大連LNG內(nèi)罐9%Ni鋼焊接工藝評定程序

1、DLNG目 錄 1.概述 2.編制依據(jù) 3.試驗參照規(guī)范 4.相關(guān)人員職責 5.評定過程 6. 06Ni9鋼焊接 7.工期、人員及設(shè)備計劃DLNGDLNG1.概述 中國石油大連LNG項目是國內(nèi)首次自主設(shè)計、采購和施工一體化的項目，尤其LNG儲罐首次采用山西太原鋼鐵廠生產(chǎn)的06Ni9鋼材料，這是對我們國內(nèi)LNG項目從設(shè)計水平、材料的可靠性和施工技術(shù)能力的全面考量，這也是我國LNG儲罐用鋼板全面國產(chǎn)化的一個里程碑。要完成這個具有劃時代意義的項目，關(guān)鍵是對06ni9鋼材料可焊性的認證，因此我們必須完成一整套關(guān)于06Ni9鋼材料焊接性能驗證的報告性資料，這就是06Ni9鋼焊接工藝評定報告。DLNG2.

2、編制依據(jù)2.1 BS7777-2：19932.2LNG儲罐工程規(guī)定B版2.3 中國寰球工程公司設(shè)計圖紙3.試驗參照規(guī)范EN895：1997、EN10002-1：1990ASME IXEN10045-1：1990和BS777-2圖27EN1321：1997EN1043-1：1996DLNG4.相關(guān)人員職責 4.1 焊接技術(shù)員 按相應技術(shù)規(guī)范要求編制焊接工藝規(guī)程(WPS)，監(jiān)督焊接工藝評定實施過程 在工藝評定之前通知業(yè)主/監(jiān)理以便確定工藝評定的停檢點/見證點 挑選技術(shù)水平高的焊工(焊機操作工)，來完成試件的焊接準備工藝評定時使用的材料和設(shè)備機具4.2 QC焊接工程師 審核已編制的焊接工藝規(guī)程(WP

3、S)的合理性，確保所編制的焊接工藝規(guī)程能夠?qū)嵤┯诂F(xiàn)場焊接作業(yè) 協(xié)調(diào)和解決工藝評定中出現(xiàn)的各類問題DLNG5.評定過程5.1焊接工藝規(guī)程(WPS)5.1.1 總則（1）按合同技術(shù)規(guī)范制定編制焊接工藝規(guī)程（2）施工必須按業(yè)主、監(jiān)理批準的焊接工藝評定和焊接工藝規(guī)程進行。在施工中如果對焊接工藝規(guī)程中重要參數(shù)進行了修改，要重新進行焊接工藝評定試驗。經(jīng)業(yè)主、監(jiān)理審核簽字認可之后，新的焊接工藝規(guī)程才可用于現(xiàn)場焊接作業(yè)。對于非重要參數(shù)的修改，不必重新進行工藝評定試驗，經(jīng)業(yè)主、監(jiān)理認可后，可直接用于現(xiàn)場焊接作業(yè)。DLNG（3） 焊接工藝規(guī)程主要包括以下內(nèi)容：母材類型、厚度和直徑范圍。焊接位置焊接工藝焊接材料的類

4、型、尺寸等焊接方向每層焊道的焊接電流和電壓每層焊道電流類型和極性焊接保護氣體、流量和氣體成分根部保護氣體、流量、氣體成分和保護方法坡口型式預熱溫度和層間溫度焊后熱處理DLNG5.2 試件的準備5.2.1 QC焊接工程師負責提出試件準備的具體要求5.2.2 試件的尺寸必須符合上述標準和規(guī)范的要求5.2.3 工藝評定試件用材料應從現(xiàn)場待焊材料端部切取其下料尺寸、厚度、規(guī)格應符合EN288-3標準的有關(guān)技術(shù)規(guī)定5.2.4 試件所采用的焊接坡口型式，是焊接工藝規(guī)程中推薦用于現(xiàn)場焊接施工的坡口型式之一，但坡口型式和尺寸不屬于重要變量DLNG5.2.5 試件的評定按照下表要求進行描述標準內(nèi) 罐 壁板BS7

