摘要：隨著中國清潔能源的全面化發(fā)展，國內(nèi)LNG儲罐也是在大規(guī)模的建設(shè)中，截止目前中國已經(jīng)有26座大型LNG接收站，儲罐的設(shè)計施工也由最先的國外承包商全部國產(chǎn)化，標(biāo)志著中國已經(jīng)完全掌握了LNG儲罐及接收站的設(shè)計、施工能力。其中儲罐建造過程中的一大難點就是內(nèi)罐的焊接管理，因儲罐投產(chǎn)后一直在超低溫狀態(tài)下運行，且無法進行返修處理，因此焊接的質(zhì)量極其重要。文中就LNG儲罐的焊接管理從多方面、多維度進場總結(jié)，供行業(yè)參考。

關(guān)鍵詞：LNG儲罐；焊接；經(jīng)驗；質(zhì)量

中圖分類號：TG47

1工程設(shè)計

設(shè)計是工程建設(shè)的“龍頭”，設(shè)計應(yīng)做到正確、合理、可行。積極溝通、精誠合作，準(zhǔn)確理解基礎(chǔ)數(shù)據(jù)參數(shù)，保證焊接設(shè)計的正確、可行。對于9%Ni鋼焊接接頭形式設(shè)計，需要向安裝單位人員咨詢，在確保結(jié)構(gòu)形式設(shè)計合理、施工工藝滿足要求的條件下，進行焊接工藝的設(shè)計，確保項目焊接坡口設(shè)計的合理性、可行性。為了減少焊縫的數(shù)量，在滿足運輸?shù)那闆r下，盡可能選擇寬板幅，目前國內(nèi)板幅寬度已經(jīng)能達到3.5m以上。

以下選取幾家不同設(shè)計院的坡口形式供參考學(xué)習(xí)，如圖1～圖4所示。從以上不同設(shè)計院的坡口形式來看，各家的設(shè)計都存在不同的地方，TGE和CNOOC兩家公司的坡口以4∶6的比例進行開設(shè)，安裝時要求上下板中心對齊，TR公司的坡口以5∶5的比例進行開設(shè)，安裝時要求上下板內(nèi)側(cè)對齊，CBI公司的的坡口以3∶7的比例進行開設(shè)，安裝時要求上下板中心對齊，從現(xiàn)場施工完效果以及一線工人的反饋，美國CBI公司的坡口設(shè)計是無論從組對，焊接，焊后變形都是最為優(yōu)的，推薦使用。

2人員資質(zhì)管理

2.1焊工以及焊接操作工

要求焊工的持有雙證，須持有市場監(jiān)督管理局（原質(zhì)監(jiān)局）頒發(fā)的技能證和安監(jiān)局頒發(fā)的操作證，且持證項目與現(xiàn)場實際位置項目要符合。

對于9Ni鋼沒有在TSGZ6002-2010進行詳細分類的問題[2]，建議按照填充金屬以及焊接方法分類進行管理，暨只能持證項目滿足焊接方法，滿足填充金屬，就可以參加現(xiàn)場考試，這樣完全與ISO9606考試[3]的初衷進行了相呼應(yīng)。

經(jīng)入場資格審查合格的焊工，在本項目從事金屬焊接的焊工，都應(yīng)當(dāng)按照標(biāo)準(zhǔn)ISO9606最新版的規(guī)定進行技能驗證考試，只允許補考一次。

項目應(yīng)成立焊工入場資格考評小組，小組成員至少包括焊接工程師、焊接監(jiān)督、無損檢測工程師等。為了公平、公正選拔入場焊工，在業(yè)主監(jiān)理的監(jiān)證下和焊接監(jiān)督的主考下，對焊工實際操作考核。考核合格后，監(jiān)理焊接監(jiān)督工程師要在焊工證書的背面簽字蓋章確認，并保留相關(guān)考核記錄。分包商對考核合格的焊工，編制焊工明細，整理焊工考核資料、無損檢測報告，編制和報批合格焊工資料。

2.2檢驗人員

項目應(yīng)配置足夠、可以勝任的、從事焊接生產(chǎn)施工及監(jiān)督的檢驗人員。負責(zé)工序檢查和外觀檢查的檢驗員必須經(jīng)過培訓(xùn)，掌握相關(guān)的知識、圖紙和標(biāo)準(zhǔn)。若需要，應(yīng)提供近期的視力體檢報告。

