【正文】 Mn ~~~ Fe 1020PSSiCu ~NiCr~~~~~—Nb(＋Ta~~~~——Mo ~~~~~~W—~—~~其他Rm/MPa760620650650650650A(％)303520252525 9Ni鋼焊接方法研究現(xiàn)狀鋼材焊接是工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品生產(chǎn)的核心技術(shù)，目前實際產(chǎn)品中應(yīng)用較多的主要仍然是熔焊方法[1926]，關(guān)于9Ni鋼的研究已經(jīng)進(jìn)行了大量的工作，但是論文報道并不多，現(xiàn)有報道主要是集中在低溫和斷裂性能方面的研究[2731]。焊接電源選用了DC600可控硅多用途直流弧焊電源和與之匹配的NA3N(S)控制箱，該電源除具有恒流和恒壓特性外，還具有手工電弧焊和碳弧氣刨所需要的陡降外特性，可實現(xiàn)一機多用。焊接線能量應(yīng)控制在45 kJ/cm以下，通常為7~35kJ/cm?；】釉叫?，則弧 坑裂紋越不容易產(chǎn)生，同時要注意填滿弧坑；并且在清根時應(yīng)打磨成U形坡口，避免出現(xiàn)窄而深的V形坡口。李衍等[41]研究了設(shè)置窄槽、熱裂紋的9Ni鋼焊縫超聲TOFD法檢測中信號處理方法，利用小波變換法將檢出信號分解為多個頻帶寬度不同的成分，為減小由枝晶衍射引起的噪聲，計算了這些成分的積，并對其加權(quán)，重建了A型顯示信號。(2) 分析9Ni鋼焊接接頭典型界面結(jié)構(gòu)，研究焊接電流、焊接速度、焊接位置等工藝參數(shù)對接頭界面結(jié)構(gòu)的影響，確定結(jié)構(gòu)的組織演化規(guī)律。如圖2圖23： 圖22焊接試驗清理圖圖 23試件剩磁測定在焊接過程中，橫焊位置熔融的鐵水容易下墜，焊縫成型不易控制，且焊接線能量要求嚴(yán)格，電流不宜過大，所以選擇了林肯DC1000可控硅多用途直流弧焊電源和與之匹配的日本新日鐵的控制箱。各種焊接方法焊接坡口圖2圖2圖27所示。將焊好的試件在INSTRON MODEL1186電子萬能試驗機進(jìn)行抗拉和抗彎強度測試試驗。（4） 施工條件及設(shè)備考慮焊接電源特性選用交直流兩用低氫型焊條，在狹小或通風(fēng)條件差的場所應(yīng)選用酸性焊條或低塵焊條，在滿足產(chǎn)品性能要求的條件下盡量選用電弧穩(wěn)定、飛濺少、焊縫成形良好的酸性焊條，在滿足使用要求和工藝性的條件下盡量選用成本低、效率高的焊條。焊縫局部放大組織照片如圖32c)所示，可以明顯的看到接頭由焊縫、熔合線和熱影響區(qū)組成。需要注意的是Ni和Fe元素在焊縫內(nèi)部分布也比較穩(wěn)定，初步推測認(rèn)為這與熔合線附近熔池凝固過程中元素的互擴散密切相關(guān)。正是基于此點考慮，為了盡量避免多道次焊接帶來的性能差異，實際試驗焊接過程中要求層間溫度小于150℃，減少多道焊的不同焊道性能差異。圖39所示為采用不同焊接位置時接頭的抗拉強度，可以發(fā)現(xiàn)不同焊接位置9Ni鋼焊條電弧焊強度基本相當(dāng)，幾種焊接位置的強度分布在730~740MPa之間，平焊時強度最高值達(dá)到739MPa，9Ni鋼母材的抗拉強度允許范圍在690~825MPa之間，所以試驗焊接強度與9Ni鋼母材強度基本相當(dāng)，多種焊接位置時的焊接質(zhì)量均可以滿足使用要求。放大2000倍斷口金相組織，觀察到少量的等軸形韌窩。而橫焊和立焊接頭中含有較多形狀尺寸、深度較大的韌窩，因此橫焊和立焊接頭的沖擊功稍有升高。其中立焊試件的中間區(qū)域纖維比較細(xì)小，從沖擊功來看沒有橫焊試樣高。沖擊載荷造成的韌性斷口與靜彎曲韌性斷口不同，斷口的纖維成行排列。