張中耀

中國石油天然氣第六建設(shè)公司，廣西桂林541004

國產(chǎn)06Ni9鋼板仰焊位置焊接工藝研究

張中耀

中國石油天然氣第六建設(shè)公司，廣西桂林541004

文章針對如何提高06Ni9鋼板仰焊（4G）位置焊接質(zhì)量進(jìn)行焊接工藝研究，通過現(xiàn)場模擬實(shí)際焊接條件，采用了不同焊接工藝參數(shù)和操作方法對四種焊條進(jìn)行了試焊試驗(yàn)，最終總結(jié)出合理的焊接工藝，即采用伊薩焊條，同時焊接時通過強(qiáng)制通風(fēng)、焊條與焊板垂直或向后傾斜與垂直方向約成10°角以及多層多道焊的操作方法。此工藝在LNG儲罐內(nèi)罐06Ni9鋼板焊接時得到了較好的應(yīng)用，焊接一次合格率達(dá)到了96%以上，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目焊接質(zhì)量控制目標(biāo)。

06Ni9鋼；焊接工藝；仰焊

針對ENiCrMo-6型焊條仰焊（4G）位置的焊接，選擇了法液空、奧林康、林肯和伊薩四家廠商提供的焊條進(jìn)行對比試驗(yàn)，分析總結(jié)出一套可指導(dǎo)施工現(xiàn)場06Ni9鋼板4G位置焊接質(zhì)量控制的方法。

1 焊接準(zhǔn)備

1.1 焊接設(shè)備及輔助工具

焊接設(shè)備選用三九交流弧焊機(jī)和美國米勒交直流弧焊機(jī)。輔助工具包括焊條烘干箱、焊條保溫桶、鉗形萬用表、紅外線測溫儀、電動砂輪機(jī)及砂輪片等。

1.2 材料

焊板采用山西太鋼生產(chǎn)的06Ni9鋼板，規(guī)格為300 mm×250 mm×14 mm，坡口為機(jī)械加工，（60±5）°，數(shù)量40組。焊條為四家廠商提供的ENiCrMo-6型焊條各25 kg，規(guī)格為φ 2.5 mm、φ 3.2 mm。

2 焊接質(zhì)量控制

2.1 試驗(yàn)環(huán)境要求

為模擬現(xiàn)場的實(shí)際施工條件，要求試驗(yàn)環(huán)境溫度≥5℃，濕度≤90%，對焊接有影響的風(fēng)速控制在8 m/s以內(nèi)，若條件不滿足，應(yīng)采取有效控制措施，直到達(dá)到條件方可試焊。

2.2 過程控制

（1）焊前試板的坡口面及坡口兩側(cè)20 mm范圍內(nèi)打磨至露出金屬光澤，徹底清除對焊接質(zhì)量有影響的雜物。

（2）組對間隙控制在2～4 mm，鈍邊控制在1～2 mm，不允許錯邊，試板端頭加引弧板和收弧板，點(diǎn)焊固定位置在端頭20 mm范圍內(nèi)，反變形控制在3°以內(nèi)。

（3）焊接接頭和層間清理采用砂輪機(jī)修磨，尤其接頭位置必須修磨，避免弧坑裂紋的產(chǎn)生。

（4）焊接工藝參數(shù)按照WPS執(zhí)行，打底層采用斷弧焊打底，焊接電流125～130 A、電壓22～24 V，填充層和蓋面層要求焊接電流100～120 A、電壓21～23 V，焊接速度8～12 cm/min。電流、電壓由鉗形萬用表測量，記錄每條焊道的數(shù)據(jù)。確保焊接熱輸入量控制在7～35 kJ/cm。

（5）道/層間的溫度控制在≤100℃，每道/層采用紅外線測溫儀記錄數(shù)據(jù)。

2.3 檢測要求

2.3.1 外觀檢查

對焊接完成的試板進(jìn)行外觀質(zhì)量檢查，對焊縫成形情況及外觀缺陷進(jìn)行評定。外觀檢查合格的試板，對表面進(jìn)行修磨至與母材齊平，允許焊縫余高≤1 mm，且余高必須均勻，焊縫兩側(cè)與母材圓滑過渡。

2.3.2 無損檢測

對修磨合格的試板先進(jìn)行滲透（PT）檢測，合格后24 h進(jìn)行射線（RT）檢測。

3 焊接結(jié)果分析

采用不同的焊接工藝和操作方法進(jìn)行試焊，嚴(yán)格控制焊接過程，共焊接試板30組，按所用的不同廠家的焊條分析焊接情況。

3.1 法液空和奧林康焊條

法液空和奧林康焊條分別焊接試板5組，由于焊條藥皮偏厚，熔池不易觀察，焊工較難控制。焊縫表面波紋粗大，易產(chǎn)生咬邊缺陷，從底片可以觀察到夾渣和點(diǎn)狀不均勻分布的氣孔等缺陷，收弧位置密集氣孔較多，個別氣孔直徑＞1.0 mm。

