LNG储罐用镍基合金埋弧焊焊剂研制及焊接热裂纹机理研究

发布时间：2020-07-12 23:02

【摘要】：我国是能源消耗大国,随着经济发展,能源问题已成为影响我国经济社会发展的重大问题。液化天然气(liquefied natural gas,LNG)是清洁、高效的能源,是我国能源结构调整的关键环节,影响深远,因此未来我国需要建设大量的LNG接收站。LNG储罐用钢主要是9%Ni钢,目前国内还没有9%Ni钢用镍基合金埋弧焊焊接材料,因此还需依赖国外的进口。本文针对大型LNG低温储罐用9%Ni钢,研制出与之相配套的主焊缝用镍基合金埋弧焊焊接材料。通过对其熔敷金属的力学性能及组织进行系统研究,找到了熔敷金属化学元素尤其是杂质元素S、Si等及焊接工艺参数对焊接热裂纹的影响规律,采用本课题研制焊丝HNi276(AWS A5.14 ERNi Cr Mo-4)/焊剂SJ609进行焊接,焊后熔敷金属具有较高的纯净度和较低的热裂纹敏感性,熔敷金属力学性能满足拉伸抗拉强度Rm≥660 MPa、-196℃低温冲击≥60J的技术指标要求。开展了成分对熔敷金属组织、性能、裂纹敏感性的影响规律研究。试验结果表明,S、Si杂质元素含量增高会导致焊接热裂纹敏感性增加,裂纹长度及数量都会增加。熔敷金属中S、Si含量控制在S≤0.005%、Si≤0.15%范围下,热裂纹可得到有效控制。开展了焊接热输入量对熔敷金属组织、性能、裂纹敏感性的影响规律研究。试验结果表明,焊接线能量和层间温度越高,裂纹产生的数量及长度都会明显增加。焊接过程中,层间温度控制在100℃以下、线能量控制在14k J/cm以下,可以避免热裂纹的产生。研制的9%Ni钢用镍基埋弧焊材料HNi276/SJ609的综合性能与进口焊材进行比对,综合性能相当。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE972;TG44
【图文】：

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哈尔滨工业大学工程硕士学位论文焊接材料开发起步较早，经过多年的研究埋弧焊焊接材料的厂家很多，国外焊材具等优点。ERNiCrMo-4 焊丝及其配套焊剂美国林肯公司、SMC 国际超合金集团等公要是进口焊材，国内生产的 ERNiCrMo-4程上应用的实例[28]。因此，开发出一套 LN料来替代进口产品，显得迫在眉睫。接热裂纹问题合金低碳马氏体型低温钢，其典型组织如图

焊接接头

图 1-2 焊接接头示意冲电弧与冷金属过度焊接技术，焊接热输入量由 71.6kJ，焊接热裂纹的敏感性下降显著，而在采用埋弧焊焊接 6输入量的办法来改善焊接热裂纹敏感性，结果并不理想间温度控制实验时发现：在一定焊接层间温度条件下施验，焊缝微观结构中无焊接热裂纹或有害相。这说明层裂纹的影响是较大的。由以上论述可以发现：焊丝合金成分中：元素 Al、Ti、Nb、Ce 能够起到降低焊作用，但 Nb、Ce 的含量过高，焊接过程中的热裂纹敏弧焊接时，可以通过控制组份间比例关系，来改善元素过抗热裂纹敏感性。采用合适的焊接工艺如较低的电流、电压等，能够有效的镍基合金的产生。合理的控制施焊层间温度，也可以避免热裂纹的产生。

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试验用焊接设备2.2工艺性能试验

【参考文献】