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1、DLNG,06Ni9钢焊接工艺评定程序,单位：中国寰球工程公司大连LNG项目部 （寰球六建）,大连LNG项目接收站工程,汇报人：张中耀,目 录,1.概述 2.编制依据 3.试验参照规范 4.相关人员职责 5.评定过程 6. 06Ni9钢焊接 7.工期、人员及设备计划,DLNG,DLNG,1.概述 中国石油大连LNG项目是国内首次自主设计、采购和施工一体化的项目，尤其LNG储罐首次采用山西太原钢铁厂生产的06Ni9钢材料，这是对我们国内LNG项目从设计水平、材料的可靠性和施工技术能力的全面考量，这也是我国LNG储罐用钢板全面国产化的一个里程碑。要完成这个具有划时代意义的项目，关键是对06ni9钢
2、材料可焊性的认证，因此我们必须完成一整套关于06Ni9钢材料焊接性能验证的报告性资料，这就是06Ni9钢焊接工艺评定报告。,DLNG,2.编制依据 2.1 BS7777-2：1993 2.2LNG储罐工程规定B版 2.3 中国寰球工程公司设计图纸 3.试验参照规范 EN895：1997、EN10002-1：1990 ASME IX EN10045-1：1990和BS777-2图27 EN1321：1997 EN1043-1：1996,DLNG,4.相关人员职责 4.1 焊接技术员 按相应技术规范要求编制焊接工艺规程(WPS)，监督 焊接工艺评定实施过程 在工艺评定之前通知业主/监理以便确定工艺
3、评定的停 检点/见证点 挑选技术水平高的焊工(焊机操作工)，来完成试件的焊接 准备工艺评定时使用的材料和设备机具 4.2 QC焊接工程师 审核已编制的焊接工艺规程(WPS)的合理性，确保所编制 的焊接工艺规程能够实施于现场焊接作业 协调和解决工艺评定中出现的各类问题,DLNG,5.评定过程 5.1焊接工艺规程(WPS) 5.1.1 总则 （1）按合同技术规范制定编制焊接工艺规程 （2）施工必须按业主、监理批准的焊接工艺评定和焊接工艺规程进行。在施工中如果对焊接工艺规程中重要参数进行了修改，要重新进行焊接工艺评定试验。经业主、监理审核签字认可之后，新的焊接工艺规程才可用于现场焊接作业。对于非重要
4、参数的修改，不必重新进行工艺评定试验，经业主、监理认可后，可直接用于现场焊接作业。,DLNG,（3） 焊接工艺规程主要包括以下内容： 母材类型、厚度和直径范围。 焊接位置 焊接工艺 焊接材料的类型、尺寸等 焊接方向 每层焊道的焊接电流和电压 每层焊道电流类型和极性 焊接保护气体、流量和气体成分 根部保护气体、流量、气体成分和保护方法 坡口型式 预热温度和层间温度 焊后热处理,DLNG,5.2 试件的准备 5.2.1 QC焊接工程师负责提出试件准备的具体要求 5.2.2 试件的尺寸必须符合上述标准和规范的要求 5.2.3 工艺评定试件用材料应从现场待焊材料端部切取其下料尺寸、厚度、规格应符合EN
5、288-3标准的有关技术规定 5.2.4 试件所采用的焊接坡口型式，是焊接工艺规程中推荐用于现场焊接施工的坡口型式之一，但坡口型式和尺寸不属于重要变量,DLNG,5.2.5 试件的评定按照下表要求进行,DLNG,5.2.6 对于按照BS7777-2:1993 11.12.3项a)要求的试验，应选择横焊和立焊对接焊缝各一个，板厚度等于最小罐壁板厚度的25%，以及施加完全拉伸应力的最大壁板厚度的25% 5.3 评定施焊 5.3.1 焊接工艺规程在用于生产焊接之前都应经过工艺评定，每一个焊接工艺规程的评定都应给定一个专有的焊接工 艺评定记录（WPAR）编号 5.3.2 在进行工艺试验之前，QC焊接工
