LNG储罐中9_Ni钢埋弧自动横焊的探讨

422006年1月第1期总152期INSTALLATIONJan.2006No.1TotalNo.152LNG储罐中9%Ni钢埋弧自动横焊的探讨摘要:结合2万m3LNG低温储罐的建造，通过大量的调研分析、比较和试验，介绍了大型LNG低温储罐中9％Ni钢的焊接技术，对9％Ni钢埋弧自动横焊的焊接设备以及焊接工艺进行了分析，并采用交流方波焊接电源进行了试验，解决了9％Ni钢埋弧自动横焊中容易出现的低温韧性降低、热裂纹、冷裂纹以及磁偏吹等问题，并且降低了劳动强度，提高了生产效率，对具体工程施工具有很大的实用价值。关键词:LNG低温储罐；9％Ni钢；埋弧自动横焊；磁偏吹；交流方波电源中图分类号:TG445文献标识码:B文章编号:1002-3607(2006)1-0042-003(上海市安装工程有限公司，上海200080)吴志祥江强1引言1.1LNG的发展趋势LNG是liquifiednaturalgas即液态天然气的简称，被公认为是地球上最干净的能源，且使用安全，热值高，因此使用日益广泛，用途日益增加。天然气可在-162℃低温下液化，液化后的体积缩小为1/600，便于储存和运输，且很容易将其气化，因此液化天然气是储存和调峰最经济的方法。与世界LNG的应用相比，我国起步较晚。1999年我公司为上海天然气管网公司建成了一台2万m3LNG低温储罐，生产能力为10万标准立方米/日，储存能力为2万立方米，再气化能力为120万立方米LNG/日，至今使用情况良好。1.2LNG储罐的主要结构如图1所示：1.3相关技术标准美国API620《大型焊接低压储罐的设计与施工》及附录Q《低温双壁储罐附件/补充》；ASMEsecⅨ《焊接与钎焊评定》；ASTM《美国试验和材料协会规范》；英国BS7777《低温设备的平底、垂直圆柱形储罐》。1.4LNG储罐建造中的焊接难点1.4.1作量大：如一台16×104m3的低温LNG储罐,9%Ni钢内胆的厚度从δ12～36mm不等，直径φ=80000mm，结构总重量约1850t，焊缝总长度约10000m，需相应焊材21吨，X射线26000张“双片”。1.4.2焊接环境差：外壳与内胆之间仅1米的距离，在焊接内胆的时候预应力混凝土外壁已经完成，并且9%Ni钢板的板幅一般都超过3m，因此对焊接设备的规格和性能以及焊接工艺提出了更高的要求。1.4.3焊接性问题：9%Ni钢的焊接可能出现的问题主要有焊接接头的低温韧性差、焊接冷裂纹、焊接热裂纹和焊接时电弧的磁偏吹等问题。1.4.4热输入量控制严格：9%Ni钢焊接时热输入图1LNG低温储罐结构图第1期No.143LNG储罐中9%Ni钢埋弧自动横焊的探讨量控制不好，及其容易出现稀释及裂纹等问题。在焊接时，线能量一般控制范围：1.5KJ/mm～5KJ/mm；部分特殊要求的部位热输入量控制在：1KJ/mm～3KJ/mm。2焊接前准备工作2.19%钢板国外在大型LNG低温储罐以及其它低温储罐和容器中，9%Ni钢基本上取代了Ni-Cr不锈钢，并且自动焊接技术逐步成熟。国内对9%Ni钢的焊接性已经逐步掌握，基于LNG低温储罐的焊接工作量很大，焊接工艺已经逐步从手工焊向自动焊发展。LNG低温储罐的内罐设计温度为-170℃，适用温度为-165℃。考虑到焊接时候的磁偏吹问题，9%Ni钢的钢板采购应提出控制剩磁要求，处理和运输必须达到这样的要求，到达安装现场时，板材的余磁要不影响焊接，一般剩余磁控制在50Gs。2.2焊接材料埋弧自动横焊采用的焊丝一般采用：ERNiCrMo-3或ERNiCrMo-4（AWS标准）,与之匹配的焊剂采用:A5＆SFA5(AWS标准)。采用ERNiCrMo-3焊丝由于含有铌，焊缝的抗拉强度较高，但较易产生裂纹；采用ERNiCrMo-4焊丝不易产生裂纹且屈服点高，但焊缝难以达到必须的强度。ERNi-CrMo-4焊丝比ERNiCrMo-3焊丝的价格要贵30%，因此综合考虑后决定选择了ERNiCrMo-3焊丝。