LNG船液貨系統低溫管焊接工藝

于彩霞 孫海濤

LNG船液貨系統低溫管焊接工藝

于彩霞 孫海濤

【摘要】從焊工、焊材、工藝參數及檢測等方面控制焊接的各個環節，從而保證LNG液貨系統低溫不銹鋼管焊接質量。其中，氬氣保護、熱輸入的控制及層間溫度控制是保證LNG液貨系統低溫不銹鋼管焊接質量的關鍵。

1. 概述

在LNG項目中，液貨系統是比較關鍵的裝置之一，我公司承接的LNG船液貨系統采用ASTM A312 316L奧氏體低溫不銹鋼，為保證液貨系統乃至整個船舶的安全性，必須保證低溫不銹鋼316L焊接質量，加強質量監控。

2.焊接性分析

ASTM A312 TP316L是超低碳奧氏體不銹鋼，焊接性較好，但此項目工作溫度為-165℃，對其低溫韌性要求較高，而由于其導熱系數小而線膨脹系數大，焊接接頭在冷卻過程中容易形成較大的拉應力，又因熱裂紋敏感性大，所以應嚴格控制焊接熱輸入，一般不超過2.2kJ/mm。同時為提高焊縫的抗熱裂性和耐蝕性， 焊接時要特別注意焊接區的清潔， 避免有害元素滲入焊縫。此外，為了保證焊接接頭的塑性、韌性和耐蝕性， 還應控制較低的層間溫度，一般≤150℃。化學成分、力學性能及熔敷金屬力學性能如表1～表3所示。

3. 焊接工藝要求

（1）焊工 施焊焊工必須經過理論和操作培訓，經考試合格后持有船級社頒發的焊工資格證書。持證焊工應按認可的等級進行相應位置的焊接施工，不得超出認可范圍。

（2）焊接材料 船舶管系焊接用的焊條、焊絲等焊接材料原則上應經相應船級社的認可。焊條在使用前須按生產廠說明書的要求進行焙烘。

（3）焊材匹配 我公司低溫不銹鋼316L用氬弧打底（焊材ST—316L），CO2焊蓋面（焊材AT—YJ316L）。

4. 焊前準備

焊前應將坡口表面及內外兩側20mm以上范圍內的油、水、銹及氧化皮等雜物清除干凈，不得有裂紋、夾層等表面缺陷。焊絲在使用前應清除表面油污、銹蝕等。

表1　ASTM A312 TP316L化學成分（質量分數）　　　　（%）

表2　ASTM A312 TP316L 力學性能

表3　熔敷金屬力學性能

定位焊應采用與正式焊接相同的焊接材料和工藝要求。不銹鋼管定位焊時管內要充氬保護。組裝時的臨時定位焊道最終應打磨修整。將成為正式焊縫一部分的定位焊道，在正式焊縫焊接之前必須用打磨及銼等方法將起、

收弧點進行光順處理，使其能與正式焊縫較好的熔合。正式焊縫焊接前應檢查定位焊道，如存在氣孔或裂紋，則必須除掉重新焊接。

5. 焊接質量控制

為保證焊接質量，不銹鋼管的管/管、管件焊接前應進行預充氬，以排除管內的空氣，使wO＜1%，允許整體或局部充氬。充氬時可使用泡沫塑料、有機玻璃等材料制成堵板，由于氬氣比空氣重，因此其進氣口要低于出氣口。但此方法必須保證焊前和焊后堵板的安裝和拆卸，否則充氬時可在堵板位置貼上可溶性紙代替堵板，但應注意要牢固粘貼。預充氬時的氣體流量應控制在16～19L/min。充氬時用醫用膠布或透明膠帶把漏氣處（如坡口間隙、支管等處）封住。預充氬時間應隨管徑增大、堵板距離增大而延長。

焊接過程中注意焊接參數的合理匹配。選用小熱輸入，控制在2.2kJ/mm以下，采用小電流快速焊。多層焊時層間溫度不宜太高，宜采用窄焊縫的操作，鎢極氬弧焊焊接參數如表4所示。焊接時要根據板厚、直徑等選擇相適應的WPS。為保證焊縫背面成形質量，打底焊道結束后，對剩余焊道的焊接仍需向管內進行充氬保護，其流量為16～19L/min，直至焊接完成。

起弧應在坡口內，避免表面損傷。不應在前一道焊縫的弧坑處引弧。氬弧焊引弧時需使用高頻引弧，提前送氣。操作時，焊槍與工件之間保持75°～90°夾角。多層焊時的層間接頭要錯開，層間溫度≤150℃。熄弧時使用衰減電流，延時斷氣（時間在3s以上）后噴嘴才能離開熔池。收弧時應注意操作手法，保證填滿弧坑。

焊接中有飛濺產生時，焊前應在焊接區域外兩側100mm范圍內的管壁外表面噴上防飛濺劑或涂上石灰漿。采用碳弧氣刨清理表面時，氣刨后的表面需用砂輪打磨干凈。wC＜0.003%的不銹鋼（超低碳）不應用碳弧氣刨進行清理。焊接過程中應防止夾鎢現象，若出現夾鎢，應立即予以消除。接頭處用膠布密封，不允許一次性揭掉，應邊焊邊揭。外場作業要采取擋風措施。

表4　鎢極氬弧焊焊接參數

表5　液貨系統低溫不銹鋼管探傷要求

6. 焊后檢測

（1）外觀檢測所有焊接接頭，包括根部側，只要有可能都應進行外觀檢測。焊縫的外觀應符合公認的標準，如CB/T 4000中國造船質量標準。

（2）無損檢測具體要求如表5所示。射線檢測的焊縫須在外觀檢驗及必要修補之后方可進行。焊縫的射線檢測應符合如CCS船級社規范CB/T 3558“船舶鋼焊縫射線檢測工藝和質量分級”的要求。

接頭需在外觀檢測及必要修補之后進行磁粉/滲透檢測。焊縫的磁粉/滲透檢測應符合如CCS船級社規范CB/T 3958“船舶鋼焊縫磁粉檢測、滲透檢測工藝和質量分級”的要求。

（3）修補焊縫的檢測 任何通過檢測發現或者認為不可接受的缺陷都必須通過機械或者碳弧氣刨的方法去除，然后由持證的焊工采用適合的焊接工藝進行焊補。修補結束后，修補焊縫要按原檢測方法進行重新檢測。

7.結語

LNG液貨系統低溫不銹鋼管焊接相對普通不銹鋼，要求-196℃低溫沖擊性能。通過合理焊材的選用，熱輸入控制在2.2k J/m m以下，層間溫度≤150℃，充分的氬氣保護，過程的嚴格控制及焊后的規范檢測，使低溫不銹鋼的焊接質量完全可以保證。

20150214

作者簡介：于彩霞等，大連中遠船務工程有限公司。