從事無損檢測的人員必須滿足具備如下條件：

（1）具有國家質(zhì)檢總局認可的特種設(shè)備II級（含II級）以上資質(zhì)。

（2）至少一名III級人員在場指導(dǎo)無損檢測人員工作（不僅限于無損檢測工藝、程序、流程、解決現(xiàn)場疑難問題等工作）。

2.3焊接管理人員

項目應(yīng)配置足夠、可以勝任的焊接管理人員，明確職責(zé)和權(quán)限。焊接管理人員應(yīng)取得國際焊接工程師（IWE）或焊接檢驗師（CWI），定期對他們進行考核，以確保他們的職責(zé)和權(quán)限得到落實，保障了工程的焊接質(zhì)量。

3設(shè)備材料

3.1生產(chǎn)和檢驗設(shè)備

項目建設(shè)需要配置的設(shè)備為焊接電源及焊接機器、破口加工及切割設(shè)備、焊接材料的烘干設(shè)備及保溫桶、母材或破口表面清理設(shè)備、無損檢測設(shè)備、PMI分析儀等。埋弧焊接設(shè)備基本上以林肯、伊薩、米勒的電源為主，如圖5所示，焊接性能也比較穩(wěn)定。立縫手工焊接一般采用山大奧特，如圖6所示，另外立縫自動焊西安泰普生產(chǎn)的設(shè)備電源為奧地利產(chǎn)，如圖7所示，目前也在市場上暫露頭角。所有與焊接有關(guān)的檢驗、測量和試驗裝置均要求定期校準(zhǔn)、標(biāo)定。如高斯計（見圖8）、鉗型電流表（見圖9）、測溫槍（見圖10）等，按要求定期標(biāo)定。

3.2材料、半成品及成品

3.2.1母材

LNG儲罐內(nèi)罐建造材料主體材料為9%Ni鋼，其他為鋁合金、不銹鋼、碳鋼。材料形式有鋼板、管道、型鋼、螺柱等。不同材質(zhì)、形式的材料的存儲，應(yīng)嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)定，重點是避免潮濕、磕碰損壞、變形。

目前9Ni鋼已經(jīng)完全國產(chǎn)化，太鋼、南鋼、鞍鋼、寶鋼等都已經(jīng)大量的使用。鋼板采購期間要重點關(guān)注油漆的涂裝，因為油漆防腐能給儲罐水壓試壓提供很好的防護作用，也是最有效的防護措施。油漆顏色的選擇也是一個很重要的工作，因為9Ni鋼進場下料后很難肉眼和碳鋼進行區(qū)別，建議9Ni鋼為灰色，碳鋼為鐵紅色，以便防止混淆。

3.1.2焊材

考慮工程建設(shè)在海邊進行，焊材的存儲、施焊過程中的質(zhì)量管控，對焊接質(zhì)量具有決定性的作用。對于工程中重要的焊材，如9%Ni鋼焊條、不銹鋼焊條，設(shè)計文件對焊材包裝提出明確要求，建議使用真空包裝，這樣首次使用不能烘烤，可以直接使用。對重要焊材的質(zhì)量證明文件，也要做出明確規(guī)定，能夠客觀體現(xiàn)每批焊材性能指標(biāo)的過程檢驗。焊材進場入庫后，防護的重點是避免受潮、損壞，存儲和使用應(yīng)符合設(shè)計文件的規(guī)定和生產(chǎn)廠家的推薦要求。

項目現(xiàn)場設(shè)置焊接材料庫房，如圖11所示。要求庫房內(nèi)相對濕度不得大于60%，溫度不得低于5℃，庫房配有溫濕計，隨時監(jiān)控庫房內(nèi)的濕度、溫度，庫房配置焊接材料貨架，保證焊接材料擺放應(yīng)距離地面和墻壁不小于0.3m。

焊條烘干和保溫嚴(yán)格按照生產(chǎn)廠家推薦的要求執(zhí)行，真空包裝的9%Ni鋼焊條、不銹鋼焊條，可以不烘干直接使用；碳鋼焊條CHE58-1的烘干溫度為350～400℃，烘干時間為1～2h，烘干后的保溫溫度為120～150℃，烘干次數(shù)不得超過2次，超過兩次未用完的焊材用紅色油漆做好標(biāo)識[4]。