6、程师应核实实验母材 和焊接材料符合焊接工艺规程上的要求，核查焊接和检验设 备处于正常运行状态 5.3.3 焊接技术员必须监督整个焊接工艺评定试验过程，并报监理/业主见证,DLNG,5.3.4 焊接技术员应监督试件的焊接，确保焊工是按照焊接工艺规程规定的参数进行施焊 5.3.5 焊接结束后，焊工按焊接技术员的要求在工艺试件上打上WPAR编号 5.3.6 工艺试件外观检查合格后，按照本程序第5.4条款制备试样,DLNG,5.4 试样的制取 5.4.1 按焊接工艺规程要求完成试件焊接后，由QC焊接工程师进行外观检验。合格后，将按照有关标准的规定对试件做无损检测和破坏性检验，以证明该焊接工艺规程可获得
7、具有一定力学性能的优质焊缝 5.4.2 在制取试样之前，应首先进行外观检查和X射线检测 5.4.3 射线照片和射线探伤报告上应标注 WPAR编号 5.4.4 应按EN288-3标准及LNG储罐工程规定的要求在试件上截取试样 5.4.5 QC焊接工程师应在已完成的试件上标出试样的切割位置，并且要监督切割过程，以确保所需的试样是按 EN288-3标准及LNG储罐工程规定标准的要求制备的，最后在每个试样上标注WPAR编号,DLNG,5.5 检验和试验 5.5.1 外观检查（目视） 检查焊缝是否成型良好，表面缺陷是否在规范允许的 范围之内，焊缝外观质量应符合ISO5817标准的B级要求 5.5.2 P
8、T表面着色检查 对焊缝作着色检查，焊缝质量应符合BS7777-2:1993、 EN571-1:1997标准的要求 5.5.3 X射线检验 对焊缝作X射线检验，焊缝质量应符合BS7777-2:1993、 EN 12062:1997标准的要求。焊接试板不允许进行返工,DLNG,5.5.4 弯曲试验 对接接头的弯曲试验应按照ASME IX的要求进行。试验 过程中，试件上不能出现长度大于3mm的单个裂纹，出现在试 件角落的裂纹可忽略不记 5.5.5 拉伸试验 对接焊缝的试样和试验根据EN895:1997和EN10002-1:1990的要求进行焊接接头全厚度横向拉伸试验（包括抗拉强度，屈服强度）并满足如
9、下要求： （1）环焊缝焊接工艺评定横向拉伸试验：两个试样的最小抗拉强度为490Mpa，最低屈服强度（按BS7777附录B）为320Mpa,DLNG,（2）焊接纵焊缝工艺评定横向拉伸试验：两个试样的最小抗拉强度为610Mpa，最低屈服强度（按BS7777附录B）为400Mpa 异种钢焊接,接头的最小抗拉强度不能低于较低侧的母材金属抗拉强度 5.5.6 冲击试验 冲击试验采用V型缺口冲击试验,每个位置应取3个试样，冲击试件的选择、加工、试验根据EN10045-1：1990和BS7777-2中的图27的规定进行焊缝金属及热影响区的冲击功：见下表,DLNG,注：1）表中所示冲击功值为三个全尺寸试样的平
10、均值，只允许一个试样冲击功值低于规定值，但该值不低于规定值的75% 2）对于小尺寸试样，其冲击功值允许按比例折减 3）9%Ni焊接接头还应测量其低温冲击时的侧向膨胀量，其值不小于0.38mm,DLNG,5.5.7 宏观金相试验 试件的准备和腐蚀根据EN1321：1997的有关要求进行，其熔合线、HAZ、焊道应清楚 合格标准：无裂纹、夹渣、气孔、未熔合、未焊透等缺陷 5.5.8 硬度试验 硬度试验根据EN1043-1：1996的要求进行，其他方面根据EN288-3的要求进行，硬度试验的最大值应符合相关规范要求,DLNG,5.6 工艺评定记录(WPAR) 5.6.1 QC焊接工程师应为每个焊接工艺
11、规程编定一个特定的WPAR编号 5.6.2 随着焊接工艺评定的进行，QC焊接工程师应在WPAR上记录下所有必要的数据 5.6.3 所有的检验报告，如力学性能实验报告，X射线探伤报告等都应保存在WPAR文件中，作为WPAR的一部分,DLNG,6. 06Ni9钢焊接 6.1 9%Ni钢是具有良好的低温韧性和焊接性，被广泛用于大型液化天然气的低温储罐，常用的焊接方法是手弧焊，其次是埋弧焊和钨极氩弧焊。 (大连LNG储罐的06Ni9内罐壁板纵缝及顶圈壁板环缝采用手工焊，其余壁板环缝采用埋弧焊；热角保护等06Ni9材质的板材均采用手工焊。),DLNG,6.1.1 焊接材料的选用 9%Ni低温钢常用的焊接