2.3埋弧自动横焊设备埋弧自动横焊设备主要由焊接电源、自动送丝机、行走系统和焊剂循环系统组成。2.3.1焊接电源在建造2万m3LNG低温储罐中，考虑到埋弧自动焊(SAW)焊接9%Ni钢环缝焊接为横缝（2G），熔融的铁水容易下坠，焊缝成型不易控制，且焊接线能量要求严格，电流不宜过大，所以选择了DC-600可控硅多用途直流弧焊电源和与之匹配的NA-3N(S)控制箱。该电源除具有恒压和恒流特性外，还具有手工电弧焊和碳弧气刨所需要的陡降外特性，因此可以一机多用，降本增效。但在焊接质量的控制比较复杂，且有些方面难以控制，如焊接磁偏吹、焊接线能量等。焊接试验时，送丝速度为100mm/s,其它的焊接工艺参数都不变，采用交流方波焊接电源，交流方波的调整见图2所示：试验结果：通过对交流方波的调节，使得焊缝的熔敷金属提高40％，而焊接线能量只增加了4％。试验说明交流方波埋弧自动焊接非常适用9%Ni钢埋弧自动焊接。2.3.2自动送丝机选适用于powerWaveAC/DC1000埋弧焊接电源的powerfeed10sf自动送丝机。送丝速度、交流输出频率、DC-AC切换、电流平衡调节、波形控制等都在powerfeed10A送丝机控制箱上操作，埋弧焊机机头通过上下左右调节器安装在机架升降调整机构的横梁上，可以全方位调节焊枪位置，使焊丝尖端始终位于焊道上。2.3.3行走系统焊接行走机构主要由型钢和钢管制作而成，由顶盖、伸缩体、底板、升降调整机构、驱动系统及行走控制装置组成。行走控制装置可实现正反双向行走，行走变速可在0~2500mm/min范围内无极调节。值得注意的是：(1)9%Ni钢的板幅比较宽，一般超过3m。因此行走机构必须达到一定的高度，然而在加长行走机构规格时，会导致机构行走的稳定性，可以通过调整驱动机构的规格及滚轮之间距离来提高稳定性；(2)9%Ni钢内胆的焊接只能采用正装法，这样驱动系统装在顶盖；(3)由于9%Ni钢内胆与预应力混凝土外壁的距离只有1米，再加上一定弧度的影响，因此焊接行走机构的尺寸必须有严格的控制。(4)考虑到9%Ni钢的焊接对剩磁要求很严格，因此行走滚轮及托带轮应采用不锈钢设计，可以有效防止9%Ni钢的磁性。2.3.4焊剂循环系统图2交流方波的变化前后示意图第1期No.144LNG储罐中9%Ni钢埋弧自动横焊的探讨焊剂循环系统采用吸压式焊剂回收器。工作时，机架自身的重量使托轮带紧贴在壁板上，焊剂从机架顶部的焊剂桶中沿导管下落到托轮带上，实现对焊接电弧的保护作用。在焊接的同时，大功率的洗尘器再将剩余的焊剂从熔池的后方回收到焊剂桶中，再次循环利用。值得注意的是一段时间后，焊剂要全部回收，进行烘干处理。2.3.5数字反馈系统在焊接过程中，采用以太网、Devicennet和Arclink无缝连接，电脑远程控制、监视焊接参数，并且可以通过数字反馈及时调整焊接参数。在焊接时出现不正常的现象时，如：由于坡口的不平整导致焊丝顶端远离焊缝时，如果不能及时调整，导致大面积的焊接缺陷出现，这样通过数字反馈可以在很短的时间内及时调整送丝速度，使之对准焊缝。2.4焊缝接头型式与坡口尺寸由于大型LNG低温储罐的9%Ni钢内胆的钢板厚度δ10～36mm,钢板厚度的跨度比较大，因此在开坡口的时候，较薄的钢板采用单边V型坡口，较厚的钢板采用双面坡口，焊接时焊枪保持15~20°的拉角，焊丝伸出约20mm，薄板和厚板的坡口尺寸见图3所示：2.5焊接工艺参数39%Ni钢的焊接技术难点及对策3.1低温韧性降低3.1.1焊接材料的影响：焊缝金属及熔合区的化学成分与焊接材料有关，如果焊材的含碳量高，或焊缝金属里〔Ni〕与〔Cr〕当量搭配落在不锈钢组织图中含马氏体的区域内，都会引起低温韧性的下降。3.1.2焊接线能量的控制：焊接线能量不在允许范围内，将会影响焊接热循环的峰值温度，从而影响热影响区的金相组织，导致奥氏体减少、粗大的贝氏体增加，因此低温韧性降低。