對于9Ni鋼的焊材選擇，不同的設(shè)計院選擇有細微的區(qū)別，以下列舉典型的幾個不同設(shè)計院的焊材選用牌號，如表1所示[5-6]。

從各家的選材來看，以手工焊以ENiCrMo-6為主，埋弧自動焊以ERNiCrMo-4為主，無論從焊接性能，焊接合格率，使用后的效果都滿足要求。

4焊評管理

國內(nèi)的設(shè)計院在出具焊接技術(shù)文件時，大都延續(xù)了國外設(shè)計院的做法，要求內(nèi)罐9Ni鋼采用在現(xiàn)場制作焊評的模式，對于這一做法，國內(nèi)很多承包商都很不解，確實規(guī)范也沒有這方面的要求，但是為什么好多項目的焊接評定至今也無法一次性通過，國內(nèi)的承包商對待焊接評定的態(tài)度更多的就是完任務(wù)，交作業(yè)，根本沒有認識到焊接評定的重要性，在不同的焊接環(huán)境、不同廠家的材料、不同的設(shè)備焊接出的產(chǎn)品都存在差異。

為了保證焊接的質(zhì)量，焊接評定不能照搬照抄，還是要在現(xiàn)場根據(jù)實際使用的焊材、母材以及使用環(huán)境進行PQR的制作，雖然規(guī)范不要求每個項目前進行焊接評定，但是不同廠家的材料，成分在合格范圍內(nèi)均存在差異，而且焊接的環(huán)境不盡相同，為了確保找到一個合適的焊接參數(shù)，建議在項目進行焊接評定的制作，目前國家管網(wǎng)均要求每個項目單獨進行焊接評定。焊接評定完成后重點要落實焊接參數(shù)的執(zhí)行，不能為了追求合格率和焊接效率，隨意的大電流，任意的大擺幅等。

下面就以福建LNG項目儲罐本體焊接評定清單做一個總結(jié)分享，如表2所示，福建LNG作為中海油自主設(shè)計建造的第一個大型LNG項目，內(nèi)罐焊評執(zhí)行EN15614[7]，管道執(zhí)行ASME第9卷[8]，主要根據(jù)現(xiàn)場的接頭形式，母材、焊接位置等進行分類。

5焊接施工

5.1焊前檢查

焊前檢查是決定焊接質(zhì)量的關(guān)鍵因素，應(yīng)是各方質(zhì)量控制的重點。材料跟蹤、焊接襯板、組對間隙、剩磁、清根、預(yù)熱等關(guān)鍵控制點應(yīng)滿足施工規(guī)范或圖紙的相關(guān)要求，工裝卡具的布置應(yīng)合理恰當(dāng)，防風(fēng)防雨、母材預(yù)熱等輔助措施要充分，焊道標(biāo)識、施工記錄要完整準(zhǔn)確。

5.1.1組對檢查

焊接前檢驗員應(yīng)嚴(yán)控組對質(zhì)量，嚴(yán)禁強力對口，坡口及其坡口兩側(cè)各25mm范圍內(nèi)的油、漆、垢、銹應(yīng)清理干凈。組對時，充分考慮焊接位置、焊接方法、焊接工藝對于間隙的影響。內(nèi)罐壁板組對過程中，考慮焊接收縮對于儲罐直徑的影響，放樣尺寸較公稱直徑適當(dāng)放大2～3mm；考慮焊接收縮對于焊縫棱角度的影響，根據(jù)坡口方向和焊接工作量，適當(dāng)向焊接側(cè)外凸；考慮9%Ni焊材易出現(xiàn)熱裂紋的特點，無襯板或不清根焊道的組對間隙應(yīng)盡可能??；考慮內(nèi)罐壁板對于底環(huán)板壓應(yīng)力的影響，合理安排大角縫的焊接順序；考慮內(nèi)罐母材與焊材含Ni量不同，嚴(yán)控壁板組對錯邊量，縮小母材與焊道間的黑度差。