3.2 林肯和伊薩焊條

林肯和伊薩焊條分別焊接試板10組，焊縫外觀成型較好，焊縫波紋均勻，焊縫與母材熔合良好，咬邊缺陷較少。

林肯焊條焊接焊縫拍片10張，從底片可以觀察到點(diǎn)狀氣孔，呈不均勻分布，接頭位置個別為密集氣孔。其中1張底片顯示存在長2 mm未熔合缺陷，1張底片顯示存在長1.5 mm夾渣缺陷。

伊薩焊條焊接焊縫拍片10張，焊接缺陷與林肯的類似，除1張底片顯示存在長3 mm夾渣缺陷外，其余底片都顯示存在點(diǎn)狀氣孔，呈不均勻分布，接頭位置個別為密集氣孔，但單張底片點(diǎn)狀氣孔數(shù)量少于林肯的。

3.3 對比結(jié)果

綜上所述，采用伊薩焊條的焊接質(zhì)量最好，根據(jù)JB/T 4730.2-2005無損檢測的評定標(biāo)準(zhǔn)，伊薩焊條焊接的試板10張底片中，有8張達(dá)到II級合格，一次合格率為80%。但始終無法焊出無氣孔或點(diǎn)狀缺陷（≤0.5 mm）少于10點(diǎn)的底片，其中采用多層多道焊且強(qiáng)制通風(fēng)的焊接工藝的6張底片的焊縫質(zhì)量相對較好。

通過對ENiCrMo-6型焊條4G位置的試焊，研究和分析了適合4G位置的焊接工藝參數(shù)和操作方法，相比之下，采用伊薩焊條焊接時通過強(qiáng)制通風(fēng)，焊條與焊板成垂直角度或向后傾斜與垂直方向約10°，采用多層多道焊能焊出較好的II級合格焊縫。

結(jié)合ENiCrMo-6型焊條4G位置的試焊經(jīng)驗(yàn)，對現(xiàn)場施工位置按施工圖要求進(jìn)行模擬施焊，現(xiàn)場4G位置的板厚有2種規(guī)格，分別是8、20 mm厚，圖紙為單面V型坡口，背面要求清根焊接。針對此情況做了單面焊和X型坡口焊接試驗(yàn)，即盡量減少仰焊的焊縫金屬的填充厚度可以最大限度保證焊縫質(zhì)量。試焊效果較好。

4 技術(shù)總結(jié)

4.1 存在問題

（1）ENiCrMo-6焊條含鎳量較高，在60%左右，焊接時熔敷金屬的流動性差，熔池的觀察不夠清晰，藥皮燃燒產(chǎn)生的氣體在流動性差的熔池中受到束縛，來不及完全逸出。

（2）對于4G位置的焊接，由于位置的限制，熔池燃燒產(chǎn)生的氣體不能從正上方逸出，只能從兩側(cè)外逸，不利于氣體及時在熔池溫度降低和凝固前逸出熔池，導(dǎo)致4G位置焊接的焊縫射線檢測底片氣孔缺陷不能完全避免。

（3）對于4G位置的焊接，因熔池金屬自身重力作用，存在下垂趨勢，焊道容易成脊柱狀，中間突出，兩邊較低，不利于焊縫與母材的熔合，易造成射線底片夾渣、未熔合和表面咬邊等缺陷。

4.2 改進(jìn)措施

（1）4G位置焊接需采用多層多道焊，每道/層焊縫金屬厚度小于3 mm，焊條擺動寬度不超過焊條直徑的2倍，若焊工能夠穩(wěn)定地控制電弧，應(yīng)盡量采用不擺動快速焊的多層多道焊工藝。

（2）盡量采用相對大的焊接參數(shù)快速焊，焊接電流要比用常規(guī)焊接材料時大15～20 A，可適當(dāng)延長熔池的高溫時間，利于熔池的充分?jǐn)嚢韬蜌怏w逸出。

（3）焊接時焊條采用垂直角度或向后傾斜與垂直方向約成10°角，此操作方法不同于常規(guī)操作，對焊工的技術(shù)水平要求較高，與前傾角相比，便于熔池的觀察，同時存在一個向上的作用力，減緩熔池金屬下垂傾向，利于焊縫金屬與母材的熔合，減輕脊柱狀焊道的形成。

