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焊接制造案例分析

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：根据AWS A5.11/A5.11M—2005焊条电弧焊镍和镍合金焊条标准，应选用ENiCrMo-3焊条，该合金的线胀系数与9%Ni钢母材最接近。焊接施工后，对焊缝进行目视、渗透和射线检查，均符合标准要求。3）焊条烘烤：E7016焊条焊前应在350℃下烘干并保温2h，焊接时焊条存放在焊条保温筒内，随用随取，E9018-G焊条不要求烘烤。

1.大型液化天然气（LNG）储罐内罐壁板立焊缝的焊条电弧焊

大型LNG储罐结构如图7-10所示，容积160000m³，它包括混凝土外罐、金属外罐、半封闭金属罐和金属内罐。内罐由低温力学性能优良的9%Ni（质量分数）钢拼焊而成。内罐壁板在高度上共有11层，每层的厚度自下而上从28.59mm至12mm逐渐变薄。内罐壁板的立缝采用焊条电弧焊，环缝采用埋弧焊。这里只介绍焊条电弧焊部分。

（1）焊条电弧焊焊条选用和使用要求 9%Ni（质量分数）钢焊接材料的熔敷金属不仅应满足抗拉强度和-196℃低温冲击韧度的要求，而且应与母材的线胀系数相近。因为LNG储罐在运行过程中，随着工作温度的变化会产生膨胀和收缩，储罐壳体的焊接接头必然经受相应的热膨胀循环，如果焊缝金属与9%Ni（质量分数）钢的线胀系数相差太大，会导致焊接接头疲劳寿命下降。根据AWS A5.11/A5.11M—2005焊条电弧焊镍和镍合金焊条标准，应选用ENiCrMo-3焊条（化学成分代号NiCr22Mo9Nb，相当于国家标准GB/T 13814—2008的ENi6625焊条），该合金的线胀系数与9%Ni钢母材最接近。

焊条的使用要求是：①焊前坡口及两侧30mm范围内的毛刺、油污、水、铁锈、氧化皮等必须清除干净。②焊条使用前应进行烘干（300～350℃，1h），烘干后放置于恒温干燥箱内（110～150℃），焊接使用时必须置于手提式焊条保温筒中，筒内温度应保持在50～160℃，焊条置于空气中4h，必须回炉再烘干，再烘干次数不得超过一次。③直流反接，焊接电流见表7-4。

图7-10 LNG储罐结构

表7-4 焊条电弧焊规范参数

（2）内罐壁板焊接顺序

1）通过三个25t塔式起重机吊装预制好的壁板，且在罐内需要四五个人进行固定组装。

2）每两块壁板之间先通过门形卡进行固定，然后进行定位焊，最后拆除门形卡，依次重复这个过程，直到整圈壁板都定位好。

3）整圈壁板定位好之后，进行壁板径向立缝的焊条电弧焊，第一层应采用分段退焊的方法，焊工沿圆周方向均匀分布，同步焊接。

4）进行上一层壁板的组装、焊接。

5）焊接两圈壁板之间的环向焊缝，采用埋弧焊，自动焊机均匀分布，并沿同一方向焊接。先焊大坡口，待大坡口焊接完，反面采用碳弧气刨清根，再用砂轮机打磨、焊道光滑，背面清根时保持合理的U形坡口形状，避免出现窄而深的V形坡口，经渗透检查，直至缺陷全部清除为止。

（3）其他注意事项

焊接施工过程中从安全、焊缝质量等方面考虑，应遵循一定的注意事项：

1）固定焊焊缝应有一定的强度，一般长度不小于50mm。

2）焊接过程中，每焊完一根焊条，收弧处必须打磨，再进行下一根焊条的焊接，以防止弧坑裂纹。

3）焊机电源线和焊把线使用时，不允许盘成封闭的环形，必须拉直，以避免钢板产生磁性。

焊接施工后，对焊缝进行目视、渗透和射线检查，均符合标准要求。对焊缝进行常温拉伸和弯曲、低温冲击（-196℃）试验，结果为：焊接接头抗拉强度为605MPa，拉断位置为母材；接头180°弯曲试验合格；-196℃的冲击吸收能量，焊缝为75J，热影响区为84J。

2.X80级管线钢焊条电弧焊

西气东输工程的冀宁支线采用X80级管线钢，管径ϕ1016mm，壁厚15.3mm，主管线施工采用自动焊技术，连接头部位因自动焊机施工不便，采用焊条电弧焊。

（1）焊接材料 X80钢属控轧控冷低碳贝氏体钢，根据X80级管线钢管材成分及性能，施工时选用AWS标准的E7010（ϕ3.2mm）焊条进行打底焊、E9018-G（ϕ4.0mm）焊条进行填充焊和盖面焊；返修时使用E7016（ϕ3.2mm）焊条打底焊，E5518-G（ϕ3.2mm）进行填充焊和盖面焊。

（2）预热温度及坡口形式通过对X80级管线钢进行斜Y形焊接裂纹试验，并综合考虑现场环境条件，施工时确定预热温度为100～150℃，接头坡口形式及尺寸见图7-11。

（3）焊接要点

1）焊前预热：使用环形火焰加热器对管口进行预热，预热范围为坡口两侧各120mm宽区域。预热时要求加热均匀，预热温度应在距管口50mm处测量，8个测温点均匀分布在管口圆周上。

图7-11 接头坡口形式及尺寸（单位：mm）

2）焊接过程中应保证道间温度与预热温度相同，焊接时随时测量道间温度，如发现温度低于预热温度应重新加热。

3）焊条烘烤：E7016焊条焊前应在350℃下烘干并保温2h，焊接时焊条存放在焊条保温筒内，随用随取，E9018-G焊条不要求烘烤。

4）焊接时，严格按照表7-5的焊接参数执行，不得随意更改参数。

5）为避免焊后焊缝冷却速度过快，焊后应使用保温带进行焊后缓冷处理。

表7-5 焊接参数

注：盖面焊焊缝应比坡口上沿两侧分别宽0.5～2.0mm。

严格执行上述焊接工艺，管道焊接施工的各项指标均达到工程质量要求。