LNG低温储罐9%Ni钢焊接控制要点分析

[摘 要]结合某沿海地区LNG项目16万立方低温储罐的施工，分析了9%Ni钢的特点，介绍了9%Ni钢焊接控制要点及焊后质量控制要求。

[关键词]LNG储罐；9%Ni钢；焊接控制要点

中图分类号：TV91；TV544 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）36-0271-01

前言

9%Ni钢的焊接是LNG工程建设的关键技术之一，本文以某LNG项目储罐为基础，研究LNG储罐9%Ni钢焊接控制要点，本项目储罐型式为全容式双层低温储罐，LNG储罐单罐容积16×104m3，内罐内径为80m，内罐高度为36.1m，设计温度为-165℃，内罐设计承装冷冻介质LNG，内罐及护角材质为9%Ni钢。

1 LNG储罐用9%Ni钢介绍

目前低温压力储罐的制造材料以9%Ni钢为主，9%Ni钢焊接主要是保证焊接接头的低温韧性，并采用有效的措施防止冷、热裂纹，克服焊接时电弧的电弧磁偏吹等问题，这也是焊接工艺控制的要点。

1.1 焊接热裂纹

热裂纹是一种危险的焊接缺陷，应力、化学成分、杂质的数量和分布与热裂纹的产生有着一定的关系。热裂纹一般都沿晶界开裂，在定位焊缝和打底焊缝中也容易产生热裂纹。

所以，为了防止热裂纹，首先要使焊接区域坡口边缘不能有油脂、水锈和其他赃物，尽量减少焊缝中的杂质；采用多层焊法时，一定要错开各层之间的接头，同时在焊接时要减少接头；弧坑缺陷要在接头焊接前磨去。

1.2 焊接冷裂纹

焊接冷裂纹的产生与焊接接头拘束应力的大小、含氢量及其分布三大要素有关。相比其他低合金钢，9%Ni钢的抗冷裂的能力较好，冷裂纹一般不会在低氢情况下出现。但如果选择了不当的焊接参数或者在氢含量高的情况下，会产生一定的冷裂纹。防止焊接冷裂纹就需要在焊接时控制环境湿度、温度，注意焊条的烘干，严格按照焊接工艺规程执行。

1.3 焊接接头的低温韧性

在焊缝、熔合区和粗晶区都有可能存在9%Ni钢焊接的低温韧性问题。采用的焊接材料类型影响着焊缝金属与熔合区的低温韧性，而焊接热输入、层间温度则影响着粗晶区的低温韧性。在施工过程中，应该减小热输入，采用多道焊、多层焊，严格控制层间温度和热输入，从而保证低温韧性。

1.4 焊接电弧的磁偏吹

9%Ni钢是强磁性材料，在焊接过程中容易产生气孔、夹渣、未焊透等情况，造成电弧的磁偏吹。为避免磁偏吹，可以对母材进行消磁处理并采用交流焊接。

2 LNG储罐9%Ni钢焊接控制要点

目前9%Ni钢的焊接考虑到LNG储罐的焊接工作量大应用的方法主要有：焊条电弧焊（SMAW）、埋弧自动焊（SAW）。在壁板的横缝焊接过程中主要使用埋弧自动焊，而在焊接壁板的底板、立缝、角保护板、大角缝时主要使用手工电弧焊。

2.1 焊接环境的基本要求

（1）如果准备焊接材料的表面有潮湿情况是，不能进行焊接。

（2）当遇到大风、雨雪天气时，应该采取措施正确保护焊工和工件，否则不能进行焊接。

（3）焊接作业不能在母材温度低于零下10摄氏度的情况下进行。如果温度大于零下10摄氏度并小于10摄氏度时，应当对焊缝附近一定范围（距焊缝4倍板厚和75毫米之间的大值）的表面预热到10摄氏度以上。

