国产06Ni9钢板仰焊位置焊接工艺研究

张中耀

中国石油天然气第六建设公司，广西桂林541004

国产06Ni9钢板仰焊位置焊接工艺研究

张中耀

中国石油天然气第六建设公司，广西桂林541004

文章针对如何提高06Ni9钢板仰焊（4G）位置焊接质量进行焊接工艺研究，通过现场模拟实际焊接条件，采用了不同焊接工艺参数和操作方法对四种焊条进行了试焊试验，最终总结出合理的焊接工艺，即采用伊萨焊条，同时焊接时通过强制通风、焊条与焊板垂直或向后倾斜与垂直方向约成10°角以及多层多道焊的操作方法。此工艺在LNG储罐内罐06Ni9钢板焊接时得到了较好的应用，焊接一次合格率达到了96%以上，实现了项目焊接质量控制目标。

06Ni9钢；焊接工艺；仰焊

针对ENiCrMo-6型焊条仰焊（4G）位置的焊接，选择了法液空、奥林康、林肯和伊萨四家厂商提供的焊条进行对比试验，分析总结出一套可指导施工现场06Ni9钢板4G位置焊接质量控制的方法。

1 焊接准备

1.1 焊接设备及辅助工具

焊接设备选用三九交流弧焊机和美国米勒交直流弧焊机。辅助工具包括焊条烘干箱、焊条保温桶、钳形万用表、红外线测温仪、电动砂轮机及砂轮片等。

1.2 材料

焊板采用山西太钢生产的06Ni9钢板，规格为300 mm×250 mm×14 mm，坡口为机械加工，（60±5）°，数量40组。焊条为四家厂商提供的ENiCrMo-6型焊条各25 kg，规格为φ 2.5 mm、φ 3.2 mm。

2 焊接质量控制

2.1 试验环境要求

为模拟现场的实际施工条件，要求试验环境温度≥5℃，湿度≤90%，对焊接有影响的风速控制在8 m/s以内，若条件不满足，应采取有效控制措施，直到达到条件方可试焊。

2.2 过程控制

（1）焊前试板的坡口面及坡口两侧20 mm范围内打磨至露出金属光泽，彻底清除对焊接质量有影响的杂物。

（2）组对间隙控制在2～4 mm，钝边控制在1～2 mm，不允许错边，试板端头加引弧板和收弧板，点焊固定位置在端头20 mm范围内，反变形控制在3°以内。

（3）焊接接头和层间清理采用砂轮机修磨，尤其接头位置必须修磨，避免弧坑裂纹的产生。

（4）焊接工艺参数按照WPS执行，打底层采用断弧焊打底，焊接电流125～130 A、电压22～24 V，填充层和盖面层要求焊接电流100～120 A、电压21～23 V，焊接速度8～12 cm/min。电流、电压由钳形万用表测量，记录每条焊道的数据。确保焊接热输入量控制在7～35 kJ/cm。

（5）道/层间的温度控制在≤100℃，每道/层采用红外线测温仪记录数据。

2.3 检测要求

2.3.1 外观检查

对焊接完成的试板进行外观质量检查，对焊缝成形情况及外观缺陷进行评定。外观检查合格的试板，对表面进行修磨至与母材齐平，允许焊缝余高≤1 mm，且余高必须均匀，焊缝两侧与母材圆滑过渡。

2.3.2 无损检测

对修磨合格的试板先进行渗透（PT）检测，合格后24 h进行射线（RT）检测。

3 焊接结果分析

采用不同的焊接工艺和操作方法进行试焊，严格控制焊接过程，共焊接试板30组，按所用的不同厂家的焊条分析焊接情况。

3.1 法液空和奥林康焊条

法液空和奥林康焊条分别焊接试板5组，由于焊条药皮偏厚，熔池不易观察，焊工较难控制。焊缝表面波纹粗大，易产生咬边缺陷，从底片可以观察到夹渣和点状不均匀分布的气孔等缺陷，收弧位置密集气孔较多，个别气孔直径＞1.0 mm。

3.2 林肯和伊萨焊条

林肯和伊萨焊条分别焊接试板10组，焊缝外观成型较好，焊缝波纹均匀，焊缝与母材熔合良好，咬边缺陷较少。

林肯焊条焊接焊缝拍片10张，从底片可以观察到点状气孔，呈不均匀分布，接头位置个别为密集气孔。其中1张底片显示存在长2 mm未熔合缺陷，1张底片显示存在长1.5 mm夹渣缺陷。

伊萨焊条焊接焊缝拍片10张，焊接缺陷与林肯的类似，除1张底片显示存在长3 mm夹渣缺陷外，其余底片都显示存在点状气孔，呈不均匀分布，接头位置个别为密集气孔，但单张底片点状气孔数量少于林肯的。

3.3 对比结果

综上所述，采用伊萨焊条的焊接质量最好，根据JB/T 4730.2-2005无损检测的评定标准，伊萨焊条焊接的试板10张底片中，有8张达到II级合格，一次合格率为80%。但始终无法焊出无气孔或点状缺陷（≤0.5 mm）少于10点的底片，其中采用多层多道焊且强制通风的焊接工艺的6张底片的焊缝质量相对较好。