（4）焊接時可采用功率60 W的便攜式風(fēng)扇沿焊接方向?qū)附訁^(qū)域進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)，加強(qiáng)空氣流動，帶走電弧燃燒時產(chǎn)生的氣體。同時應(yīng)適時調(diào)整風(fēng)扇的距離和角度，避免風(fēng)速對焊接電弧的穩(wěn)定性造成影響。

（5）每個焊接接頭需用砂輪機(jī)修磨成緩坡狀，便于接頭熔接。每層焊道需平整，如有夾角和溝槽，必須修磨補(bǔ)焊磨平才能進(jìn)行下道/層焊接。

（6）焊接時應(yīng)始終保持短弧焊，焊件兩端盡量采用引弧板和收弧板，層間清理干凈，無夾渣、黑斑。

（7）打底層每個接頭或深而窄的焊道，引弧必須在接頭的后方，即焊接方向的反方向，焊接下一層之前把引弧點(diǎn)打磨干凈。其他層接頭可以采用回熔法，即焊接接頭的前方引弧，但引弧點(diǎn)距離接頭必須較遠(yuǎn)，約30 mm左右，引弧噴出的鐵水盡量薄而少，待電弧穩(wěn)定燃燒，迅速拉回與上根焊條的收弧點(diǎn)熔接，在無收弧板的情況下，端頭收弧采用回焊法，填滿弧坑，避免弧坑裂紋的產(chǎn)生。

（8）對于現(xiàn)場點(diǎn)固焊縫，可以直接點(diǎn)焊至根部，點(diǎn)焊長度≥50 mm，形成永久焊縫的一部分，但打底焊接到此處前必須將點(diǎn)焊位置兩端修磨成約30°斜角，端面要薄，以便接頭熔合良好。還可采用搭橋點(diǎn)焊，即點(diǎn)焊時不破壞坡口根部和坡口棱邊表面，在坡口中間形成橋型連接方式，當(dāng)打底焊接到此處時將其磨掉，利于焊道打底整體成型，確保熔合良好。

（9）焊條電弧焊打底時，焊件坡口需預(yù)留相對較厚鈍邊，便于采用斷弧焊打底。

（10）在4G位置返修焊時仍要嚴(yán)格按照以上要求執(zhí)行，且返修焊盡量采用φ 2.5 mm規(guī)格的焊條焊接，可減少焊接缺陷，提高一次返修的合格率。

本次試驗(yàn)主要是為了滿足施工現(xiàn)場06Ni9鋼4G位置的焊接需要，全部采用雙面焊的焊接工藝，背面采用碳弧氣刨清根。

5 結(jié)束語

通過對ENiCrMo-6焊條仰焊（4G）位置的焊接工藝和方法的研究，采取必要的控制措施，解決了項(xiàng)目施工現(xiàn)場06Ni9鋼板4G位置的焊接質(zhì)量控制的難題，焊接一次合格率得到了很好的控制，達(dá)到了96.4%，滿足了項(xiàng)目質(zhì)量目標(biāo)的控制要求。

[1]ASME IX-2007，Qualification standard for welding and brazing procedures，welders，brazers，andweldingandbrazing operators[S].

[2]BS EN15614-1:2004，Specification and qualification of welding procedures for metallic materials-Welding procedure test-Part 1:Arc and gas welding of steels andarc welding of nickeland nickelalloys[S].

[3]BS EN 287-1-2004，Qualification test of welders-Fusion welding-Part1:Steels[S].

[4]TSG Z6002-2010，特種設(shè)備焊接操作人員考核細(xì)則[S].

[5]ASME材料IIC，焊條焊絲填充金屬[S].

Research on Overhead Position Welding Process of Domestic 06Ni9 Steel Plates

Zhang Zhongyao
China Petroleum Sixth Construction Company，Guilin 541004，China

This paper probes into welding process to improve overhead position welding quality of 06Ni9 steel plates.By simulating actual welding conditions and applying different welding parameters and operation methods，welding experiments for four kinds of welding rods which are carried out.The reasonable welding techniques are summarized through these experiments，which are applying multi-layer and multi-pass welding method，adopting ESAB electrode and forced ventilation，setting welding rod perpendicular or with 80°to welded plate. This welding process has been applied so well in the 06Ni9 steel plates welding of the inner tank of a LNG storage tank that the primary qualification rate is over 96%，achieving the object of welding quality control.

06Ni9 steel；welding process；overhead position welding

10.3969/j.issn.1001-2206.2015.01.019

張中耀（1982-），男，遼寧葫蘆島人，工程師，2007年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)金屬材料專業(yè)，現(xiàn)從事施工質(zhì)量管理工作。

2014-05-21