5、777-2:1993 11.12.3項a)及EN288-3:1992邊緣板BS7777-2:1993 11.12.3項b)及EN288-3:1992底板無要求保護系統(tǒng) 熱角保護底板BS7777-2:1993 11.12.3 b) , EN288-3:1992熱角保護壁板DLNG5.2.6 對于按照BS7777-2:1993 11.12.3項a)要求的試驗，應選擇橫焊和立焊對接焊縫各一個，板厚度等于最小罐壁板厚度的25%，以及施加完全拉伸應力的最大壁板厚度的25%5.3 評定施焊5.3.1 焊接工藝規(guī)程在用于生產(chǎn)焊接之前都應經(jīng)過工藝評定，每一個焊接工藝規(guī)程的評定都應給定一個專有的焊接工藝評定記錄

6、（WPAR）編號5.3.2 在進行工藝試驗之前，QC焊接工程師應核實實驗母材和焊接材料符合焊接工藝規(guī)程上的要求，核查焊接和檢驗設(shè)備處于正常運行狀態(tài)5.3.3 焊接技術(shù)員必須監(jiān)督整個焊接工藝評定試驗過程，并報監(jiān)理/業(yè)主見證DLNG5.3.4 焊接技術(shù)員應監(jiān)督試件的焊接，確保焊工是按照焊接工藝規(guī)程規(guī)定的參數(shù)進行施焊5.3.5 焊接結(jié)束后，焊工按焊接技術(shù)員的要求在工藝試件上打上WPAR編號5.3.6 工藝試件外觀檢查合格后，按照本程序第5.4條款制備試樣DLNG 5.4 試樣的制取 5.4.1 按焊接工藝規(guī)程要求完成試件焊接后，由QC焊接工程師進行外觀檢驗。合格后，將按照有關(guān)標準的規(guī)定對試件做無損檢

7、測和破壞性檢驗，以證明該焊接工藝規(guī)程可獲得具有一定力學性能的優(yōu)質(zhì)焊縫5.4.2 在制取試樣之前，應首先進行外觀檢查和X射線檢測5.4.3 射線照片和射線探傷報告上應標注 WPAR編號5.4.4 應按EN288-3標準及LNG儲罐工程規(guī)定的要求在試件上截取試樣5.4.5 QC焊接工程師應在已完成的試件上標出試樣的切割位置，并且要監(jiān)督切割過程，以確保所需的試樣是按 EN288-3標準及LNG儲罐工程規(guī)定標準的要求制備的，最后在每個試樣上標注WPAR編號 DLNG5.5 檢驗和試驗5.5.1 外觀檢查（目視）檢查焊縫是否成型良好，表面缺陷是否在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)，焊縫外觀質(zhì)量應符合ISO5817標準

8、的B級要求5.5.2 PT表面著色檢查對焊縫作著色檢查，焊縫質(zhì)量應符合BS7777-2:1993、EN571-1:1997標準的要求5.5.3 X射線檢驗對焊縫作X射線檢驗，焊縫質(zhì)量應符合BS7777-2:1993、EN 12062:1997標準的要求。焊接試板不允許進行返工DLNG5.5.4 彎曲試驗對接接頭的彎曲試驗應按照ASME IX的要求進行。試驗 過程中，試件上不能出現(xiàn)長度大于3mm的單個裂紋，出現(xiàn)在試 件角落的裂紋可忽略不記5.5.5 拉伸試驗對接焊縫的試樣和試驗根據(jù)EN895:1997和EN10002-1:1990的要求進行焊接接頭全厚度橫向拉伸試驗（包括抗拉強度，屈服強度）并滿

9、足如下要求：（1）環(huán)焊縫焊接工藝評定橫向拉伸試驗：兩個試樣的最小抗拉強度為490Mpa，最低屈服強度（按BS7777附錄B）為320MpaDLNG（2）焊接縱焊縫工藝評定橫向拉伸試驗：兩個試樣的最小抗拉強度為610Mpa，最低屈服強度（按BS7777附錄B）為400Mpa 異種鋼焊接,接頭的最小抗拉強度不能低于較低側(cè)的母材金屬抗拉強度5.5.6 沖擊試驗 沖擊試驗采用V型缺口沖擊試驗,每個位置應取3個試樣，沖擊試件的選擇、加工、試驗根據(jù)EN10045-1：1990和BS7777-2中的圖27的規(guī)定進行焊縫金屬及熱影響區(qū)的沖擊功：見下表DLNG材料壁厚試驗溫度試樣位置標準試樣的平均值（J）9%N

