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9Ni钢的手工焊焊接技术
四川石油天然气建设工程有限责任公司 吴立斌 周勇
摘要:通过对9Ni低温钢手工焊焊接过程的控制,保证9Ni钢的焊接质量,包括无损检测质量和焊缝的机械性.通过广东LNG工程的实践,采用严格的焊接过程控制,成功解决了焊缝机械性能和焊缝无损检测质量问题,在工程的安装过程中获得了良好的效果.
关键词:焊材的储存技术要求 操作技术 焊接缺陷控制 焊接规范参数
0、前言
随着国内LNG(液化天然气)事业的发展,规划有十多个LNG工程,有几十个十多万吨的LNG储罐需要焊接,而LNG储罐的材料无一例外都采用了9%Ni钢,对9%Ni钢的焊接,在国内尚无多少成熟的经验可言,所以,9%Ni钢的焊接,是LNG建设工程的关键技术之一。
1、9Ni钢的成份、力学性能和焊接性
1)、9Ni的典型化学成分
成分
C
Mn
Si
P
S
Ni
Cu
Cr
Mo
Al
Nb
V
含量
≤0.02
0.25—0.85
≤0.35
≤0.007
≤0.003
8.60-9.40
≤0.18
≤0.13
≤0.08
≤0.015
≤0.013
≤0.013
2)、力学性能
屈服强度Min(MPa)RP0.2
抗拉强度(MPa)Rm
延伸率%MinA5.65√So
延伸率%MinA50
585
680-820
18
20
3)、焊接性
a)、9%Ni通常用于液化天然气储罐用材料,要求-196℃以下的脆性转变温度,焊前经过正火后再高温回火,或900℃水淬后再570℃回火处理.组织为低碳板条状马氏体.
焊接材料的选择:
b)、当采用与9%Ni钢相近的焊接材料时,焊后如果不进行热处理,就无法保证焊缝的低温韧性,所以通常采用高镍焊接材料进行焊接:AWS A5.11 ENiCrMo6 焊接材料进行焊接.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100-150℃,焊接时焊接熔深浅,流动性差,对于家渣和未熔合焊接缺陷敏感
c)、由于9%Ni是一种强磁性材料,采用直流电进行焊接时,易于产生很强的电弧偏吹,影响焊接质量,所以焊前严禁接触磁性材料,母材在出厂后到施工现场要求采用磁性屏蔽措施,采用交流电源进行焊接。
d)、由于高镍奥氏体焊接材料的强烈晶粒长大倾向,所以为保证焊接接头的低温韧性,9%Ni钢焊接前不能预热,同时严格控制层间温度,避免焊接接头过热,和晶粒长大。
e)、焊接线能量的合理选择:焊接线能量直接关系到焊接接头的组织、晶粒粗细和焊接接头的性能。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;在900-1200℃的焊接热循环,可使晶粒长大到原来的3-5倍,加之冷却速度缓慢,更助长了晶粒长大,导致接头的低温韧性有明显的下降,所以,对9%Ni钢的焊接,要求严格控制焊接热输入,而且要控制和调节焊后冷却速度。
因此,9%Ni焊接的主要问题是焊接接头强度、韧性的保证和焊接缺陷的控制。
2、焊接技术
焊条的储存
1)、焊条在使用前要进行300-350℃,60MIN烘干,但是烘箱内温度高于150℃时,不能把焊条放入焊条烘箱内烘干
2)、焊条烘干后,焊条要求放入110-150℃的烘箱内保存,或者放入50-160℃的焊条筒内保存
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)、要特别注意焊条的的保存条件,不同厂家的焊条的烘干要求可能不一样
镍基合金焊条焊接9%Ni钢与焊接碳钢、低合金高强钢的基本差别
1)、相对于碳钢或低合金钢,坡口表面和焊道的层间要求更高的清洁度,氧化物和污物将导致开裂
2)、最总要的特性差别是熔化的焊缝金属的迟缓特性:不象碳钢,镍基合金焊缝金属的浸润性特别差
3)、因为熔化状态镍基合金的粘稠特性,使的焊接时电弧的穿透能力较差
焊接操作技术:
1)、平焊位置
a)、焊条后拖角为70±5°,如图所示:
b)、根焊的接头顺序如图(1)所示:其它焊道的接头顺序如图(2)所示:
图(1)
图(2)
c},直线焊道或摆幅(不超过3倍的焊芯直径)
2),水平位置的焊接
a)、焊条后拖角保持在90°±5°
b)、摆动技术,如图(3)、图(4)所示:
图(3)
图(4)
c)、焊道的连接如图(2)所示:
d)、上层焊道到坡口面的间距要保持2-3mm,以避免未熔合的出现。如图(5)所示:
图(5)
e)、采用打磨去除焊渣
f)、焊接电流略小于平焊位置的焊接电流以免因为焊渣覆盖不完全导致高温氧化
g)、焊接根焊和最后一层焊道时,采用较小的直径焊条以免咬边和不良的焊道成形
3)、垂直上行焊位置的焊接
a)、焊条后拖角保持在90°±5°
b)、焊道的连接如图(2)所示:
c )、焊接摆动技术如图(6)、图(7)所示
图(6)左右摆动技术
图(7)半月形摆动技术
d)、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
e)、焊波间的焊接熔渣要求完全去除,采用打磨的方法去除焊接熔渣是最好的办法。
4)、仰焊位置的焊接
a)、焊条后拖角保持在90°±5°
b)、焊道的连接如图(2)所示:
c)、焊接摆动技术如图(6)、图(7)所示
d)、焊接电弧要求尽量控制在1-2mm。
4、焊接缺陷控制
1)、镍基焊条焊接时焊接穿透性较低
a)、通常,我们都认为提高焊接电流能够增加焊接电弧的穿透能力,但是对于镍基焊条焊接来说,增加焊接电流并不能显著增加焊接电弧的穿透能力,并且规范超出范围的焊接电流的增加会由于热的作用是焊道表面的焊接熔渣变薄而脱落,同时,过热将导致焊接熔池的过渡搅拌使得还原剂损失,产生不良焊缝.
b)、开槽时,坡口的开度要能足够大以使焊条能够伸到接头的底部。如图(8)所示:
图(8)
2)、预热和焊接层间温度
a)、板厚小于等于20mm时,最低5℃
板厚大于20mm时,最低100℃
b)、在坡口两侧150mm范围内采用烤把加热以去除湿气,避免氢对焊接的影响
c)、预热范围在坡口两侧100mm范围内,并在坡口两侧50mm处采用测温笔测量预热温度
3)、焊接热输入:最大35KJ/CM
4)、多层焊接时,焊接熔渣必须清除并打磨干净
5)、点焊定位焊道质量:
a)、点焊定位焊道最短50mm
b)、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
6)、由于焊接5%Ni以上钢时,焊条的熔点小于母材的熔点,所以在坡口面上很容易导致未熔合,所以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
7)、坡口两侧50mm,包括坡口面上必须清洁洁净
8)、焊接电流必须在焊接工艺规程的许可范围内;采用较低范围的焊接电流是正确的焊接条件
9)、在多道焊的盖面焊道,两侧的盖面焊道要求外延2-3mm,以保证良好的焊接熔合性。如图(9)所示:
图(9)
焊接工艺参数
1)、焊接电流范围(焊条牌号不同,可能不同)
焊条规格
2.5×300
3.2×250
4.0×350
5.0×350

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