（4）如果环境温度高于10摄氏度，则不需要加热，但如果有可见的湿气，也应该进行加热去除。

2.2 内罐底板焊接

内罐底板焊接使用焊条电弧焊（SMAW），焊接时依据《焊接工艺评定报告》编制的焊接作业指导书及焊接工艺卡进行焊接作业。焊接时首先将内罐边缘板的对接焊缝焊接完成。

内罐底板组对、焊接控制要点：

（1）缘板板厚б=22mm，坡口为单面V型对接口，焊接时为1G的平焊+4G的封底焊。

（2）边缘板的焊接优先采用整圈边缘板组对完成后，安排焊工进行对称焊接的方式进行，最大限度的减小焊接变形。

（3）焊接时采用分段退步焊接。分段退步焊接方法焊接时做好反变形措施，可以垫高边缘板焊接来抵消一部分焊接变形。4G位置焊接时需要将边缘板垫高后进行。

（4）在组对过程中应严格控制错边、坡口、钝边等组对参数。

2.3 内罐壁板焊接

内罐壁板焊接分环缝和立缝。环缝的焊接采用埋弧自动焊（SAW）的方式，立缝焊接采用焊条电弧焊（SMAW）方式。

内罐壁组对、焊接控制要点：

（1）内罐壁板组对之前，依据内罐方位图，将壁板竖向对接口的位置做好标记。

（2）内罐壁板组对主要是相邻两圈壁板间的环缝和同圈内相邻的两张板间的立缝。各圈壁板间采用内平齐的组对方式。

（3）第一圈壁板吊装前，在内罐边缘板上划出壁板安装的圆，理论安装半径R=40000mm，在边缘板上划出R=40000mm的圆，并在该圆上安装挡板。

（4）对组对完成的板进行坡口角度、组对间隙、水平度、错边、垂直度等项目的检查验收，验收合格后方能进行焊接；组对间隙是一个质量控制点为，其中环向焊缝的组对间隙以≤2mm为宜；纵向焊缝的组对间隙为3mm。

（5）焊接过程中必须严格按照工艺评定的参数来进行。保证线能量的输入不超标。立缝的焊接采用3G位置的分段退步焊接。使用ENiCrMo-6直径Φ=3.2mm的焊条。

（6）环向焊缝的焊接为SAW埋弧自动焊，第一圈壁板在整体组对成圆后再进行立缝的焊接，立缝焊接完成后，利用全站仪将第二圈壁板起始安装点，在第一圈壁板之上进行第二圈壁板的组对。

（7）焊前清除坡口两侧25mm范围内的油污、铁锈、水分、粉尘等影响焊接质量的污物。

（8）焊缝外观应饱满，无明显咬肉、飞溅、夹渣、弧坑等质量缺陷。

（9）钢板坡口表面不得有夹渣、分层、裂纹、缺陷，坡口打磨使用专用不锈钢砂轮。

（10）对现场的焊接参数、工艺纪律进行检查，确保在工艺评定的规定之内。

（11）发放前的焊条为真空包装，领取后装入焊条筒，焊接过程中保持焊条筒通电保温。

（12）焊接完成后对纵焊缝角变形进行测量。

3.壁板焊接后质量控制要求

（1）偏差在高度方向不应大于50mm。

（2）偏差在垂直度方向不应大于50mm。

（3）表面不应有明显的凹凸变形，板厚大于等于25mm时，应小于10mm；板厚小于25mm时，应小于13mm。

（4）底圈壁板内表面半径，在距离罐底1000mm处测量，内表面任意点半径的允许偏差为±30mm。

（5）椭圆度：任意高度处，最大直径与最小直径的差值应该小于200mm。

（6）在组装焊接后，用1米长的弧形样板检查纵焊缝角变形情况，应符合下面的规定（表1）：

（7）焊后罐壁局部凹凸变形应平缓，不应突然起伏，用1m长的弧形样板检查应符合下列规定（表2）：

（8）罐底板局部最大凹凸变形不应大于变形长度的2%，且不大于50mm。

4 结论

焊条电弧焊（SMAW）、埋弧自动焊（SAW）应用于LNG低温储罐建设过程中的9%Ni钢焊接，通过严格控制焊接过程，确保了焊接工程质量，使16万立方储罐安装顺利完成，积累了宝贵的经验。

参考文献

[1] 《低温压力容器用9%Ni钢板》GB24510-2009.

[2] 《焊接工艺简明手册》上海科学技术出版社，徐峰主编，2009年1月出版.