LNG 船舶不銹鋼管質量的現場控制與實踐探討

王瀚

（友聯船廠（蛇口）有限公司，廣東 深圳 518000）

LNG 不僅具有和原油相似的危險性，還具有超低溫的危險特性，因此，LNG 船舶在運輸LNG 過程中，任何疏忽都可能造成巨大的損失，而不銹鋼管作為LNG 船舶各系統相連的重要通道，對不銹鋼管的質量的把控是施工過程中的重中之重。

1 船用不銹鋼管簡介

LNG 常用不銹鋼管為18Cr-8Ni 型鋼，主要用于液貨管系、揮發系統管系、氮氣管系、液貨管安全閥及吹洗管系，輸送介質為液化天然氣、氣態天然氣和氮氣。與碳鋼管相比，不銹鋼管具有3 個特性。（1）約為碳鋼的1/3 的低導熱系數。（2）約為碳鋼的4 倍多的電阻率。（3）比碳鋼大40%的線膨脹系數。而且隨著溫度升高，線膨脹系數還會相應增加。

2 不銹鋼管的安裝工藝

為了達到更好的焊接效果，在不銹鋼管焊接前，需對管子進行開坡口處理，對于管壁厚度小于2mm 的不銹鋼管，采用“I”型焊接坡口，對于管壁厚度大于2mm 的不銹鋼管，采用“V”型焊接坡口。坡口角度：65°±5°，對于管徑小于500mm 的管子，底部坡口間隙為2 ～4mm，點焊3 ～4 個焊點固定。對于管徑不小于500mm 的管子，底部坡口間隙為3.5 ～5mm，如透氣桅主桅，加裝配塊點焊4 ～8 個焊點固定。焊后需對焊縫周圍進行打磨干凈，并清除坡口內及管子坡口端內外表面50mm 范圍內的油，水及其他污物，并用丙酮擦凈。清潔后，對管子的坡口用白膠帶進行防護，待燒焊前撕掉防護，并用干燥無雜質的壓縮空氣對坡口進行再次清潔。

3 不銹鋼管的焊接工藝

3.1 焊接方法

（1）全鎢極氬弧焊（GTAW）：這種焊接適合預制壁厚在2 ～5.8mm，管徑大于14mm 的管件，單面焊雙面成型，焊絲直徑ф2.4mm，焊接電壓10 ～12V，焊接電流85 ～104A之間，焊接速度約3 ～4cm/min 氬氣流量8 ～15L/min，控制最大熱輸值27kJ/cm。

（2）鎢極氬弧焊打底、藥芯焊絲CO2氣保焊填充蓋面（GTAW+FCAW）：這種焊接方法適用于大直徑、厚壁管件的焊接，可以用于預制壁厚在3 ～22mm，管徑大于82.6mm 的管件，打底采用鎢極氬弧焊焊接方法，單面焊雙面成型，焊絲直徑ф2.4mm，焊接電壓11 ～13V，焊接電流100 ～110A，焊接速度約4 ～5cm/min 氬氣流量8 ～15L/min，控制最大熱輸值21.3kJ/cm，填充蓋面藥芯焊絲CO2氣保焊焊接方法，焊絲直徑ф1.2mm，焊接電壓22 ～24V，焊接電流165 ～190A，焊接速度約8 ～13cm/min，CO2流量15 ～20L/min，控制最大熱輸值32kJ/cm。

3.2 焊接順序

對直徑小于300mm 的管件，焊接時分兩段交替施焊；對直徑大于300mm 的管件，焊接時分四段交替施焊，或者安排雙數焊工對稱施焊。

3.3 焊接注意事項

（1）為了避免空氣侵入溶池，焊接時，焊槍擺動幅度不宜過大。電弧應盡量壓低，電極到溶池表面的距離不要超過電極直徑。（2）焊絲端部不能脫離氬氣保護區，加絲時要平穩、均勻地送入電弧區域。（3）息弧時，焊絲端部與焊槍不要立即移出收弧區域，避免處于高溫狀態下的焊絲端部與收弧區域失去氬氣保護，導致焊縫在高溫下氧化。（4）焊縫接頭燒焊前，需把焊縫表面用鋼絲刷凈；中斷焊接時，要注意填滿弧坑，避免縮孔和弧坑裂縫現象的產生。（5）焊接過程應注意焊縫的冷卻，焊好一道后，要把表面刷凈后再進行下道焊，道間溫度要低于150℃。

4 檢驗標準

不銹鋼管檢驗，參照船級社的檢驗標準，主要分為外觀檢驗和NDT 檢驗兩部分，NDT 檢驗又分為RT 檢驗和PT 檢驗兩部分。

4.1 外觀檢驗

在管路安裝全部結束后，對于主要管路（液貨主管、安全閥管路、揮發氣管、再液化管、初級次級絕緣層氮氣管），其外徑在100mm 以上時(爬行器內窺鏡可達到的管路），管路布置平直的不銹鋼管，必須用爬行器內窺鏡進行檢驗。爬行器內窺鏡可通過管路末端或閥門進入，如需打開閥門，閥門服務商需在場。對于管徑小于200mm 的不銹鋼管，一般采用軟管式攝像頭進行檢驗，對于內窺鏡檢驗受限的地方，也可以使用氮氣吹洗檢驗。