10、i全壁厚-196WM（熔敷金屬）55熔合線熔合線2mm熔合線5mm304或相當材料全壁厚-196WM（熔敷金屬）31HAZ（熱影響區(qū)）16MnDR全壁厚-40WM（熔敷金屬）27HAZ（熱影響區(qū)）注：1）表中所示沖擊功值為三個全尺寸試樣的平均值，只允許一個試樣沖擊功值低于規(guī)定值，但該值不低于規(guī)定值的75% 2）對于小尺寸試樣，其沖擊功值允許按比例折減 3）9%Ni焊接接頭還應測量其低溫沖擊時的側(cè)向膨脹量，其值不小于0.38mmDLNG5.5.7 宏觀金相試驗 試件的準備和腐蝕根據(jù)EN1321：1997的有關(guān)要求進行，其熔合線、HAZ、焊道應清楚合格標準：無裂紋、夾渣、氣孔、未熔合、未焊透等缺陷

11、 5.5.8 硬度試驗 硬度試驗根據(jù)EN1043-1：1996的要求進行，其他方面根據(jù)EN288-3的要求進行，硬度試驗的最大值應符合相關(guān)規(guī)范要求DLNG5.6 工藝評定記錄(WPAR)5.6.1 QC焊接工程師應為每個焊接工藝規(guī)程編定一個特定的WPAR編號5.6.2 隨著焊接工藝評定的進行，QC焊接工程師應在WPAR上記錄下所有必要的數(shù)據(jù)5.6.3 所有的檢驗報告，如力學性能實驗報告，X射線探傷報告等都應保存在WPAR文件中，作為WPAR的一部分DLNG6. 06Ni9鋼焊接6.1 9%Ni鋼是具有良好的低溫韌性和焊接性，被廣泛用于大型液化天然氣的低溫儲罐，常用的焊接方法是手弧焊，其次是埋弧

12、焊和鎢極氬弧焊。 (大連LNG儲罐的06Ni9內(nèi)罐壁板縱縫及頂圈壁板環(huán)縫采用手工焊，其余壁板環(huán)縫采用埋弧焊；熱角保護等06Ni9材質(zhì)的板材均采用手工焊。)DLNG6.1.1 焊接材料的選用 9%Ni低溫鋼常用的焊接材料有Ni的質(zhì)量分數(shù)約60%以上的Inconel型、Ni的質(zhì)量分數(shù)約40%的FeNi基型、Ni的質(zhì)量分數(shù)為13%的奧氏體不銹鋼型和Ni11%的鐵素體型等，其中Ni基與Fe-Ni基的焊接材料低溫韌性好，線膨脹系數(shù)與Ni9鋼相近，但成本高、屈服點偏低。Ni的質(zhì)量分數(shù)為13%-Cr16%型焊接材料的成本低、屈服點高，但低溫韌性稍差，線膨脹系數(shù)與Ni9鋼有很大差異DLNG（1）9%Ni鋼手工

13、電弧焊用焊接材料為Ni60Cr15Mo、Ni55Cr22Mo9、Ni67Cr16Mo3、Cr15Ni70Mn4Mo4Nb；手弧焊時焊條直徑一般不超過4mm。（2）埋弧焊用焊接材料為Ni67Cr16Mn3Ti、8Cr22Mo9W；埋弧焊時焊絲直徑一般不超過3.2mmDLNG6.2 焊接工藝 6.2.1焊前一般不預熱，當板厚超過50mm時可預熱50，冷變形超過3%時應進行退火處理，退火溫度為5505586.2.2 焊接熱輸入不應過大，線能量應控制在45kJ/cm以下，一般常用735kJ/cm。焊接時必須控制層間溫度在100以下。焊接時應采取措施消除弧坑裂紋和收弧裂紋。具體措施是：打底焊時用穿透法焊

