊打底+ 氩弧焊填充、盖面3、药皮焊丝氩弧焊打底+焊条电弧焊填充、盖面药芯焊丝TGF308L不锈钢焊丝H00Cr21Ni10（H0Cr21Ni10）不锈钢焊条A132、A1373、焊接工艺方案焊接工艺参数表焊接工艺参数表-低温工况下的0Cr18Ni9不锈钢管道的焊接（中原石油勘探局培训中心 吕少军 李爽 孟会敏）4 4、相关标准规范、相关标准规范4、相关标准规范GB50236 -2011现场设备、工业管道焊接工程施工规范GB50683-2011现场设备、工业管道焊接工程施工质量验收规范GB50540-2009石油天然气站内工艺管道工程施工规范S

9、H/T3525-2004石油化工低温钢焊接规程SH3501-2001石油化工有毒、可燃介质管道工程施工及验收规范5 5、人机料法环、人机料法环1、焊工要求特种设备作业人员证锅炉压力容器压力管道特种设备操作人员资格证（焊接）焊工合格证书符合特种设备焊接操作人员：SMAW-Fe类焊接，GTAW-Fe类焊接，5G/5GX焊接2、机械要求焊机：直流氩弧焊焊机使用专用砂轮切割机、坡口机和砂轮磨光机，为避免“铁污染”，采用碳化硅或碳化铝制成的砂轮片3、材料要求焊接工程所采用的母材，应具有制造厂的质量证明文件，并应符合国家现行标准和设计文件的规定。母材使用前，应按国家现行有关标准和设计文件的规定进行检查和验

10、收，材料的标识应清晰完整，并应能够追溯到产品质量证明文件焊接材料应符合设计文件和下列规定：（1）焊接材料应具有制造厂的质量证明文件（2）镍及镍合金焊条、焊丝应符合现行国家标准镍及镍合金焊条GB/T 13814、镍及镍合金焊丝GB/T 15620的规定焊接气体的使用应符合下列规定：焊接用氩气应符合现行国家标准氩GB/T 4842的规定，焊接时的氩气纯度不应低于99.99%。焊接材料使用前应按设计文件和国家现行有关标准的规定进行检查和验收。应根据有关标准或供货协议的要求进行相应的焊接材料试验或复验。施工现场应建立焊接材料的保管、烘干、清洗、发放、使用和回收制度。焊接材料的存储、保存和使用过程中的管

11、理应符合现行行业标准焊接材料质量管理规程JB/T 3223的规定。焊材焊丝采购H00Cr21Ni10（ER308L）不锈钢焊丝：2.0mm/2.4mm等，GTAW或TIG主要品牌：大西洋，金桥，天泰，京雷，上海电力等药皮焊丝TGF-308L（R308LT1-5）：GTAW或TIG日本油脂TGF-308L不锈钢药芯焊丝2.00mm/2.60mm一新焊TGF-308L不锈钢药芯焊丝R308LT1-5 2.2mm天泰焊材TGFA-308L不锈钢药芯焊丝2.2mm焊条A132/A137：主要品牌：大西洋，金桥，天泰，上海电力等4、焊接工艺要求焊接工艺评定应按现行行业标准承压设备焊接工艺评定NB/T 47014的规定进行。底层焊道焊接宜采用钨极惰性气体保护电弧焊。焊接宜采用小线能量、窄焊道和保持电弧电压稳定，并应采用短弧不摆动或小摆动的操作方法。铬镍奥氏体不锈钢底层焊道的焊接采用钨极氩弧焊，其余焊道可采用钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊或焊条电弧焊。采用氩弧焊打底焊接时，焊缝背面应充氧气或其他保护气体防止背面焊缝金属被氧化的措施或采用药芯焊