LNG儲(chǔ)罐制造技術(shù)及焊接工藝

李發(fā)林

LNG儲(chǔ)罐制造技術(shù)及焊接工藝

李發(fā)林

主要從S30408鋼的成分、組織、焊接材料的選擇及焊接接頭的低溫性能等方面介紹了該鋼的焊接性能。通過(guò)焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)確定合適的焊接材料，滿足LNG低溫球罐的制造技術(shù)要求。

1. 概述

我公司承接的低溫項(xiàng)目裝置中的2 500m3LNG儲(chǔ)罐設(shè)備是目前國(guó)內(nèi)容積最大的LNG儲(chǔ)罐，由于設(shè)備交貨期短，制造質(zhì)量要求高，且該材料加工工藝復(fù)雜，不銹鋼廠內(nèi)壓制和工地現(xiàn)場(chǎng)的組裝和焊接難度大，焊接材料熔敷金屬的沖擊韌性應(yīng)滿足-196℃低溫沖擊要求。鑒于此，在制造過(guò)程中需要通過(guò)設(shè)計(jì)合理的壓制模型，制定合理的焊接工藝規(guī)程，來(lái)保證設(shè)備的制造質(zhì)量。

2. 設(shè)備結(jié)構(gòu)和材質(zhì)

（1）設(shè)備結(jié)構(gòu) 內(nèi)部球罐采用S30408鋼板，球罐設(shè)備壁厚為22mm，φ16 800mm。立式外罐采用Q235B鋼板，球罐設(shè)備壁厚為8mm、φ1 9160mm。設(shè)備主要參數(shù)如表1所示。

（2）球罐材料化學(xué)成分和力學(xué)性能 球殼板材料采用太鋼的鋼板，板厚22mm，其化學(xué)成分如表2所示，力學(xué)性能如表3所示。

（3）焊接材料 由于該批設(shè)備的設(shè)計(jì)要求較高，對(duì)焊接接頭的低溫韌性要求非常嚴(yán)格。且技術(shù)要求上特別注明施焊產(chǎn)品的焊接材料一定要進(jìn)行-196℃低溫沖擊試驗(yàn)。我們通過(guò)進(jìn)行焊接工藝評(píng)定確定焊接材料及焊接工藝規(guī)程，以保證焊接材料的合理性。焊材的化學(xué)成分和力學(xué)性能如表4、表5所示。

3. 焊接工藝試驗(yàn)

確定了焊接材料后，根據(jù)NB/T47014—2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》的要求進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，試板規(guī)格為500mm×160mm×16mm共4塊。標(biāo)記為HP001和HP002。

表1 內(nèi)部球罐設(shè)備的主要設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 S30408化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表3 S30408力學(xué)性能

表4 兩種焊材的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表5 兩種焊材的力學(xué)性能

（1）試件準(zhǔn)備 采用等離子切割下料，車(chē)制坡口，打磨坡口兩側(cè)及其邊緣20mm，用丙酮清洗，去除油污等雜質(zhì)，試件坡口形式鈍邊4mm，單邊角度為30°，焊接坡口如附圖所示。

焊接坡口

（2）焊接參數(shù) 不銹鋼產(chǎn)品的焊接應(yīng)嚴(yán)格控制焊接熱輸入及道間溫度，為此，在焊接過(guò)程中因嚴(yán)格控制焊接電流、電弧電壓和焊接速度，且焊接過(guò)程中道間溫度應(yīng)≤100℃，保證焊接質(zhì)量。HP001采用普通的昆山京群A102不銹鋼焊條施焊，HP002采用特殊的昆山京群A102LT不銹鋼焊條施焊，焊接參數(shù)如表6所示。

（3）試驗(yàn)結(jié)果 外觀檢測(cè)，合格；再對(duì)焊接工藝評(píng)定試板進(jìn)行RT100%檢測(cè)，按照J(rèn)B/ T4730.2—2005標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，Ⅱ級(jí)合格；焊接工藝評(píng)定試板的力學(xué)性能如表7所示。

通過(guò)對(duì)兩組焊接試板的力學(xué)性能對(duì)比可看出，采用普通的A102焊條焊接試板，在進(jìn)行-196℃低溫沖擊試驗(yàn)時(shí)，其沖擊吸收能量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，而采用特殊的A102LT焊條低溫沖擊試驗(yàn)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4. 產(chǎn)品制造質(zhì)量控制

（1）場(chǎng)內(nèi)不銹鋼球板制造和焊接質(zhì)量控制點(diǎn) 不銹鋼球殼板的壓制采用多點(diǎn)冷壓工藝；不銹鋼球殼板坡口制備應(yīng)采用等離子切割，但與碳鋼球板坡口制備不一樣，該工藝采用了我公司獨(dú)創(chuàng)的不銹鋼球板坡口切割工裝，采用不銹鋼卡碼固定柔性軌道（材質(zhì)為1Cr13），等離子切割機(jī)在柔性軌道上進(jìn)行爬坡切割；球罐極頂上的人孔、接管焊接采用小焊接參數(shù)進(jìn)行施焊，焊接過(guò)程中反面增加防變形工裝支撐。

（2）場(chǎng)外組裝及焊接質(zhì)量控制點(diǎn) 球板組裝采用無(wú)中心柱散裝法工藝；組裝過(guò)程中縱、環(huán)焊縫按照球內(nèi)半徑制備不銹鋼定位塊，分別沿縱、環(huán)縫放心點(diǎn)焊固定，間距500mm，丁字口和人字縫處100mm內(nèi)各設(shè)置1個(gè)定位塊，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)；焊接一定要采用多名焊工從上向下分段倒退、同步對(duì)稱(chēng)焊接，采用小直徑焊條、小電流多層多道焊接，尤其是每個(gè)焊接接頭起弧、收弧位置錯(cuò)開(kāi)20mm，且焊接接頭應(yīng)打磨干凈。

表6 焊接參數(shù)

表7

5. 現(xiàn)場(chǎng)焊接變形控制措施

現(xiàn)場(chǎng)焊接變形控制措施主要包括以下幾點(diǎn)：

第一，現(xiàn)場(chǎng)焊接時(shí)先焊縱縫、再焊環(huán)縫，組織4個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的焊工對(duì)稱(chēng)錯(cuò)位焊接，采用正面焊接1～4道后，反面清根后焊接完畢反面，再到正面焊接剩余焊縫，這樣可減少焊接變形。

第二，焊接時(shí)采用小的焊接電流，短電弧、高焊速，運(yùn)行要穩(wěn)。運(yùn)條至熔合線應(yīng)有適當(dāng)停留，為避免免產(chǎn)生未熔合，應(yīng)采用多層多道焊。

第三，焊接過(guò)程中要盡量減少焊接應(yīng)力，確保焊接質(zhì)量

第四，組裝時(shí)設(shè)置定位塊的主要目的，是調(diào)整球板之間間隙和防止焊接變形。

6. 結(jié)語(yǔ)

在該項(xiàng)目焊接時(shí)一定要多層多道焊，采用小電流、小熱輸入焊接，且保證道間溫度≤100℃，以保證產(chǎn)品-196℃的低溫沖擊韌性及防止不銹鋼焊接熱裂紋（尤其是弧坑裂紋）的產(chǎn)生。

通過(guò)以上試驗(yàn)及工藝措施，順利完成了項(xiàng)目制造任務(wù)，為今后施工提供了借鑒。

李發(fā)林，江聯(lián)重工股份有限公司高級(jí)工程師，主要從事壓力容器焊接工作。