5.1.29%Ni鋼板剩磁檢查

內(nèi)罐用9%Ni鋼易磁化，即使在生產(chǎn)、運輸、安裝等環(huán)節(jié)采取一系列保護措施，但是根據(jù)以往項目經(jīng)驗，仍很難保證組對過程中所有焊縫的剩磁值滿足焊接要求。超標(biāo)位置主要集中在大角縫、縱縫收尾、環(huán)縫壁板接頭等位置，因此組對過程中應(yīng)通過目視鐵屑分布、剩磁儀檢測等方法查找超標(biāo)位置，并通過磁軛引磁、焊把線纏繞消磁等方法降低待焊區(qū)域剩磁值，確保焊接前剩磁量在30高斯左右，保證焊接質(zhì)量。

5.2施焊過程監(jiān)控

焊接工藝中要求，內(nèi)罐的環(huán)縫和縱縫等位置需要進行背面清根，以達到根部缺陷全去除、焊接全熔透的目的。根據(jù)以往項目經(jīng)驗，碳弧氣刨成本低、效率高、設(shè)備簡單、機動性強，是施工單位首選的清根方式，但是碳弧氣刨會產(chǎn)生滲碳層、清根質(zhì)量受操作工人主觀影響較大，如采用此方式，需要加強清根后的檢查，建議設(shè)置清根檢查為停檢點，確保焊接前清根深度不小于1mm，表面露出金屬光澤；應(yīng)平直、整齊，根部應(yīng)圓滑過度，嚴(yán)禁出現(xiàn)修磨尖角、氣刨凹坑、夾碳等不利于焊接因素。

5.2.1焊接工藝檢查

檢查的項目包括但不限于焊接電流、電壓、焊接速度、線能量、層間溫度、層間清理、焊條保溫、焊道布置、焊條擺寬等，并填寫詳細的檢查記錄。

引弧處，由于鋼板溫度較低，焊條藥皮還沒有充分發(fā)揮作用，會引起弧點處焊縫較高、熔深較淺、氣孔多發(fā)，對于9%Ni焊材這種氣孔敏感性材料更為明顯。為此焊工應(yīng)在焊接起始點后面10mm處引弧，引燃電弧后拉長電弧，并迅速將電弧遷移至焊縫起點進行預(yù)熱。預(yù)熱后將電弧壓短至焊條直徑一半左右的短電弧，進行正常焊接。

電弧中斷或焊接結(jié)束時，應(yīng)確保收弧處的弧坑能夠填滿，且不存在疏松、裂紋、氣孔、夾渣等缺陷。根據(jù)9%Ni鋼的焊接特性，焊接應(yīng)采用回焊收弧法，焊條焊縫收尾處應(yīng)立即停止，并改變焊條角度回焊。

整條焊縫的收弧和起弧位置，設(shè)置收弧板和引弧板；在保證焊材不受潮的前提下，允許焊工手持2根焊條，接頭熱接，降低冷接時產(chǎn)生氣孔的概率；加大焊條接頭處的打磨，打底接頭全部打磨，填充蓋面接頭根據(jù)焊接情況適當(dāng)打磨，必要時增加PT檢測等輔助手段。

5.2.2焊接變形控制

變形量控制是低溫儲罐質(zhì)量控制的難點和重點。在LNG儲罐項目中，內(nèi)罐壁板以對接為主，內(nèi)罐底板以薄板角接為主，焊接工作量大，焊縫密度高，在組對應(yīng)力、焊接應(yīng)力、施工平臺的共同作用下極易產(chǎn)生超標(biāo)變形，且一旦超標(biāo)，由于鋼板強度、鋼板厚度的共同影響，很難通過機械的方法矯正。為此，綜合分析產(chǎn)生變形的質(zhì)量風(fēng)險，結(jié)合防變形的常用理論和經(jīng)驗，過程中派選專人進行監(jiān)督，嚴(yán)格控制清根深度，確保儲罐成型后的變形量滿足規(guī)范要求。

