[发明专利]大型液态天然气储罐焊接工艺方法

说明书

技术领域

本发明属焊接领域，特别是涉及一种耐低温材料的焊接工艺。

背景技术

天然气又名LND可以在-162℃低温下液化，液化后的体积只有气态的1/600，使于储罐和运输，且很容易将其气化，因此液态天然气是储罐和调峰最经济的手段。

上海燃气集团五号沟LNG事故备用站扩建工程中，2台50000m3LNG储罐，外罐为预应力混凝土罐壁，内衬碳钢板，内罐为9％Ni钢板焊制，建造LNG储罐的关键技术，是9％Ni钢的焊接。50000m3LNG储罐，是全包容类型储罐，外罐预应力钢筋混凝土罐壁，外罐内径φ54.8m，罐壁高度29.3m，罐顶混凝土厚度400mm；内罐为9％Ni钢，内罐内径：φ52.5m，高度为26.73m。材质为9％Ni钢，内罐直接接触LNG低温介质。

9％Ni钢是低温马氏体型低温钢，在-165℃低温工作条件下，具有良好的低温韧性和较高的强度，其脆性转变温度低于最低工作温度，在低温下，组织稳定，不发生力学性能与物理性能的相变，因此9％Ni钢其低温性能可满足LNG储罐要求，但9％Ni钢的焊接有很高的技术难度：

①焊接接头的低温韧性问题，焊接接头需作-196℃冲击试验，冲击值大于35J，由于9％Ni钢是经热处理提高性能的钢种，由于焊接冶金反应和热循环的作用下，破坏了原始热处理状态，熔合线的成分及热影响区的组织发生变化，使低温韧性降低。

②焊接热裂纹问题

9％Ni钢焊接时，有可能产生焊接热裂纹，热裂纹的产生与应力、化学成分、杂质有关。

如焊材与9％Ni钢在室温和高温下的线胀系数差异较大，则焊接过程中，因不均匀的热胀冷缩会产生热应力，有可能产生裂纹。

热裂纹的产生与焊接金属结晶过程中的低熔点杂质偏析的数量及分布有关，液态金属结晶过程越长，偏析越严重，偏析产生的低熔点杂志分布在晶界上，有可能产生裂纹。

③焊接冷裂纹问题

9％Ni钢焊接时，也有一定的冷裂纹敏感性，其原因是应力、脆性组织及高氢条件。

焊接接头应力，包括拘束应力、组织应力和热应力。特别是当施焊第一层焊缝时，由于根部的冷却速度较快，拘束应力较大。

焊缝中氢的积聚主要由于焊条扩散氢含量及坡口的不清洁(如有水，油污及有机物)，以及施焊环境，湿度等有关。

熔合线出现冷脆的马氏体带。

④焊接电弧磁偏吹问题

9％Ni钢对磁化敏感，当用直流焊机施焊时，会形成定向磁场，对9％Ni钢会进一步磁化，如剩磁过大，焊接时会产生电弧磁偏吹，磁偏吹一旦产生，就有一定的持续长度，有可能产生整条焊缝未熔合，未焊透和条状夹渣并存，严重影响焊接质量。因此，焊接接头的低温韧性降低，冷、热裂纹倾向、母材的磁化敏感，是9％Ni钢焊接的主要难点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种大型液态天然气储罐焊接工艺方法，以解决现有技术中焊接困难的缺陷。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种大型液态天然气储罐焊接工艺方法，其特征是：焊接使用交流方波电源，焊接工艺参数为8.156-24.32KJ/cm，线能量18.9-24.32 KJ/cm的层间温度300℃，选用低碳型镍基焊丝。

焊接坡口角度范围60-90℃，错口值范围15-20℃。

焊丝直径φ2.4。

焊接坡口为K型坡口(10)，首先焊接大坡口(11)，然后对背面小坡口(12)碳刨清根，再用砂轮打磨清除表面氧化层，并将刨槽打磨光滑，最后焊接小坡口(12)。

焊接大坡口(11)时背面小坡口(12)用焊剂保护。

当焊接δ＝14.3mm的环焊缝时，大坡口侧采用三层六道，背面焊二层，使用埋弧自动横焊，三台埋弧焊机均布，同向，同步施焊。

有益效果

本发明的工艺采用交流方波电源用控制波形的方法，克服了用直流电源会形成定向磁场，会产生电弧磁偏吹和使用正弦波焊接存在电弧的宽度变窄，焊道上侧的熔合情况变差，熔池较浅的缺陷；焊接大坡口时背面小坡口用焊剂保护，使背面的成形良好，可大幅度减少清根工作量，只用砂轮稍加修整，经渗透检测合格后，即可焊接小坡口，这样即可避免碳刨时对9％Ni钢的影响，又可以节省焊材及劳动力，加快了施工进度，提高了焊接效率。

使用本工艺焊接能提高焊接区粗晶粒区的低温韧性，避免熔合区产生脆性组织，防止焊接冷、热裂纹的产生，焊缝质量优良，有效地保证了9％Ni钢焊接接头的低温韧性。很好地控制焊缝质量，保证了LNG储罐的整体质量。

附图说明

图1为焊接K型坡口示意图；