12、材料有Ni的质量分数约60%以上的Inconel型、Ni的质量分数约40%的FeNi基型、Ni的质量分数为13%的奥氏体不锈钢型和Ni11%的铁素体型等，其中Ni基与Fe-Ni基的焊接材料低温韧性好，线膨胀系数与Ni9钢相近，但成本高、屈服点偏低。Ni的质量分数为13%-Cr16%型焊接材料的成本低、屈服点高，但低温韧性稍差，线膨胀系数与Ni9钢有很大差异,DLNG,（1）9%Ni钢手工电弧焊用焊接材料为Ni60Cr15Mo、Ni55Cr22Mo9、Ni67Cr16Mo3、Cr15Ni70Mn4Mo4Nb；手弧焊时焊条直径一般不超过4mm。 （2）埋弧焊用焊接材料为Ni67Cr16Mn3Ti、
13、8Cr22Mo9W；埋弧焊时焊丝直径一般不超过3.2mm,DLNG,6.2 焊接工艺 6.2.1焊前一般不预热，当板厚超过50mm时可预热50，冷变形超过3%时应进行退火处理，退火温度为550558 6.2.2 焊接热输入不应过大，线能量应控制在45kJ/cm以下，一般常用735kJ/cm。焊接时必须控制层间温度在100以下。焊接时应采取措施消除弧坑裂纹和收弧裂纹。具体措施是：打底焊时用穿透法焊接，把弧坑留在背面，填充和盖面层采用砂轮修磨弧坑和收弧位置，去除缺陷，另外清根后背面要有合适的坡口形状，避免出现深而窄的坡口；收弧时应尽量减少熔池尺寸，在坡口边缘或者焊道外缘收弧。打磨方式尽量用不锈钢磨
14、光片打磨，最好不用碳弧气刨,DLNG,6.3 06Ni9钢焊接易产生的问题及对策 9%Ni钢在焊接过程中可能出现的问题主要有冷裂纹、热裂纹、低温韧性降低以及母材磁化而引起磁偏吹。,DLNG,6.3.1 冷裂纹 冷裂纹产生的原因有三方面： （1）熔合区出现硬化层。9%Ni钢本身含碳量不变（0.10），焊接时本不会产生硬化组织，但如选用含碳量较高的焊材也会因熔合、扩散使熔合区含碳量增高而产生硬化层。选用含碳量不高于母材的焊条就可避免出现硬化层 （2）氢在硬化层中积聚是由于焊缝坡口附近不洁（有水、油及有机物），及焊条扩散氢含量高所致。保持坡口清洁并选用低氢焊条（注意焊条的烘干、保管），完全可避免氢的
15、积聚 （3）焊接接头应力包括组织应力、热应力和拘束应力。选低碳焊条可避免出现硬化组织，就不会产生过大的组织应力；控制层间温度及选用线能量较小的焊接规范可控制热应力；合理的组对安装和焊接顺序可减小拘束应力。 这样就控制了冷裂纹的产生,DLNG,6.3.2 热裂纹 热裂纹产生和焊缝金属结晶过程中的低熔点杂质偏析的数量及分布有关。液体金属结晶过程越长偏析越严重，偏析产生的低熔点杂质分布在晶界上，尤其在纯奥氏体组织中，杂质在晶界上的分布是连续的 避免热裂纹的办法应是选用熔化温度区间范围小的，或偏析杂质在焊缝金属晶界的分布为不连续状的（非单一奥氏体组织）焊条,DLNG,6.3.3 低温韧性降低 低温韧性
16、降低的原因有两个方面： （1）焊接材料的影响：焊缝金属及熔合区的化学成分与焊材有关，如果焊材含碳量高，或Ni、Cr当量搭配以及焊材与母材融合后的Ni、Cr当量搭配落在不锈钢组织图中含马氏体的区域内，都会一起低温韧性降低。 （2）焊接线能量和层间温度会改变焊接热循环的峰值、温度，从而影响热影响区的金相组织。如峰值温度过高，会使逆转奥氏体减少并产生粗大的贝氏体，从而使低温韧性下降。其实，我们在焊接过程中只要控制线能量和适当的层间温度，该现象就可避免。,DLNG,6.3.4 磁偏吹 9%Ni钢在加工运输过程中可能被磁化，当用直流焊机焊接时会进一步磁化，导致电弧偏吹（如图1）。钢板为正极，焊条为负极，坡口中磁通方向由N极至S极，电弧将向图中背后方向偏吹乃至拉断，使焊接无法正常进行。,克服磁偏吹的途径：一是对母材（中小型部件）进行消磁处理；二是将永久磁铁块放在坡口两侧以抵消母材磁场（这不容易掌握）；三是选用交流焊机，由于电流方向每秒变化100次，电弧中的物质因惯性来不及随之变化运动方向，也就不会发生磁偏吹了。工程实践证明，该途径这对克服磁偏吹是行之