4.2 RT 檢驗

管徑大于85mm 的不銹鋼管的對接焊縫，進行100%的RT 探傷（γ 射線），對于不合格的焊縫，返修后二次探傷，如果兩次修改后探傷仍不合格的焊縫，將焊縫切開更換管件，再次焊接后重新探傷。對于管徑小于85mm 的不銹鋼管焊縫，抽取不低于總焊縫數量10%進行RT 探傷，剩下焊縫100%進行PT 探傷，對于RT 探傷不合格的焊縫，處理方式同管徑大于85mm 的管，并且新增2n 條焊縫的探傷（n 為上次RT 探傷不合格的焊縫數）。

4.3 PT 檢驗

對于沒有RT 探傷的焊縫，需進行100%的PT 探傷，確保焊縫的焊接質量的可靠性，對于不合格的焊縫，返修后二次探傷，如果兩次修改后探傷仍不合格的焊縫，將焊縫切開更換管件，再次焊接后重新探傷。

5 缺陷的產生與控制

在日常RT 探傷過程中，主要發現以下缺陷。

5.1 焊接變形

（1）現象分析。不銹鋼焊接變形包括橫向收縮、縱向收縮和彎曲以及角變形等。焊接變形會嚴重影響不銹鋼加工的美觀性，還會破壞不銹鋼構件的各項性能。

（2）原因分析。產生焊接變形的主要原因：一是焊接處的熱值輸入過大或不足，因此，需要根據不銹鋼的特點，與焊接工藝對比，選擇合理的焊接方法，合適的電流、電壓、氬氣流量等參數，并根據實際情況實時調整改進。二是裝配間隙與焊接工具不匹配，選擇合適尺寸的裝配尺寸和匹配的焊接工具，可以使不銹鋼管之間的接口間隙盡量縮小，從而有效地避免因間隙過大而導致焊接變形。三是應力分布不均勻，在焊接過程中使用專用的裝夾工具，焊后消除焊接應力可以減少焊接變形。

5.2 焊接未融透

（1）現象分析。在點焊的時候，焊接口的根部沒有完全焊接完整，沒有焊透的位置應力集中，也非常容易產生部件開裂的問題。

（2）原因分析。產生這種問題的原因是：第一，不銹鋼焊接管口的坡口角度不合理；第二，沒有做好焊接鈍邊處理；第三，焊接工藝的參數沒有選擇得當；第四，焊接的過程中錯誤選擇電流；第五，焊接工人的錯誤操作。

5.3 焊接咬邊貼合程度不高

（1）現象分析。在實際的焊接操作過程中，可能在焊趾的母材部位燒熔，從而形成一個不平整的凹槽，這種情況叫作咬邊，咬邊貼合程度不高產生的最大問題就是焊接頭的強度不高，因為應力在此集中，且容易產生焊接的裂縫。

（2）原因分析。產生這種問題的原因主要是：第一，在焊接的過程中電流過大；第二，電弧過長導致焊接不充分；第三，焊條的角度放置不合理，產生焊接偏差；第四，操作工人在運條的時候沒有選擇合適的方法。

6 不銹鋼管的后處理

6.1 不銹鋼管鈍化處理

不銹鋼管在焊接清潔結束后，對鋼管表面進行酸洗鈍化處理，用于去除管路表面和焊接處的氧化物以及各種污染物，并在含氧環境自發形成惰性氧化鉻鈍化膜，從而提高其耐腐蝕性能。實際生產過程中，一般采用酸洗鈍化膏或酸洗鈍化液(池洗浸泡)進行處理，酸洗鈍化膏是將酸洗和鈍化同步進行，一步完成，操作簡單、施工方便、適合于涂刷操作。酸洗鈍化液(池洗浸泡)適合于對管件進行浸泡操作，可以對管件內外部同時進行處理。為確保酸洗鈍化質量，酸洗鈍化首先考慮采用酸洗鈍化液浸泡的方式，在不便于采用液體浸泡的情況下，才考慮用涂刷酸洗鈍化膏的方式。通常，內場預制后優先使用池洗浸泡，船上外場組裝后或局部修改時使用酸洗鈍化膏進行工件外部處理。

鈍化流程為：

使用鈍化液：管路隔離→預處理→沖洗→酸洗鈍化（二合一）液(池洗浸泡)→二次沖洗→干燥→防護

使用鈍化膏：管路隔離→預處理→沖洗→酸洗鈍化（二合一）膏→干燥→防護。

6.2 鈍化后管路檢驗

（1）外觀檢驗。酸洗鈍化表面應是均勻的銀白色，不得有明顯的腐蝕痕跡，焊縫及熱影響區表面不得有氧化色。

（2）殘液檢驗。用pH 試紙檢查沖洗表面的殘液，PH 值中性合格。一般PH 值在6.5 ～7.5。

7 結語

不銹鋼管不同于普通鋼管，它有著專屬的特性，因此，根據不銹鋼管的特性，在焊接過程中把控好不銹鋼管的質量顯得尤為重要，因此，在實踐過程中，理論與實踐相結合，將理論付諸于實踐，用實踐證明理論，二者結合，將不銹鋼管的焊接質量逐步提高。