內(nèi)罐壁板縱縫焊接變形有：內(nèi)罐壁板向內(nèi)傾斜和焊接角變形?？刂拼胧┤缦拢?/p>

采取壁板焊接反變形措施：內(nèi)罐壁板縱縫焊接，上口收縮大而下口收縮小，縱縫焊后壁板普遍向內(nèi)傾斜，向內(nèi)傾斜程度因板厚及板寬而有所不同，因此在壁板縱縫焊接過程中，通過焊縫上部適當(dāng)預(yù)留較大焊接間隙；通過電話卡調(diào)節(jié)控制其垂直度。焊接過程中，夾層焊接，平臺側(cè)需要鉚工以弧形樣板隨時監(jiān)測焊縫角變形，根據(jù)角變形的大小，適時調(diào)整電話卡圓銷子，控制變形量。

5.3焊后外觀檢查

焊接成形后，焊后應(yīng)立即去除藥皮、飛濺物、清理干凈焊縫表面，焊工首先對焊縫進行自檢，檢查的區(qū)域包括焊接接頭和相鄰母材的全部區(qū)域，確保焊縫表面沒有飛濺、夾渣、氣孔、裂紋等缺陷，母材上沒有電弧擦傷、焊疤等施工殘留。焊縫外觀由焊接檢查員檢查，焊縫余高應(yīng)≤2mm，超出位置應(yīng)進行打磨，打磨的余高應(yīng)在0～2mm。06Ni9DR鋼板的焊縫不允許有咬邊，對出現(xiàn)咬邊區(qū)域進行補焊、打磨，消除缺陷。

對于焊接返修區(qū)域，需要嚴(yán)格執(zhí)行焊縫返修程序，返修次數(shù)不能超過2次，超過2次建議增加對應(yīng)的焊評，并召開專家會。9%Ni鋼的返修過程在焊接檢驗員或焊接負責(zé)人的全程見證下完成。返修合格后，執(zhí)行與返修前相同的外罐檢驗和無損檢測。焊接前在每道焊縫旁進行編號，建議包含以下信息，如圖12所示，并且現(xiàn)場進行及時填寫。

5.4無損檢測

9Ni焊縫內(nèi)罐焊縫焊接后需要進行無損檢測，焊縫在外觀檢查后需要應(yīng)進行PT檢測，合格后應(yīng)進行RT檢測，在RT檢測前焊縫的表面狀態(tài)為打磨后，打磨掉表面的魚鱗紋，保證焊縫圓滑，且不低于母材，不允許有咬邊。

滲透檢測時應(yīng)優(yōu)先采用溶劑型材料，射線檢測建議使用C4膠片，每個片位采用雙膠片進行透射，因為由于焊縫鎳的密度較大，C7膠片很難把缺陷呈現(xiàn)出來。滲透檢測首選溶劑去除型著色滲透檢測法。另外9Ni鋼容易在釘子縫位置出現(xiàn)裂紋，建議采用UT進行檢測。

6未來LNG儲罐的焊接方向

隨著優(yōu)秀焊工人員逐步銳減，新生力量不足的困境，焊接采用自動化是必然的趨勢，近年來全自動熱絲TIG焊接方法已經(jīng)在國內(nèi)得到了運用，大腳焊縫自動埋弧焊也在嘗試使用中，下一步底板的焊接自動化也勢在必行。另外焊接時焊接參數(shù)的自動記錄，焊評的參數(shù)設(shè)置均是要研究開發(fā)的，這樣從根本上避免了焊工違反焊接工藝參數(shù)的情況，也更清楚更準(zhǔn)確記錄了每次焊接的全部參數(shù)，如圖13所示。

在材料方面，壁板已經(jīng)完全國產(chǎn)化，如果提高成品率，如何元素精細化是下一步要提高的方面，但是焊接材料目前全部依賴于進口，以伊薩和林肯為主流，國產(chǎn)廠家京群也在極力推廣，目前還沒有項目大量嘗試，相信隨著國產(chǎn)化的大力推進，焊材國產(chǎn)化也是指日可待。

7結(jié)束語

LNG儲罐的焊接工藝日漸成熟，但是國內(nèi)完成的儲罐也存在罐壁結(jié)冰、結(jié)霜的情況，一旦投產(chǎn)幾乎無法進行返修，只能帶病運行，因此希望各位同仁時刻保持一種敬畏之心，把好每一道工序，在這大干快上，急功近利的時刻，更需要我們堅持一份自己的初心，讓中國制造也邁向世界的舞臺。

參考文獻

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收稿日期：2023-11-20

丁小見簡介：1989年出生；中級工程師，焊接檢驗師。277787998@qq.com。