9Ni钢板材焊接质量关注点及主要控制措施(终).ppt

1、2010年3月05日,9Ni钢板材焊接质量关注点及主要控制措施,大连液化天然气项目接收站工程PMC项目部,2010年3月12日,随着国内LNG(液化天然气)事业的迅速发展，目前国内规划项目有十多个LNG工程，有几十个10多万吨的LNG储罐需要焊接，9Ni钢以其优良的低温韧性和焊接性被认为是制造低温压力容器的优良材料，而LNG储罐的内罐材料无一例外都采用了9Ni钢。对9Ni钢的焊接，国内处于起步阶段缺少成熟的经验，因此，9Ni钢的焊接无疑成为LNG工程建设的关键技术之一。（本资料参考国内化建行业9Ni钢的焊接经验及方法，仅供参考，实际焊接以本工程9Ni钢焊规焊评为准）。,前言,目录,第一部分 9

2、Ni钢焊接,一、9Ni钢通常用于低温储罐材料，钢板焊前经过热处理，即正火后再高温回火 ，改善了母材的可焊性，细化金相组织，增强了焊缝的低温韧性。 二、焊接材料的选择:9Ni钢焊接选用高镍焊接材料进行焊接时，焊缝金属为奥氏体，由于焊缝含镍量高，焊接过程热裂敏感性很强，易于出现弧坑焊接裂纹，焊缝金属熔点较母材低100150，焊接时焊道熔深浅，流动性差，对于夹渣和未熔合焊接缺陷比较敏感。,三、由于9Ni钢是一种强磁性材料，若采用直流电源进行焊接时，易于产生很强的电弧偏吹影响焊接质量，所以应采用交流电源进行焊接。焊前严禁接触磁性材料，母材在出厂后到施工现场要求采取磁性屏蔽措施。 四、由于采用高镍奥氏体

3、焊接材料焊接，焊缝金属有强烈晶粒增大倾向，所以，为保证焊接接头的低温韧性，9Ni钢焊接前一般不预热，同时严格控制层间温度，避免焊接接头过热和焊缝金属出现晶粒增长变大。,五、焊接线能量的合理选择：焊接线能量（熔焊时单位长度上输入到焊接接头的焊接热量）直接关系到焊接接头的金相组织、晶粒粗细和焊接接头的性能。焊接试验表明：最高500的焊接热循环，对焊接接头的强度和焊接韧性没有太大影响。但在9001200的焊接热循环时，可使焊缝金属晶粒增大到原来的35倍，加之冷却速度缓慢，更助长了金相组织的晶粒增大，导致接头的低温韧性有明显的下降。所以，对9Ni钢的焊接，要求严格控制焊接热输入。 因此，根据9Ni钢的

4、焊接特性，焊接主要关注的问题是保证焊接接头的强度和韧性以及对焊接缺陷的严格控制。,第二部分 焊接技术,1、焊条在使用前要进行，分钟烘干，但是当烘干箱内温度已经高于时，不能在升温状态直接把焊条放入焊条烘干箱内烘干； 2、焊条烘干后要求放入的烘干箱内保存，或者放入的焊条筒内存放； 3、在空气中暴露4小时后，焊条要求放入焊条烘干箱内重新烘干，但是焊条烘干的次数不能超过两次； 4、还要特别注意焊条的的保存条件，按生产厂家的要求保存，不同厂家焊条的烘干保存要求可能不一样。,焊条烘干箱,焊条保温筒,二、镍基合金焊条焊接9Ni钢与焊接碳钢、低合金高强钢的基本差别,三、焊接方法与焊接材料的选择,1、焊接方法：

5、9Ni钢焊接的常用方法有焊条电弧焊(SMAW)、埋弧焊(SAW)、熔化极气体保护焊(GMAW)和钨极氩弧焊(GTAW)等。目前,仍以焊条电弧焊为主,其次是埋弧焊与钨极氩弧焊。 焊条电弧焊 当采用Ni基或Fe-Ni基型焊接材料焊接9Ni钢时,由于焊条的高电阻易使焊条过热引起焊条药皮脱落而产生焊接缺陷。此外, 焊条电弧焊的焊接效率相对较低。,2、焊接材料 9Ni钢的电弧焊,常用的焊接材料有四种,即含Ni约60%以上的Inconel型,含Ni约40%的Fe-Ni基型,含Ni13%-Cr16%的奥氏体不锈钢型和含Ni11%的铁素体型。铁素体型焊接材料,除气体保护焊外,尚未获得广泛的工业应用。在其他三种