14、接，把弧坑留在背面，填充和蓋面層采用砂輪修磨弧坑和收弧位置，去除缺陷，另外清根后背面要有合適的坡口形狀，避免出現(xiàn)深而窄的坡口；收弧時應盡量減少熔池尺寸，在坡口邊緣或者焊道外緣收弧。打磨方式盡量用不銹鋼磨光片打磨，最好不用碳弧氣刨DLNG6.3 06Ni9鋼焊接易產(chǎn)生的問題及對策 9%Ni鋼在焊接過程中可能出現(xiàn)的問題主要有冷裂紋、熱裂紋、低溫韌性降低以及母材磁化而引起磁偏吹。DLNG6.3.1 冷裂紋 冷裂紋產(chǎn)生的原因有三方面：（1）熔合區(qū)出現(xiàn)硬化層。9%Ni鋼本身含碳量不變（0.10），焊接時本不會產(chǎn)生硬化組織，但如選用含碳量較高的焊材也會因熔合、擴散使熔合區(qū)含碳量增高而產(chǎn)生硬化層。選用含碳量

15、不高于母材的焊條就可避免出現(xiàn)硬化層（2）氫在硬化層中積聚是由于焊縫坡口附近不潔（有水、油及有機物），及焊條擴散氫含量高所致。保持坡口清潔并選用低氫焊條（注意焊條的烘干、保管），完全可避免氫的積聚（3）焊接接頭應力包括組織應力、熱應力和拘束應力。選低碳焊條可避免出現(xiàn)硬化組織，就不會產(chǎn)生過大的組織應力；控制層間溫度及選用線能量較小的焊接規(guī)范可控制熱應力；合理的組對安裝和焊接順序可減小拘束應力。 這樣就控制了冷裂紋的產(chǎn)生DLNG6.3.2 熱裂紋 熱裂紋產(chǎn)生和焊縫金屬結(jié)晶過程中的低熔點雜質(zhì)偏析的數(shù)量及分布有關(guān)。液體金屬結(jié)晶過程越長偏析越嚴重，偏析產(chǎn)生的低熔點雜質(zhì)分布在晶界上，尤其在純奧氏體組織中，雜

16、質(zhì)在晶界上的分布是連續(xù)的 避免熱裂紋的辦法應是選用熔化溫度區(qū)間范圍小的，或偏析雜質(zhì)在焊縫金屬晶界的分布為不連續(xù)狀的（非單一奧氏體組織）焊條DLNG6.3.3 低溫韌性降低 低溫韌性降低的原因有兩個方面：（1）焊接材料的影響：焊縫金屬及熔合區(qū)的化學成分與焊材有關(guān)，如果焊材含碳量高，或Ni、Cr當量搭配以及焊材與母材融合后的Ni、Cr當量搭配落在不銹鋼組織圖中含馬氏體的區(qū)域內(nèi)，都會一起低溫韌性降低。（2）焊接線能量和層間溫度會改變焊接熱循環(huán)的峰值、溫度，從而影響熱影響區(qū)的金相組織。如峰值溫度過高，會使逆轉(zhuǎn)奧氏體減少并產(chǎn)生粗大的貝氏體，從而使低溫韌性下降。其實，我們在焊接過程中只要控制線能量和適當?shù)?/p>

17、層間溫度，該現(xiàn)象就可避免。 DLNG6.3.4 磁偏吹 9%Ni鋼在加工運輸過程中可能被磁化，當用直流焊機焊接時會進一步磁化，導致電弧偏吹（如圖1）。鋼板為正極，焊條為負極，坡口中磁通方向由N極至S極，電弧將向圖中背后方向偏吹乃至拉斷，使焊接無法正常進行?？朔牌档耐緩剑阂皇菍δ覆模ㄖ行⌒筒考┻M行消磁處理；二是將永久磁鐵塊放在坡口兩側(cè)以抵消母材磁場（這不容易掌握）；三是選用交流焊機，由于電流方向每秒變化100次，電弧中的物質(zhì)因慣性來不及隨之變化運動方向，也就不會發(fā)生磁偏吹了。工程實踐證明，該途徑這對克服磁偏吹是行之有效的。DLNG7. 工期、人員及設(shè)備計劃 根據(jù)大連LNG儲罐施工計劃，于2010年1月份，熱角保護材料開始焊接，Ni9鋼材料焊接陸續(xù)展開?，F(xiàn)在我們已經(jīng)編制了初步焊接工藝評定計劃表，具體評定項目詳見附表1.希望在座的各位專家和領(lǐng)導給予審核和指導?，F(xiàn)在評定用的實驗室已初步確定，為大連船舶重工集團有限公司，具體事宜還在洽談中。 原計劃評定用06Ni9鋼板材和焊材2009年9月份進場，材料到場我們就著手附表中的評定項目，具體評定順序號根