小的线能量将增加焊接层数，能使后续焊道起到回火作用，在回火作用下焊缝能析出大约10％的分散逆转奥氏体，逆转奥氏体与残温奥氏体能吸收有害杂质，从而提高低温韧性。3.1.3焊接层间温度的控制：采用较低的层间温度，以增大冷却速度减少焊接中的硫、磷偏析、聚集，9%Ni钢的焊接层间温度控制在100℃以下。3.1.4焊接质量控制：严格遵循焊接工艺规程，减少人为造成的缺陷，保证焊缝一次合格。焊接缺陷部位一般只允许一次返修，保证低温韧性。3.2热裂纹问题焊接热裂纹的产生则与应力、杂质和化学成分有关。3.2.1由于应力影响而产生的热裂纹主要为弧坑裂纹。在焊接时应尽量减小弧坑，弧坑越小，则弧坑裂纹越不容易产生，同时注意填满弧坑。在清根的时候，注意打磨成“U”型的，避免出现窄而深的“V”形坡口。3.2.2焊接热裂纹的产生还与焊缝金属结晶过程中的低熔点杂质偏析的数量和分布有关。液体金属结晶过程越长偏析越严重，避免的方法主要是选用熔化温度区间较小的，或偏析杂质不连续的焊接材料，如ERNiCrMo-3焊丝。3.3冷裂纹问题9%Ni钢具有良好的抗冷裂纹能力，在高氢的情况下，有一定的冷裂纹敏感性，特别是施焊第一层焊缝时，由于根部附近冷却快，拘束应力较大，如果焊接材料或环境潮湿，很可能出现冷裂纹。3.3.1焊接材料：选择含碳量小的焊接材料，如果含碳量比母材高，焊接时会因为熔合和扩散使熔合区含碳量增加而产生硬化层，产生组织应力而导致冷裂纹。3.3.2控制氢的含量：主要由于氢在硬化层中积聚是图3焊缝坡口示意图表1焊接工艺参数序号工艺焊丝直径电极电流(A)电压(V)焊接速度(cm/min)线能量KJ/mm1SAWERNiCrMo-3Φ1.6交流AC方波29025411.062SAWERNiCrMo-3Φ1.629026411.103SAWERNiCrMo-3Φ1.629026590.774SAWERNiCrMo-3Φ1.630026870.545SAWERNiCrMo-3Φ1.630026710.666SAWERNiCrMo-3Φ1.630026830.56452006年1月第1期总152期Jan.2006No.1TotalNo.152INSTALLATION由于焊缝坡口附近不洁（有水、油及有机物等），及焊丝扩散氢所致。因此首先要控制焊材库温（≥20℃）、湿度（＜40％），然后要严格焊条的烘干制度，最后在雨、雪等湿度较大的气候应停止施焊。3.3.3控制焊接接头应力：主要从控制层间温度和线能量来控制热应力；合理的组装工艺和焊接顺序来减小拘束应力。3.4电弧磁偏吹3.4.1母材和焊接材料：母材运至现场时的剩磁要求，必要时进行消磁处理，同时选择能防止电弧磁偏吹的焊接材料。3.4.2焊接设备：采用交流方波焊接电源。3.4.3打磨方式：由于碳弧气刨采用直流电焊机，气刨电流通常在500A以上，这样气刨、直流焊机和罐壁之间构成直流外加强磁场，当碳刨结束，罐壁中容易产生较强的剩磁，从而导致焊接电弧磁偏吹。因此尽量用砂轮打磨。4需要解决的问题4.19%Ni钢钢材以及与之匹配的焊接材料还没有国产化，目前国内研究机构、LNG储罐建造以及相关行业中已经有很大的需求量。4.2目前埋弧自动横焊设备已经基本上国产化，相关制造企业也针对大型LNG低温储罐建造中9%Ni钢的埋弧自动横焊做了研究及改造，但在焊道跟踪及反馈系统方面还没有起步。·电气安装技术·浅谈住宅电气安全设计应注意的几个方面摘要:针对家庭中电气安全设计，在设置局部等电位连接、插座设置、漏电保护装置的设置等方面提出必要的措施，并对配电设计的回路数提出自己的建议。关键词:等电位；RCD中图分类号:TU976+.9文献标识码:B文章编号:1002-3607(2006)1-0045-02(安徽省含山县规划建筑设计院，安徽含山238100)戴圣霞随着人民生活水平的日益提高，家庭中电器设备的数量和使用频率也在极大地提高，对家庭中电气的安全设计也就尤为重要。根据笔者几年来对电气设计方面的理解，谈谈在电气设计中如何对安全采取必要的措施。1局部等电位连接在卫生间内设置局部等电位连接，因