6、焊接材料中,Ni基与Fe-Ni基焊接材料,低温韧性好,线胀系数与9Ni钢相近,但成本高,强度特别是屈服强度偏低。Ni13%-Cr16%型焊接材料,成本低,屈服强度高,但低温韧性稍差,线胀系数与Ni9钢有较大差异。采用电弧焊焊接9Ni钢，焊接材料的选择至关重要，可趋利避害，依据焊接试验结果正确选择有利于操作和满足罐体使用要求的焊接材料。,四、手工焊焊前准备和焊接工艺要点,焊前准备,1、可以用气割下料和机械制备坡口。气割的坡口边缘应进行打磨。坡口形式一般与低合金钢相同。但钨极氩弧焊时,建议改变坡口尺寸，主要是减小坡口面积，不仅能提高焊接效率,还能减少Ni基焊接材料的消耗使成本降低。 9Ni钢板材焊

7、前一般不须预热, 潮湿天气需加热焊缝两侧母材以去除湿气，减少焊缝中氢的含量。 2、焊接工艺 焊接9Ni钢时，焊接热输入应控制在45kJ /cm以下,一般常用7-35kJ/cm。多层焊时，层间温度应控制在100以下。,焊前准备,焊条电弧焊焊条直径不宜超过4mm。由于采用Ni基型焊接材料焊接，焊缝金属的熔点比9Ni钢低100-150左右,容易造成未熔合等类缺陷。 当采用有弧坑裂纹倾向的焊条焊接9Ni钢时,应采取措施消除弧坑裂纹，主要措施是:打底焊时用穿透法焊接,把弧坑尽可能留在背面,以便清根（根焊后对焊道缺欠和表面熔渣的清理）时裂纹等类缺陷能被消除掉。在收弧时，应尽量减小熔池尺寸,把弧坑引向坡口边

8、缘或引回焊道外缘,并进行适当的打磨处理。,焊接操作要点,试件形式、位置及代号 各种试件形式如图所示，主要包括：对接焊缝试件、管板角接头试件、螺柱焊试件和堆焊试件。对接焊缝试件 这里主要介绍对接焊缝试件。 双面焊、部分焊透的对接焊缝和部分焊透的管板角接头均视为带衬垫。,a、平焊试件 b、横焊试件 c、立焊试件 d、仰焊试件 代号1G 代号2G 代号3G 代号4G 板材对接焊缝试件（无坡口时为堆焊试件）,平焊位置,3、采用打磨彻底去除焊渣；,2、直线焊道或摆幅(不超过3倍的焊芯直径)；,1、焊条后拖角为；,4、选择焊接参数范围内平焊位置略小焊接电流，以免因为焊渣覆盖不完全导致高温氧化；,5、焊接根

9、焊和最后一层焊道时，采用较小直径焊条避免咬边和焊道成形不良,垂直向上焊位置的焊接,3、半月形摆动技术;,2、左右摆动技术;,1、焊条后拖角保持在905;,4、当摆动到两侧坡口边沿时，焊接电弧要在坡口边沿上作短暂停留以获得良好的焊接熔合；,5、焊波间的焊接熔渣要求完全去除，采用打磨的方法是去除焊接熔渣的最好办法。,仰脸焊位置的焊接 1、焊条后拖角保持在905； 2、短弧焊接，焊接电弧要求尽量控制在。 注：当焊道宽度大于15MM时,用4.0MM焊条垂直向上焊和仰脸焊位 置时,有良好的焊接操作性。,五、焊接工艺参数（仅供参考，以焊规焊评为准）,1、焊接电流范围（焊条牌号不同，可能不同） 焊条规格：.

