LNG储罐焊接技术及发展PPT课件

1、，1，刘洪健，2010年九月LNG罐焊接技术及开发，2，1，前言目前世界各国积极推进低温液化气体储量。随着我国经济的快速发展，我国能源产业结构也发生了巨大的变化，国家积极支持液化天然气项目的发展，并将LNG进口多样化发展战略作为国家能源战略的重要组成部分。启动于06年的三大LNG接收国项目广东、福建、上海LNG项目相继启动，目前正处于大连、江苏项目建设阶段。3、LNG接收设施主要包括LNG接收入库用低温储罐、LNG码头和栈桥地区、灌溉用水泡沫站、气化古濑车站、加压/冷凝古濑车站、火炬古濑车站、公用事业、计量输出古濑车站、油罐装载古濑车站等，LNG低温储罐的安装是建设的核心和核心。LNG低温储罐

2、通常是双壁结构的垂直拱顶罐，外墙是预应力混凝土结构，内部是双壁钢结构。外部普通碳素钢板是混凝土(附着在外部油罐墙混凝土层内部并密封焊接)、4，最内层为9%Ni钢(例如ASTM A553 Type1等)，厚度从下往上减少(16.5万立方水箱内侧水箱底环壁板为26.2mm，顶环壁板为12 mm)，内部和外部结构间隙通常为850mm以上，1000mm以上罐顶也是双层含水层结构，顶部挂在外部顶部内壁的冲床是铝板(如ASTM B209M5083)，通过吊杆(SS)与外部罐拱顶骨架连接，内部和外部顶部之间的中间层填充特殊隔热层，顶部外部是混凝土层。5，水箱底部由3层钢板和冷却层组成，底部是碳钢板，底部和2

3、层底部是9%Ni钢，在每个2层之间放置泡沫玻璃砖冷却层。水箱壁没有喷嘴，所有管线通过水箱顶部开口连接到水箱内部。其结构如下：6、7、油罐工艺设计数据，8，以下主要介绍上海LNG罐体焊接施工实例：第二，罐体材料介绍2.1罐体为A36，A516Gr380，A516Gr450铝天花板：B209M 5083-O内罐：A553 TYPE 1(9%Ni钢)，9，2.2 . 9%Ni钢简介9% Ni钢1944年由美国INCO公司开发的优质低温钢于1948年推出。包含在1956年初的ASTM标准中。1960年以前，9%Ni钢仅用铁氧体电极焊接，需要热处理去除焊后应力，制造大型储罐存在困难。1960年10月，使

4、用Inconel焊条焊接9%Ni钢成功，在液氮温度下通过了爆破加压试验。由于后来开发的9%Ni钢的双标准化回火(NNT)热处理工艺和调质(QT)热处理工艺，9%Ni钢的焊接无需进行焊后应力消除热处理。1962年，ASTM规格：10，板厚38mm以下的罐可以不消除焊接接头残余应力热处理，1963年扩展到50mm，9%Ni钢可用于制造大型LNG罐。1952年，第一个9 %Ni钢储罐在美国投入使用。1965年，法国用9%Ni钢建造了第一艘LNG油轮Jules Verne号，2万584 m3起作用。日本9%Ni钢的大规模使用是1969年在横滨港竣工的3.5万m3和4.5万m3 LNG坦克，1977年将

5、Ni9钢列入JIS标准，JIS G3127为了热处理9%Ni钢，实施了以下要求：双净化回火(NNT)和调质(QT)。1980年，日本建设了7.5万m3LNG坦克。根据11，1991年的JIS G3127，可以根据需要进行中间热处理。自1982年以来，9%的Ni钢在低温储罐的主持下逐渐取代了Ni-Cr不锈钢，到1995年为止，世界上建设的最大9%的Ni钢储罐容积为14万m3。由此可见，9%Ni钢已是国际上低温设备领域广泛使用的钢材，焊接性能好，焊接工艺成熟。在我国，对9%Ni钢焊接的研究和应用延迟，特别是在LNG储罐焊接中没有形成自己的标准，工艺规格不完善。，12，目前建议和常用的热处理方法有三

6、种。(1) NNT将第一热作为900空冷供热处理。第二热由790空冷加热后550-580回火后淬火处理后回火马氏体和贝氏体组成。(2) QT处理800水淬或油浸后，550-580回火后的组织是低碳马氏体。(3)两相调质(称为IHT)一般是在水浸泡670次后，由550580回火处理的组织是低碳马氏体。13，Ni是9%Ni钢的主要合金元素，在此钢中的作用是降低钢的脆性转变温度，增加其冲击韧性。Mn可微调此钢中的晶粒，同时提高w(Mn)/w(C)的比率，以提高钢的韧性和降低转换温度。在c钢中，可以提高钢的强度。必须严格控制s，p含量。否则，脆性转变温度升高，热裂纹增加的倾向。因此，要想使9%Ni钢的

