低溫9Ni 鋼的焊接工藝研究

呂仲光，安鈞洳，趙思琪，何世軍

中石油第二建設有限公司，甘肅蘭州730060

由于9Ni 鋼成本低、強度高且具有更好的綜合力學性能，尤其是具有優異的低溫韌性，因而是唯一可以在-196 ℃使用的鐵素體低溫用鋼。目前9Ni 鋼已逐漸取代了Ni-Cr 不銹鋼而成為低溫儲罐的主材。由于在低溫儲罐的制作過程中9Ni鋼材料的焊接十分關鍵，因此針對9Ni 鋼材料，就其焊接方法、焊接材料、焊接熱輸入對焊接工藝的影響進行了多次工藝試驗研究，以期為相關的焊接施工提供依據。

1 試驗材料的選擇[1-2]

（1） 母材選擇。選用國內06Ni9 和國外X07Ni9 鋼材，06Ni9 鋼材厚度分別為9、14、22 mm，X07Ni9 鋼材厚度為12 mm，材料化學成分見表1，力學性能見表2。

（2） 試驗用焊接材料。電弧焊焊條選用ENiCrMo-3，焊條直徑為3.2、4.0 mm；埋弧焊、鎢極氣體保護焊、熔化極氣體保護焊焊絲選用ERNiCrMo-4，埋弧焊焊絲直徑為3.2 mm，鎢極氣體保護焊焊絲直徑為2.0 mm，熔化極氣體保護焊焊絲直徑為1.2 mm。上述焊接材料的化學成分見表3。

表1 母材化學成分質量分數 單位：%

表2 母材力學性能（實測值）

表3 焊接材料化學成分質量分數 單位：%

2 焊接方法及焊接位置的選擇

（1） 選用的焊接方法及特點[3]。一是選用焊條電弧焊（SMAW），其特點是工藝靈活、適應性強、熱影響區較小、設備簡單、操作方便、勞動條件差、生產率低；二是選用熔化極氣體保護焊（GMAW），其特點是生產率高、易于實現焊接過程的自動化、操作靈活、抗風能力差；三是選用埋弧焊（SAW），其特點是生產效率高、勞動條件好、設備復雜、難焊易氧化金屬、受焊件空間位置的限制；四是選用手工鎢極氬弧焊（GTAW），其特點是電弧穩定、保護效果好、焊接質量高、易于全位置焊接、可焊材質范圍廣、抗風能力差、效率低。

（2） 焊接位置的確定。根據NB 47014—2011焊接位置的覆蓋要求、現場施工的具體情況及各種焊接方法的特點，確定各種焊接方法的焊接位置。焊條電弧焊（SMAW） 采用平焊、立焊位置；熔化極氣體保護焊（GMAW）、埋弧焊（SAW） 采用橫焊位置；手工鎢極氬弧焊（GTAW） 采用立焊位置。

3 焊接工藝

3.1 坡口形式

坡口如圖1 所示[4]，坡口角度要考慮盡量減少熔合比，坡口角度α=70°±2°（橫焊時，上坡口角度40°～45°、下坡口角度25°～30°），坡口間隙b=3.0 ～3.5 mm，坡口鈍邊p=0.5～1.5 mm。

圖1 坡口形式

3.2 焊接工藝參數

分別對國內06Ni9 和國外X07Ni9 鋼材料進行焊條電弧焊（SMAW）、熔化極氣體保護焊（GMAW）、埋弧焊（SAW）、手工鎢極氬弧焊（GTAW） 工藝試驗，焊接時層間溫度控制在100℃以下，具體的焊接參數見表4。

表4 各種焊接方法的焊接工藝參數

3.3 試驗結果分析

（1） 外觀及RT 射線檢測。試驗試件的焊縫經外觀檢查均符合相關技術要求，試件進行100%RT 射線探傷，并按照NB/T 47013.2—2015 進行評定，評定結果全部為合格并達到Ⅱ級標準。

（2） 焊接接頭力學性能檢測。按NB/T47014—2011[5]工藝評定標準進行焊接接頭的機械性能檢測，檢測結果見表5。從表5 可以看出：試驗試件的抗拉強度、屈服強度值均合格，即符合標準要求，彎曲試驗也全部合格；焊接接頭焊縫區、熱影響區硬度與母材區接近，滿足工藝要求；由于三組試件的焊接熱輸入控制較為合理，因此沖擊值滿足試驗要求。

表5 焊接接頭的力學性能

4 結束語

（1） 對國內06Ni9 和國外X07Ni9 鋼材料采用不同焊接方法進行焊接的工藝試驗表明，焊條電弧焊（SMAW）、熔化極氣體保護焊（GMAW）、埋弧焊（SAW）、手工鎢極氬弧焊（GTAW） 焊接方法均可用于焊接9Ni 鋼材料。

（2） 對各種焊接方法的工藝參數進行分析表明，焊接熱輸入的大小對試件-196 ℃沖擊值的影響較大，焊接時應采用多層多道焊，嚴格控制焊接熱輸入。

（3） 適當控制熔合比以減少母材金屬對熔敷金屬的稀釋率，從而減少馬氏體的存在。