10、5300、3.2250、4.0350、5.0350 焊接电流(A)F,H、80-130、120-160、160-220、230-300 V-UP,OH、70-110、80-120、90-140 2、镍基焊条焊接时焊接穿透性较差 ）通常我们都认为焊接电流加大能够增强焊接电弧的穿透能力，但对于镍基焊条焊接来说，加大焊接电流并不能显著提高焊接电弧的,穿透能力。而且，超出焊规参数范围的增大焊接电流，还会由于过热使焊道表面的焊接熔渣变薄脱落产生不良焊缝； ）开坡口时，坡口角度要能够满足根焊的需要，以使焊条能够伸到接头的底部。 3、预热和焊接层间温度： ）板厚小于等于时，最低。,）在坡口两侧范围内采用烤把

11、火焰加热以去除湿气，避免氢对焊接的影响； 4、焊接热输入：最大KJCM。 5、多层焊接时，焊接熔渣必须清除并打磨干净； 6、点焊定位焊道质量： ）点焊定位焊道最短； ）在焊接前，如果发现定位焊道有焊接裂纹，则裂纹必须打磨干净并重新焊接。,7、由于9Ni钢焊接熔深浅穿透性较差的特性，所以在坡口面上很容易出现未熔合。因此，当焊接电弧摆动到坡口面上时，做短暂停留以获得良好的熔合性。 8、坡口两侧，包括坡口面上必须清洁干净。 9、焊接电流必须在焊规工艺参数的许可范围内选择；采用范围内较低的焊接电流对成型良好和质量控制有利。 10、在多道焊的盖面焊道，坡口两侧的盖面焊道要求外延12，以保证良好的焊接熔合

12、性。,第三部分 焊接裂纹缺陷控制,焊接9Ni钢时，可能遇到的严重质量问题是焊接接头裂纹，焊接裂纹与所采用的焊接材料的类型、焊接热输入和焊接工艺有很大关系，因此选择合适的焊接材料和焊接工艺相当重要。,一、焊接热裂纹,在焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区产生的焊接裂纹叫做热裂纹。它是一种不允许存在的危险焊接缺陷。 热裂纹通常都沿晶界开裂，如焊缝中的热裂纹一般都沿柱状晶粒、等轴晶粒或树枝状晶界，而热影响区的热裂纹则沿原来的奥氏体晶界；热裂纹表面都呈氧化色，有的热裂纹中间还充满熔渣。,产生原因,聚集在晶粒边界或焊缝中心的液态低熔点共晶，在焊缝冷却过程中产生的拉应力作用下开裂。 焊缝

13、热裂纹易产生于打底焊缝或定位焊缝中.如果夹渣较多时,也能从夹渣处产生裂纹，定位焊时在起弧处也可能产生裂纹。 裂纹倾向还与焊接位置有关，在平、立、横、仰四个焊接位置中,横焊与平焊的裂纹倾向最大,立焊与仰焊较小。,防治措施,焊接前在坡口两侧100-150mm范围内，用液化天然气烤把加热去除湿气，避免氢气对材料的影响（烤至没有湿气为止）。返修时必须严格按照返修工艺操作，焊前预热将水汽烘干，防止氢气产生。 降低焊缝中的杂质含量， 改善偏析程度， 保证焊接区域坡口边缘干净，见金属光泽，不能有水锈、油脂、赃物等。 控制焊接工艺参数，采用多层多道焊法，避免中心线偏析，防止中心线裂纹。,为防止焊接接头产生裂纹

14、，每个收弧接头必须用角向砂轮机打磨清除缺陷源。层间焊接时，特别是坡口夹角处最容易产生未融合及夹渣，用角向砂轮机打磨消除缺陷重新焊接。 严格控制电弧擦伤母材，咬边 0.5mm时补焊，焊后用砂轮机磨平。焊道接头超高时可用砂轮机磨平圆滑过渡，不允许在焊道外母材上随意打磨，或正常打磨严重伤及母材。 。 采用正确的焊接工艺参数和良好的收弧技术，降低焊接应力，并配合适当收弧处的打磨处理。,焊接冷裂纹,通常钢材的淬硬倾向，焊接接头的含氢量及其分布和焊接接头拘束应力的大小，是低合金钢和中合金钢焊接冷裂纹产生的三大要素。 9Ni钢本身与同等强度水平的其他低合金钢相比有较好的抗冷裂的能力，在低氢条件下一般不会产生冷裂纹。但采用低镍高锰型奥氏体焊