7、低温韧性优秀，必须严格控制该钢c、Si等其他元素和s、p等杂质的含量。14，9%Ni钢的化学成分和机械性能(wt，%)，15，有关上海LNG用低温钢板的化学成分和机械性能，请参阅下表。A553TYPE1钢的化学成分，A553TYPE1钢的力学性能，16，2.3 . 9%Ni钢的焊接性能9%Ni钢被认为具有良好的低温特性和焊接性能，最适合制造低温压力容器/罐，9% Ni钢焊接中主要出现的问题是与焊接材料类型、焊接热输入、焊接工艺有关的问题，如确保焊接接头的低温韧性、防止焊接裂纹、防止弧磁偏压等。(1)焊接后低温韧性下降：焊接接头的低温韧性问题发生在焊接区、熔合区和粗晶区。焊接金属的低温韧性与焊接

8、材料的类型有关，使用与9%Ni钢成分相同的焊接材料时，焊接金属的低温性能很低，主要是由于焊接金属的氧含量高而引起的。17，融合区低温韧性与发生的脆性组织有关。Ni13%Cr16%用奥氏体不锈钢焊接材料焊接9%Ni时，熔合区域的化学成分是Cr、Mn、w和c丰富的区域，而不是奥氏体钢或9%Ni钢成分。熔合区域的硬度明显高于焊接金属的硬度和热影响区域的硬度，熔合区域的硬度取决于位置，有由板马氏体和纽结马氏体复合构成的脆性硬质层。18，(2)焊接热裂纹在用Ni基、FeNi基或Ni13%Cr16%奥氏体不锈钢焊接材料焊接Ni9钢时可能出现热裂纹。例如，使用25Cr16Ni13Mn8W3电极焊接Ni9钢时

9、，可能会出现弧坑裂纹、高温铸模裂纹、液化裂纹或熔合区域中的微裂纹。焊接热裂纹容易发生在基本焊缝或位置焊缝中。即使渣很多，渣也可能发生裂纹，放置焊缝时在圆弧上也可能发生裂纹。19，微松或折叠的微裂纹主要发生在融合区。这些缺陷通常很小。所谓折叠，是在焊接过程中通过电弧的搅拌，在焊接过程中通过一些母材的焊接而获得的。这种导入焊接的分母材料会熔化，但不会与焊条金属混合，焊接金属的合金元素比母材高，熔点低于9%Ni钢，因此基本上是原始9%Ni钢的成分。陷入折叠的焊接金属比周围的折叠金属凝固得晚，凝固时无法补充金属，因此产生裂纹的实际是微布斯。消除上述裂纹的方法是减少有害因素，采用正确的焊接技术适当研磨。

10、20，(3)焊接冷裂纹9%Ni钢与其他强度相同的低合金钢相比，冷却裂纹电阻较好，在低氢条件下不发生冷却裂纹，但使用低Ni高Mn奥氏体电极时，由于母料稀释，高硬度马氏体带出现在熔体和古濑车站附近，对氢脆性敏感，防止焊接冷裂纹的措施适用于焊接工艺程序，特别是电极干燥，焊接环境湿度，焊接使用基于Ni的焊接材料时，防止熔合区域出现高硬马氏体，从而有效地防止冷却裂纹。，21，(4)弧磁偏置9%Ni钢焊接时容易发生磁偏置，因此主残余磁率在50高斯以下，但焊接中残余磁率在20高斯以上。因此，为了用高电流碳弧空位整理根部或使用磁铁去除磁性，应尽可能使用交流焊接。22，3，焊接工作的难点和关键点LNG焊接工程中

11、9%Ni钢焊接性分析，在罐焊接工程中起关键作用的内部罐，主要焊接困难包括：大钢硬度，边角处理困难；钢容易磁化。焊接容易产生冷、热裂纹。焊接电弧的磁偏压；23，4，主要使用的规范，目前国内对低温储罐建设没有具体的验收规范，建设主要参考国外相关规范，焊接工艺评价及焊接结构的主要应用规范如下。BS7777-1993立式圆柱低温储罐en 287-1: 1992钢熔化焊工试验en 287-2: 1992铝熔化焊工试验EN288-3-1992金属材料焊接工艺评价-钢EN288-4-1992金属材料焊接工艺评价，24，EN571-1997无损检测着色试验EN895-2001拉伸试验EN910-1996弯曲试

