LNG船液货系统低温管焊接工艺

于彩霞 孙海涛

LNG船液货系统低温管焊接工艺

于彩霞 孙海涛

【摘要】从焊工、焊材、工艺参数及检测等方面控制焊接的各个环节，从而保证LNG液货系统低温不锈钢管焊接质量。其中，氩气保护、热输入的控制及层间温度控制是保证LNG液货系统低温不锈钢管焊接质量的关键。

1. 概述

在LNG项目中，液货系统是比较关键的装置之一，我公司承接的LNG船液货系统采用ASTM A312 316L奥氏体低温不锈钢，为保证液货系统乃至整个船舶的安全性，必须保证低温不锈钢316L焊接质量，加强质量监控。

2.焊接性分析

ASTM A312 TP316L是超低碳奥氏体不锈钢，焊接性较好，但此项目工作温度为-165℃，对其低温韧性要求较高，而由于其导热系数小而线膨胀系数大，焊接接头在冷却过程中容易形成较大的拉应力，又因热裂纹敏感性大，所以应严格控制焊接热输入，一般不超过2.2kJ/mm。同时为提高焊缝的抗热裂性和耐蚀性， 焊接时要特别注意焊接区的清洁， 避免有害元素渗入焊缝。此外，为了保证焊接接头的塑性、韧性和耐蚀性， 还应控制较低的层间温度，一般≤150℃。化学成分、力学性能及熔敷金属力学性能如表1～表3所示。

3. 焊接工艺要求

（1）焊工 施焊焊工必须经过理论和操作培训，经考试合格后持有船级社颁发的焊工资格证书。持证焊工应按认可的等级进行相应位置的焊接施工，不得超出认可范围。

（2）焊接材料 船舶管系焊接用的焊条、焊丝等焊接材料原则上应经相应船级社的认可。焊条在使用前须按生产厂说明书的要求进行焙烘。

（3）焊材匹配 我公司低温不锈钢316L用氩弧打底（焊材ST—316L），CO2焊盖面（焊材AT—YJ316L）。

4. 焊前准备

焊前应将坡口表面及内外两侧20mm以上范围内的油、水、锈及氧化皮等杂物清除干净，不得有裂纹、夹层等表面缺陷。焊丝在使用前应清除表面油污、锈蚀等。

表1　ASTM A312 TP316L化学成分（质量分数）　　　　（%）

表2　ASTM A312 TP316L 力学性能

表3　熔敷金属力学性能

定位焊应采用与正式焊接相同的焊接材料和工艺要求。不锈钢管定位焊时管内要充氩保护。组装时的临时定位焊道最终应打磨修整。将成为正式焊缝一部分的定位焊道，在正式焊缝焊接之前必须用打磨及锉等方法将起、

收弧点进行光顺处理，使其能与正式焊缝较好的熔合。正式焊缝焊接前应检查定位焊道，如存在气孔或裂纹，则必须除掉重新焊接。

5. 焊接质量控制

为保证焊接质量，不锈钢管的管/管、管件焊接前应进行预充氩，以排除管内的空气，使wO＜1%，允许整体或局部充氩。充氩时可使用泡沫塑料、有机玻璃等材料制成堵板，由于氩气比空气重，因此其进气口要低于出气口。但此方法必须保证焊前和焊后堵板的安装和拆卸，否则充氩时可在堵板位置贴上可溶性纸代替堵板，但应注意要牢固粘贴。预充氩时的气体流量应控制在16～19L/min。充氩时用医用胶布或透明胶带把漏气处（如坡口间隙、支管等处）封住。预充氩时间应随管径增大、堵板距离增大而延长。

焊接过程中注意焊接参数的合理匹配。选用小热输入，控制在2.2kJ/mm以下，采用小电流快速焊。多层焊时层间温度不宜太高，宜采用窄焊缝的操作，钨极氩弧焊焊接参数如表4所示。焊接时要根据板厚、直径等选择相适应的WPS。为保证焊缝背面成形质量，打底焊道结束后，对剩余焊道的焊接仍需向管内进行充氩保护，其流量为16～19L/min，直至焊接完成。

起弧应在坡口内，避免表面损伤。不应在前一道焊缝的弧坑处引弧。氩弧焊引弧时需使用高频引弧，提前送气。操作时，焊枪与工件之间保持75°～90°夹角。多层焊时的层间接头要错开，层间温度≤150℃。熄弧时使用衰减电流，延时断气（时间在3s以上）后喷嘴才能离开熔池。收弧时应注意操作手法，保证填满弧坑。

焊接中有飞溅产生时，焊前应在焊接区域外两侧100mm范围内的管壁外表面喷上防飞溅剂或涂上石灰浆。采用碳弧气刨清理表面时，气刨后的表面需用砂轮打磨干净。wC＜0.003%的不锈钢（超低碳）不应用碳弧气刨进行清理。焊接过程中应防止夹钨现象，若出现夹钨，应立即予以消除。接头处用胶布密封，不允许一次性揭掉，应边焊边揭。外场作业要采取挡风措施。

表4　钨极氩弧焊焊接参数

表5　液货系统低温不锈钢管探伤要求

6. 焊后检测

（1）外观检测所有焊接接头，包括根部侧，只要有可能都应进行外观检测。焊缝的外观应符合公认的标准，如CB/T 4000中国造船质量标准。

（2）无损检测具体要求如表5所示。射线检测的焊缝须在外观检验及必要修补之后方可进行。焊缝的射线检测应符合如CCS船级社规范CB/T 3558“船舶钢焊缝射线检测工艺和质量分级”的要求。

接头需在外观检测及必要修补之后进行磁粉/渗透检测。焊缝的磁粉/渗透检测应符合如CCS船级社规范CB/T 3958“船舶钢焊缝磁粉检测、渗透检测工艺和质量分级”的要求。

（3）修补焊缝的检测 任何通过检测发现或者认为不可接受的缺陷都必须通过机械或者碳弧气刨的方法去除，然后由持证的焊工采用适合的焊接工艺进行焊补。修补结束后，修补焊缝要按原检测方法进行重新检测。

7.结语

LNG液货系统低温不锈钢管焊接相对普通不锈钢，要求-196℃低温冲击性能。通过合理焊材的选用，热输入控制在2.2k J/m m以下，层间温度≤150℃，充分的氩气保护，过程的严格控制及焊后的规范检测，使低温不锈钢的焊接质量完全可以保证。

20150214

作者简介：于彩霞等，大连中远船务工程有限公司。