塑性變形對微孔的形成和發(fā)展都起著決定性的作用，正因為如此，微孔聚焦性斷裂在多數(shù)情況下都是宏觀塑性斷裂。 a)宏觀形貌 b)局部組織圖311 9Ni鋼母材拉伸斷口圖312給出了在采用不同的焊接位置時，在196℃下焊縫低溫韌性沖擊試驗的斷口宏觀照片，可以發(fā)現(xiàn)此時平焊、橫焊和立焊三種焊接形式得到的接頭斷口基本一致，試樣斷口表面基本平齊，斷口的表面有許多凹坑，沒有形成剪切唇結(jié)構(gòu)，說明該工藝參數(shù)下焊縫196℃低溫條件下脆性較大。對于9Ni鋼的具體應(yīng)用而言，需要重點考核的性能指標(biāo)包括抗拉強度、沖擊性能和彎曲性能，需進(jìn)行相應(yīng)的斷口分析。圖36所示為不同焊道交界處的微觀組織照片，從圖中可以清晰地分辨出不同焊道的交界面，這主要是由于不同次焊道的晶粒尺寸和偏析的程度有顯著不同，從而整體呈現(xiàn)出不同的顏色。在熱影響區(qū)中可以看到粗大的板條馬氏體組織，這與焊接過程中很高的冷卻速度密切相關(guān)。需要注意到的是由于整個焊接過程由多道焊接實現(xiàn)，所以焊縫、母材和熱影響區(qū)的比例稍有變化，但是由于焊條的成分保持不變，所以接頭內(nèi)發(fā)生產(chǎn)物沒有發(fā)生變化。（2） 焊件的使用性能和工作條件對承受動載荷沖擊的焊件要保證焊縫具有較高的塑韌性，應(yīng)選用塑性和韌性指標(biāo)較高的低氫型焊條，在高溫或低溫工作條件下應(yīng)選用相應(yīng)的耐熱鋼或低溫型焊條，對于在耐腐蝕條件下使用的焊件應(yīng)選用不銹鋼或其他耐腐蝕焊條。分析設(shè)備為日本理光D/maxRB型X射線衍射分析儀(Xray diffraction,XRD)。圖24低溫鋼橫向埋弧自動焊接試驗依據(jù)正交試驗分析結(jié)果，選用了SMAW與GTAW的交流方波電焊機，這類焊機目前已經(jīng)很普遍，本課題試驗采用了國產(chǎn)奧太和進(jìn)口福尼斯兩種焊機進(jìn)行了焊接試驗。試驗用焊接母材用ASTMA553 type1.試驗板件的焊接：根據(jù)LNG儲罐的壁板、底板的結(jié)構(gòu)形式，焊接試驗時SMAW、GTAW采用了平焊、橫焊、立焊三個位置，SAW采用了橫焊位置。根據(jù)大型LNG儲罐用9Ni鋼的焊接應(yīng)用需求，本課題擬系統(tǒng)研究9Ni鋼的焊條電弧焊、埋弧自動焊和氬弧焊，深入研究接頭的界面微觀組織，系統(tǒng)測試接頭的力學(xué)性能。趙中齡等人[39]對9Ni鋼大型球罐焊縫進(jìn)行了超聲波探傷研究，研究發(fā)現(xiàn)9Ni鋼大型球罐由于奧氏體不銹鋼焊縫晶粒粗大，常用的橫波入射法無法使用，為此開發(fā)了窄脈沖縱波斜探頭，該探頭具有靈敏度高、分辨率好、信噪比高等優(yōu)點，配合使用9Ni鋼母材制作的CSKⅡA試塊，如圖13所示，對9Ni鋼球罐奧氏體焊縫取得了很好的超聲檢測結(jié)果。（5）熱裂紋控制。(2)選擇合適的線能量。實際的生產(chǎn)實踐過程中，SMAW和SAW是9Ni鋼儲罐現(xiàn)場焊接效率最高和最常用的焊接方法。目前，國內(nèi)外焊接9Ni鋼的鎳基焊條中，使用最多的是ENiCrMo6和ENiCrMo3這2種焊條，但焊條ENiCrFe4，ENiCrFe9，ENiMo8和ENiMo9等也得到了一定的應(yīng)用。(2)熱膨脹系數(shù)匹配，9Ni鋼的線膨脹系數(shù)較大，在20~196℃之間，線膨脹系數(shù)為8通常認(rèn)為，熱處理后大約10%奧氏體的存在對9Ni鋼的低溫韌性是非常有益的。正火處理的目的是細(xì)化奧氏體晶粒。