12、验EN10045-1993冲击试验EN1043-1997硬度试验EN ISO 5817-2003焊缝无损检测ASME焊缝和钎焊评估，25，51外罐焊接方法外罐焊接，主要采用SMAW，螺柱的焊接采用螺柱和SMAW。5，选择焊接方法，外罐壁板安装焊接，螺栓螺柱焊，26，铝天花板焊接，27，52内部油罐焊接方法目前9%Ni钢焊接方法主要焊接方法为电极弧焊(SMAW)、TIG焊(GTAW)、熔化极惰性气体保护弧焊(GMAW)、埋弧焊(SAW)。Tig焊接的焊接效率太低，在项目中选择此焊接方法不经济，但可以获得具有窄凹槽的高质量焊接接头。特别是，28，低镍焊接材料焊接9%Ni钢的情况下，TIG焊接是很好

13、的焊接方法。因此，选择仅在特定情况下使用TIG焊接。手动熔化惰性气体保护弧焊的熔化速度很大，但对焊机的焊接技术要求很高。这种焊接方法的主要缺点是容易发生融合不良和气孔。焊条弧焊是适用于各种焊接位置、非常灵活、可执行的9%Ni钢现场焊接的焊接方法。这种焊接方法可以达到高合金过剩系数，甚至170%。29，埋弧焊是焊接速度最高的焊接方法，特别是因为使用了环焊机械系统。但是，弧焊的优点仅适用于水平和水平位置焊接。对于立式罐的纵向焊接，目前开发了机电式垂直焊接设备，自动化水平高，但机电式垂直焊接的线能量大，难以控制，不适合9%Ni钢焊接。垂直焊接仍然用电极弧焊焊接。30，实践证明，焊条弧焊和埋弧焊是9%

14、Ni钢储罐现场焊接效率最高的焊接方法。由于LNG罐的焊接操作，目前主要用于9%Ni钢焊接的方法是手动弧焊、埋弧自动焊，是目前中国LNG罐主体常用的焊接方法。其中手动弧焊主要用于壁板的垂直、底部、大脚缝、热角保护板，而埋弧自动焊主要用于壁板的水平缝。以下是我公司上海LNG罐焊接方法示意图：31，32，内罐壁板边缝焊接，内罐壁板周长焊接，33，9%Ni钢焊接材料可以概括为包含约60% Ni的4种类型；含Ni的Fe-Ni基类型包含约40% Ni13%-Cr16%的奥氏体不锈钢和Ni11%的铁素体。铁氧体基焊接材料具有成本低的优点，但其组成与9%Ni钢相同，如果不进行焊后热处理，焊接低温韧性会很低。研

15、究结果表明，焊接金属的氧含量过高，有时达到600ppm。焊后热处理为6，焊接材料，34，可以更好地提高焊缝的低温韧性，但在建筑工地的环境下，特别是大型油罐的焊接难以实现热处理。因此，用于9%Ni钢弧焊的焊接材料主要是前三种。Ni13-Cr16奥氏体不锈钢焊接材料的强度稍高，但低温韧性较低，线膨胀系数与9%Ni钢的差异较大，容易发生高热应力集中，从而增加焊缝的热疲劳和失效风险，并显着增加熔区中坚硬易碎组织的冷裂纹倾向。35、Ni和Fe-Ni基焊接材料的线膨胀系数类似于9%Ni钢，结果焊接金属是具有良好低温韧性的奥氏体。但是，两种焊接材料都有奥氏体焊接结晶的特性，焊接中热裂纹敏感性高，容易出现弧坑

16、裂纹的缺点。基于Ni的合金焊接金属通常比母材熔点低100-150，焊接时熔化浅，流动性低，经常出现非焊接缺陷，但调整焊接工艺可以克服这些问题。另外，这两种材料的成本太高，焊接强度比母材略低。36、4种焊接材料类型和特征如下：9%Ni钢焊接材料类型及其特性，37，目前在世界各国的LNG坦克建设中，电极使用ENiCrMo-6、E NiCrMo-3、enirfe-9等，钢丝使用ER NiCrMo-3、ER NiCrMo-4、ER NiCr mo-4等我们在上海LNG中使用焊条enirfe-9，线材使用ER NiMo-8。38、SAW导线、39，SMAW电极，40，9%Ni钢是磁化强度较大的材料。钢的磁性会引起电弧的磁偏转，严重影响焊接质量，成本折、不熔、熔渣、气孔等缺陷严重时可能无法焊接。目前，手动弧焊主要使用交流焊接电源，防止弧的磁偏转，使用直流焊接电源。根据埋弧自动焊接、使用电线的特点和经验，目前有交流或直流焊接电源。7，焊接设备，41，林肯POWERWAVE AC/DC 1000焊机，米勒Dynasty 350交流/DC焊机，42、焊接工艺评价按当前的EN288-3: 1992标准进行(上海LNG焊接工艺评价按EN288-3和项目的相关技术要求