通过对ENiCrMo-6型焊条4G位置的试焊，研究和分析了适合4G位置的焊接工艺参数和操作方法，相比之下，采用伊萨焊条焊接时通过强制通风，焊条与焊板成垂直角度或向后倾斜与垂直方向约10°，采用多层多道焊能焊出较好的II级合格焊缝。

结合ENiCrMo-6型焊条4G位置的试焊经验，对现场施工位置按施工图要求进行模拟施焊，现场4G位置的板厚有2种规格，分别是8、20 mm厚，图纸为单面V型坡口，背面要求清根焊接。针对此情况做了单面焊和X型坡口焊接试验，即尽量减少仰焊的焊缝金属的填充厚度可以最大限度保证焊缝质量。试焊效果较好。

4 技术总结

4.1 存在问题

（1）ENiCrMo-6焊条含镍量较高，在60%左右，焊接时熔敷金属的流动性差，熔池的观察不够清晰，药皮燃烧产生的气体在流动性差的熔池中受到束缚，来不及完全逸出。

（2）对于4G位置的焊接，由于位置的限制，熔池燃烧产生的气体不能从正上方逸出，只能从两侧外逸，不利于气体及时在熔池温度降低和凝固前逸出熔池，导致4G位置焊接的焊缝射线检测底片气孔缺陷不能完全避免。

（3）对于4G位置的焊接，因熔池金属自身重力作用，存在下垂趋势，焊道容易成脊柱状，中间突出，两边较低，不利于焊缝与母材的熔合，易造成射线底片夹渣、未熔合和表面咬边等缺陷。

4.2 改进措施

（1）4G位置焊接需采用多层多道焊，每道/层焊缝金属厚度小于3 mm，焊条摆动宽度不超过焊条直径的2倍，若焊工能够稳定地控制电弧，应尽量采用不摆动快速焊的多层多道焊工艺。

（2）尽量采用相对大的焊接参数快速焊，焊接电流要比用常规焊接材料时大15～20 A，可适当延长熔池的高温时间，利于熔池的充分搅拌和气体逸出。

（3）焊接时焊条采用垂直角度或向后倾斜与垂直方向约成10°角，此操作方法不同于常规操作，对焊工的技术水平要求较高，与前倾角相比，便于熔池的观察，同时存在一个向上的作用力，减缓熔池金属下垂倾向，利于焊缝金属与母材的熔合，减轻脊柱状焊道的形成。

（4）焊接时可采用功率60 W的便携式风扇沿焊接方向对焊接区域进行强制通风，加强空气流动，带走电弧燃烧时产生的气体。同时应适时调整风扇的距离和角度，避免风速对焊接电弧的稳定性造成影响。

（5）每个焊接接头需用砂轮机修磨成缓坡状，便于接头熔接。每层焊道需平整，如有夹角和沟槽，必须修磨补焊磨平才能进行下道/层焊接。

（6）焊接时应始终保持短弧焊，焊件两端尽量采用引弧板和收弧板，层间清理干净，无夹渣、黑斑。

（7）打底层每个接头或深而窄的焊道，引弧必须在接头的后方，即焊接方向的反方向，焊接下一层之前把引弧点打磨干净。其他层接头可以采用回熔法，即焊接接头的前方引弧，但引弧点距离接头必须较远，约30 mm左右，引弧喷出的铁水尽量薄而少，待电弧稳定燃烧，迅速拉回与上根焊条的收弧点熔接，在无收弧板的情况下，端头收弧采用回焊法，填满弧坑，避免弧坑裂纹的产生。

（8）对于现场点固焊缝，可以直接点焊至根部，点焊长度≥50 mm，形成永久焊缝的一部分，但打底焊接到此处前必须将点焊位置两端修磨成约30°斜角，端面要薄，以便接头熔合良好。还可采用搭桥点焊，即点焊时不破坏坡口根部和坡口棱边表面，在坡口中间形成桥型连接方式，当打底焊接到此处时将其磨掉，利于焊道打底整体成型，确保熔合良好。

（9）焊条电弧焊打底时，焊件坡口需预留相对较厚钝边，便于采用断弧焊打底。

（10）在4G位置返修焊时仍要严格按照以上要求执行，且返修焊尽量采用φ 2.5 mm规格的焊条焊接，可减少焊接缺陷，提高一次返修的合格率。

本次试验主要是为了满足施工现场06Ni9钢4G位置的焊接需要，全部采用双面焊的焊接工艺，背面采用碳弧气刨清根。

5 结束语

通过对ENiCrMo-6焊条仰焊（4G）位置的焊接工艺和方法的研究，采取必要的控制措施，解决了项目施工现场06Ni9钢板4G位置的焊接质量控制的难题，焊接一次合格率得到了很好的控制，达到了96.4%，满足了项目质量目标的控制要求。

[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，特种设备焊接操作人员考核细则[S].

[5]ASME材料IIC，焊条焊丝填充金属[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

张中耀（1982-），男，辽宁葫芦岛人，工程师，2007年毕业于辽宁石油化工大学金属材料专业，现从事施工质量管理工作。

2014-05-21