9Ni鋼中的滲碳體含量很少，在晶界合和晶粒內(nèi)部都可能析出，大多數(shù)滲碳體是顆粒狀的，少數(shù)為棒狀，多數(shù)滲碳體與馬氏體之間滿足Bagaryaskii關(guān)系。它采用的是外層全封閉混凝土，內(nèi)層為9Ni低溫鋼、中間保冷層的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，制造標(biāo)準(zhǔn)要求高，其安裝中的罐頂提升技術(shù)、現(xiàn)場焊接技術(shù)、內(nèi)壁安裝等關(guān)鍵技術(shù)掌握在世界上有實力的大公司手中，并處于保密狀態(tài)，國內(nèi)同行業(yè)剛剛起步，因此大型LNG儲罐9鎳鋼焊接技術(shù)研究已經(jīng)成為國內(nèi)焊接界的熱門課題之一。它采用的是外層全封閉混凝土，內(nèi)層為9Ni低溫鋼、中間保冷層的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，制造標(biāo)準(zhǔn)要求高，其安裝中的罐頂提升技術(shù)、現(xiàn)場焊接技術(shù)、內(nèi)壁安裝等關(guān)鍵技術(shù)掌握在世界上有實力的大公司手中，并處于保密狀態(tài)，國內(nèi)同行業(yè)剛剛起步，因此大型LNG儲罐9鎳鋼焊接技術(shù)研究已經(jīng)成為國內(nèi)焊接界的熱門課題之一[5,6]。 Wall plate of horizontal position weld had better use submerged arc welding methods。利用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡及能譜分析、強度測試和硬度測試等方法，分別研究了9Ni鋼焊接接頭的界面顯微組織和力學(xué)性能。產(chǎn)量以年20％速度增長，市場對液化天然氣的需求每年以4%的速度遞增，從今后我國經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展看，加快天然氣的開發(fā)利用，對改善能源結(jié)構(gòu)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，提高人民生活質(zhì)量，具有十分重要的戰(zhàn)略意義[1]。產(chǎn)量以年20％速度增長，市場對液化天然氣的需求每年以4%的速度遞增，從今后我國經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展看，加快天然氣的開發(fā)利用，對改善能源結(jié)構(gòu)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，提高人民生活質(zhì)量，具有十分重要的戰(zhàn)略意義。關(guān)于9Ni鋼的設(shè)計與性能研究是材料領(lǐng)域研究的熱點問題，研究重點集中在9Ni鋼的成分設(shè)計、組織控制和低溫韌化機制等方面。李鋒等人利用透射電鏡觀察了9Ni鋼中逆轉(zhuǎn)變奧氏體的分布及形態(tài)，如圖11所示，并用X射線測定了逆轉(zhuǎn)變奧氏體的含量，當(dāng)溫度低于540℃回火時，試樣中沒有逆轉(zhuǎn)變奧氏體生成；在540℃以上隨回火溫度的升高，試樣中逆轉(zhuǎn)變奧氏體數(shù)量增加；回火溫度達(dá)到600℃時逆轉(zhuǎn)變奧氏體量達(dá)到最大值。第二次正火溫度稍低，目的是為了使其發(fā)生相轉(zhuǎn)變，獲得板條狀馬氏體組織，回火是為了獲得α相和少量的富碳、鎳奧氏體。9Ni鋼焊接熱裂紋的產(chǎn)生主